香港高層建筑消防

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簡介： 高層建筑，尤其是超高層建筑，對占用人員的生命安全方面存在一些非常復雜的問題。在指令性建筑規(guī)范中，這些問題是通常不能適當闡明，好象是天然存在的。因為土地稀缺的原因，香港高層建筑林立，這些建筑(有的高度在世界上是數(shù)一數(shù)二的)一般都是按照指令性規(guī)范建造的，如香港建筑署(Hong KongBuildingDepartment)制定的《實用規(guī)范(Code OfPractice)》就規(guī)定了疏散方法、耐火結構和出口設計等。
關鍵字：高層建筑 消防

現(xiàn)在用兼顧設計靈活性和消防安全投入一效果分析的方法，來設計高層結構已成為可能。近來，香港的一些超高層建筑已經(jīng)采用了消防安全設計的原則。本文對于"超高層"的定義，是按照《中國國家建筑規(guī)范(China Notional Building Code)》，即高度超過250m。
l 疏散策略
    保證生命安全或許是建筑規(guī)范最根本的目的。建筑設計要求的最完美功能是在發(fā)生緊急情況(如火災)時，人員能夠安全撤離。這對高層建筑提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，因為高層建筑中人員眾多，且撤離時要經(jīng)過垂直方向的較長距離。在香港，原來建筑的疏散方法大多都是遵循"同時(singlestage)疏散"的原則。利用這個原則，樓梯就要設計得足夠寬，以便于所有人員都能同時撤離。所謂足夠的樓梯寬度，就是樓梯寬度要符合《英格蘭和威爾士建筑條例(BuildingRegulationofEnglandand Wales)許可章節(jié)(Approved Document)B中指令性設計表格的規(guī)定，香港目前就是采用該條例。
    現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，對于內有大量人員的高層建筑，采用"同時疏散"是行不通的。所以就出現(xiàn)了"階段疏散(phased evacuation)"系統(tǒng)，也就是在火災事故中分不同的階段進行疏散。今天，一些國家或一些指令性建筑規(guī)范(包括((NFPA 72)和澳大利亞標準哎AS 2200))已經(jīng)開始認識到或體現(xiàn)出，階段疏散是高層建筑疏散較恰當?shù)姆椒ā?
   雖然階段疏散的理念看起來對于多數(shù)緊急事件是一種合適的解決方法，但是對于一些非常極端事件，還是要求建筑能夠滿足同時疏散的要求。
2 避難層的垂直距離
    香港的疏散規(guī)范要求，所有高度超過25層的建筑，都要有逃生避難層。在非工業(yè)建筑中，至少每25層就應有1個避難層。
    避難層是為疏散中的人群提供休息的場所，它應該能夠為殘疾和受傷人員提供保護，直到得到消防人員的救助。這些避難層也可以用作救援隊的疏散指揮點，實現(xiàn)建筑內的有序疏散。
    作為一個相對安全的區(qū)域，避難層應該有足夠大的面積，滿足預期的避難人數(shù)的要求，有足夠的凈空高度、燈光和信號指示。還應當有充分的防火分隔、結構耐火和滅火系統(tǒng)，以及防止煙氣滯留的通風系統(tǒng)。
3 用電梯疏散
    和英國一樣，香港也不允許在高層建筑中主要依靠消防電梯來進行人員疏散和消防隊員的移動。但是，對于普通建筑的一般疏散而言，消防電梯仍然有廣泛的用途。對于超高層建筑，人員長距離的垂直行進，存在一系列嚴重的問題：
    (1)長時間的垂直行進，可能遭遇煙和火，使人員在疏散過程中造成傷害；
    (2)造成疏散過程中人員的疲勞；
    (3)老弱病殘幼以及其他無法疏散人員的疏散問題。
    BS 5588~建筑設計、建造和使用中的火災預防方法(Fire precautions in the design，construction anduse。f buildings)》第5部分《消防樓梯和電梯實用規(guī)范》建議在緊急條件下使用電梯時需采用的防范火、煙和熱的措施。這個標準可以作為電梯轎廂、電梯井和機械裝置保護的基本依據(jù)。應急電梯的控制程序必須達到這樣的要求：一旦火災警報啟動，能夠確定使用哪一部電梯。設計這種系統(tǒng)時必須非常仔細認真，要考慮到增壓、電梯前廳的分隔、建筑管理和出口設置等許多基本問題。
    在非常極端事件中，事故的方式(如碰撞或爆炸)也要事先估計到?，F(xiàn)在還不知道，面對非常極端事件，電梯提供的快速疏散的輔助疏散能力是否用得上。
4 水平行走距離
    因為香港的超高層建筑主要用于辦公，所以里面的人員相對較多，疏散時排隊等候的時間要超過實際行走的時間。行走時間取決于到樓梯的距離和人員行走的速度。指令性建筑規(guī)范對人員到樓梯的距離進行了限制，以保證人員在非保護區(qū)內不要走太長的距離。
    世界上一些國家的指令性規(guī)范對最長行走距離的規(guī)定。香港的《疏散方法規(guī)范(MeansOfEscapeCode)》對行走距離的要求最高。雖然英國、澳大利亞、新西蘭和美國標準對最長行走距離的要求比香港規(guī)范低，規(guī)定的最長行走距離有的甚至超過香港規(guī)范2倍，但是迄今并沒有明顯的證據(jù)資料證明，按照這些標準設計的有噴水保護的高層辦公建筑內人員面對的生命危險會更大。
    如果情況確實如此，那么對行走距離的限制就或許不是那么重要，香港規(guī)范過于嚴格的限制就或許需要修改。那么是否可以做出這樣的建議：根據(jù)不同的指令性規(guī)范的要求，將行走距離限制在45 m至90m之間，因為香港規(guī)范對建筑界的要求過于苛刻。
5 工程模型
    當依據(jù)基本原則和模型對煙氣運動和結構火災特性進行設計計算時，對整個疏散時間的預測就更加不準確，主要是依靠主觀假設。現(xiàn)在已經(jīng)有了先進的人員疏散模型，用它來確定疏散時間相對更好一些。當然，為了更好地量化疏散過程，還需要對人員響應時間延遲和人員行為特點進行更進一步的研究。
6 探測和報警系統(tǒng)
    向建筑內人員發(fā)出警報的典型主動報警系統(tǒng)包括電鈴信號、自動音響信號、自動記錄信息和文本信息、手持音響報警信號和可見光信號。
    特許建筑服務工程師學會(The Charteredlnstitute OfBuilding Services Engineer)導則E《消防工程(Fire Engineering)》給出了一些數(shù)據(jù)，可以用來估計發(fā)出各種信號后，人員的響應時間。這些數(shù)據(jù)是比較保守的，但從中可以看出不同報警系統(tǒng)間響應時間的對比關系。提示人員的警報系統(tǒng)標準有：BS 5839((話音報警系統(tǒng)設計安裝和維護實用規(guī)范(Code。f practice o(the design，installation and servicing Of voice alarmsystems)》第8部分《建筑火災探測和報警系統(tǒng)(FireDetection and Alarm Systems for Buildings)》、AS2200《建筑內緊急警報和內部通信聯(lián)絡系統(tǒng)(Emergency warning and intercommunication syst-ems inbuildings)》和NFPA 72《國家(美國)火災報警規(guī)范手冊(National FireAlarmCodeHandbook)》。現(xiàn)在的很多指令性規(guī)范都要求高層建筑結構要有預先錄制的話音報警系統(tǒng)。但是，仍然有許多國家對報警系統(tǒng)的要求很簡單，其中就包括香港。按照香港規(guī)范，只要在靠近防火分隔的疏散樓梯內有警鈴就足夠了。這種系統(tǒng)在安全方面可能存在一些隱患，因為人員的響應時間可能很長，警報的可知度無法保證，再加上人員不熟悉建筑情況和疏散路線而不知曉有關信息。采用這種簡單報警系統(tǒng)的建筑，要想實現(xiàn)階段疏散和控制疏散過程是不可能的。
7 建筑結構消防
    全世界對建筑內結構消防的要求多種多樣。但多數(shù)建筑規(guī)范都是采用很簡單的分析方法，所有建議都可從數(shù)據(jù)表中獲得。這些有噴水保護的高層辦公用建筑結構消防規(guī)范中給出的數(shù)據(jù)與BS 476((建筑材料和結構火災試驗(FiretestsOnbuildingmaterials and：tructures)》第20-30部分有不一致的地方。這說明一個問題，這些建筑中真正的火災危險等級尚未被正確認識。
    建筑實際的保護能力與試驗單元按照BS 476第20一22部分規(guī)定進行試驗時保持完整性的時間有關。這個試驗包括按照標準ISO溫度曲線(Standard ISOtemperaturecurve)(見圖1)對試驗單元進行加熱。ISO溫度曲線不受火災荷載、結構材料、建筑的幾何尺寸和防火分區(qū)的通風等因素的影響。這純粹是一個用于標準試驗的通用溫度曲線。所以說，一些建筑規(guī)范和ISO溫度曲線并不能完全真實地反映出結構狀況和火災特性，作為指令性的通用方法，他們僅僅是多種規(guī)定相互矛盾又無法統(tǒng)一時解決問題的一種方法。
8 替代方法
    有一些分析設計方法要求結構消防要根據(jù)建筑內"真實的(real)"火災場景來設計，也就是設計時要考慮到可能發(fā)生的"最壞(worst-case)"火災場景。這種方法可以使用的溫度曲線有很多，包括歐洲規(guī)范中的溫度曲線和烴類溫度曲線，尤以實際氣體溫度曲線為代表。
    還有一些工程工具可以用來確定"最壞可能，(worst credible)"火災對建筑結構的影響。用這種分析方法也能確定結構的消防要求。這些分析方法包括：
(1)確定瞬時氣體溫度曲線(如用歐洲規(guī)范)
(2)熱分析法(如簡單的數(shù)值法或更復雜的有限單元法)
(3)結構分析法(如局部或整體坍塌分析)
9 煙氣控制
    火災中煙氣蔓延擴散的主要通道是樓梯井或電梯井，因為他們直接貫穿建筑的所有樓層。煙氣擴散主要是由于眾所周知的"煙囪效應"。煙囪效應是由于內外氣候條件不同引起煙氣向上(冬季)或向下(夏季)運動，直到達到一中性平面，然后煙氣開始橫向擴散。所以，必須設法減小煙囪效應，組織煙氣從著火樓層向樓梯井或電梯井擴散，否則就會影響人員疏散或造成煙從樓梯井或電梯井擴散到其他樓層。
    以下舉例說明不同國家使用的3種加壓方法(每個例子都是用高層建筑中的樓梯井來說明問題)：
    香港消防署制定的實用規(guī)范(Code。fPractice)中要求對樓梯井加壓，使樓梯井和開向樓層空間的門之間形成一個壓力差，這意味著，火災產(chǎn)生的煙會被正壓阻止而不能進入樓梯井。雖然這樣可以阻止煙進入樓梯井，但卻不能解決煙氣通過樓層之間的其他連接和貫通方式而擴散的問題。
    在英國，BS 5588提出了更進一步的建議，在對樓梯井內施加正壓的同時，對著火樓層施加負壓。這樣就更進一步增加了通過孔洞進入樓梯井之間的壓力差。與上述香港規(guī)范的方法一樣，這種方法雖然能較好地阻止煙氣進入樓梯井，卻仍然不能解決煙氣通過樓層間其他的連接和貫通方式而擴散的問題。
    澳大利亞更緊了一步，其建筑規(guī)范要求樓梯井加正壓，著火樓層加負壓，著火樓層的上下樓層也加正壓。澳大利亞規(guī)范對著火樓層的加負壓和排煙的要求比英國低。這種方法既可以阻止煙進入樓梯井，又能解決煙氣通過樓層間其他的連接和貫通方式而擴散的問題。
   從上面的比較可以看出，在煙氣擴散控制方面，香港規(guī)范不如其他國家規(guī)范更嚴密。但是，香港規(guī)范還有其他方面的規(guī)定來保護人員免遭煙氣擴散帶來的危害，如在建筑中設置避難層(避難層可以作為疏散樓梯的臨時中轉停歇站)，從而有效地分流人員，并減小煙囪效應。