超限高层建筑水灭火系统选择的研究

超限高层建筑水灭火系统选择的研究1杨琦，党杰，万千华东建筑设计研究院有限公司,上海200002摘要：针对超限高层建筑的建筑、火灾和水灭火特点，提出了消防灭火系统选择的性能目标和消防设计理念。通过几种水灭火系统的分析，指出了高压细水雾灭火系统在超限高的高层建筑中运用的适用性和优势，建议选择高压细水雾灭火系统。同时，也明确了高压细水雾设计的相关问题和进一步开展相关的验证性试验的需求。关键词：超限高层建筑；水灭火系统楼梯；选择；高压细水雾灭火系统Thestudyonthechoiceofwater-basedfiresuppressionsysteminexceptionaltallbuildingsYANGQi，DANGJie，WANQianEastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,LTD,Shanghai200002,ChinaAbstract:Characteristiccuttingoutanenginespecificallyfortransfinitetowerbuilding,conflagrationandwater,havesuggestedthatthealternativefireextinguishersystemfunctiontargetfightingfiredesignsideawithfirecontrol.Analysisfireextinguishersystembythefactthatafewgrowwater,theserviceabilityhavingpointedouthigh-handedthinsprayfireextinguishersystemmiddleapplyingtooutofgaugehightowercomposesinreplyadvantage,suggestschoosinghigh-handedthinsprayfireextinguishersystem.Havemadetheneedthathigh-handedfinetherelevanceproblemthatspraydesignsandthesexcarryingoutpertinentverificationfurthertestclearatthesametime,alsoKeyWords:exceptionalhigh-risebuilding,water-basedfiresuppressionsystem,choose,highpressurewatermisssystem1引言建筑高度的不断增加给水灭火系统的选择也带来的新的挑战。常规的水灭火系统（如消火栓给水系统、自动喷水灭火系统）在建筑消防中发挥了重要的作用。在水灭火系统中，低层建筑采用消防软管卷盘、喷淋局部应用系统；多层、高层建筑采用消火栓、自动喷水灭火系统。是否不论超限高层建筑高度的增长多少也一直沿用常规的灭火系统？研究超限高层建筑水灭火系统的选择，其意义在于解决建筑水消防中的新问题，提供新的设计方法。2超限高层的水消防设计特点2.1建筑特点经济和技术的发展，建筑的高度也不断增加。从我国的金茂大厦（420.5m，88层）、1通讯作者简介：杨琦，男，华东建筑设计研究院有限公司，主要从事建筑给水排水和水消防的设计和研究;上海市消防协会会员;E-mail:[e-mail]。上海环球金融中心（492m，101层），到国外的纽约的帝国大厦（381m，102层）、芝加哥的西尔斯大厦（443m，110层）、马来西亚吉隆坡的双子塔（452m，88层）、台湾的台北101大楼（448m，101层），到2010年1月4日竣工启用的阿拉伯联合酋长国的哈利法塔（KhalifaTower，原名迪拜塔），它有160层，总高828m。这种高层建筑有其自身的特殊性，为区别于一般高度的高层建筑，我们将超限高层建筑定义为超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用类型的高层建筑。在高层民用建筑消防设计[1]中，我们常将建筑高度超过250m的俗称为超限高层建筑。超限高层建筑投资大、功能复杂、使用人数多。超限高层建筑是人类对建筑科技、艺术、创新的结合，超限高层建筑往往如“楼中城”。如哈利法塔总投资超70亿美元，内设有住宅、办公室和豪华酒店，它预期能容纳1.2万人。此外，超限高层建筑在技术上需要面临新的问题和挑战，力求在抗震、消防、挡风、防撞、防雷、垂直疏散等方面保证建筑物的质量安全和人员的生命安全。超限高层建筑既要解决自身重量的问题，也要考虑摩天大楼的随风摇摆、来自恐怖袭击的隐患。2.2火灾特点超限高层建筑由于层数多、建筑高、体积大、人员多、功能繁杂，在火灾的蔓延、人员疏散和扑救等方面存在着更大的火灾危险性。充分认识超限高层建筑的火灾特点，对于预防和消除火灾事故有积极的意义。超限高层建筑功能复杂、火灾的隐患多。其使用功能上不是单一的，其层数多，面积大，大多综合性较强，使用功能复杂。如“上海中心大厦”中，有办公、酒店、商场、车库、餐饮等功能。其功能复杂多样，使用单位多，人员密集，流动性大，火灾种类多。超限高层建筑电气化和自动化程度高，用电设备多且用电量大，漏电、短路等故障的几率增加，容易形成点火源。由于室内人员多，人为因素引发火灾的机率也会相应增多。另外，建筑遭受雷击的机会要比一般建筑多，也可能在雷击时引发火灾。火势猛、蔓延快，火情控制难度大。在超限高层建筑中，热对流是火灾蔓延的主要形式，火风压和烟囱效应是使火灾蔓延的动力。其电梯井、通风井、电缆井、管道井、楼梯间等竖井多，对火灾有拔风作用。火势发展迅速，楼层越高，其烟气的垂直扩散速度要远大水平扩散速度。楼高风大，综合各种因素容易形成立火灾体。人员疏散困难。超限高层建筑层数较多、内部结构复杂，垂直距离长，高层建筑的安全疏散主要靠楼梯疏散到避难区。超限高层建筑物多采用集中空调系统，外窗一般不能打开。这在火灾发生后会消耗大量的氧气，热量散发不出去，给人员的逃生和火灾的扑救带来很大危险。建筑高度的增加也容易给人员的疏散带来心理的恐惧感。火灾危害较大。超限高层建筑一旦发生火灾，不但会造成人员伤亡惨重，而且经济损失也十分巨大。其灾情控制的难度增大，火灾中烟气在竖直方向上的流动速度是人员疏散速度的100多倍，烟气、毒气等燃烧产物极易造成人员窒息、中毒死亡。扑救难度大。超限高层建筑受建筑高度的影响，外部供水困难和登高消防车的工作高度不够，扑救难度大，也对人员的安全疏散不利。火灾时，排烟玻璃幕墙的限制和风向、风力的影响，难以实施破拆玻璃窗进行自然排烟，而机械排烟系统，也会受风力、气压等气候条件的影响而难以达到理想的排烟效果。2.3水灭火特点自救为主是超限高层建筑的消防特点，而水是其主要的灭火剂。水是世界上最有效、最简单、最经济的灭火剂。水根植于宇宙空间，追求水灭火的节能减排与环保，也是我们融入自然的建筑设计方法之一。在水消防设计中，最适用的也就是最好的，最简单的系统也是最可靠的系统。灭火用水量大，供水难度大。在超限高层建筑中，因建筑的功能复杂、可燃物多，其灭火用水量也较大。而楼层高，需要接力供水，供水系统的水压大，水带容易爆裂，铺设水带也慢。在消防车独立供水的情况下，上海经灭火演练测试，三辆大功率消防车串联，通过水泵接合器供水，供水高度只能达到160m；通过水带直接供水，高度只有150m。需要及时处置初期火灾的自动灭火系统。室内消火栓给水系统是超限高层建筑灭火的基本手段，自动水灭火系统是超限高层建筑灭火的有效方法。自动水灭火系统可有效地自动控制、扑灭初期火灾。针对建筑结构超高的特点，需要加强灭火的水冷却。超限高层建筑一般部分采用了钢结构的形式以减低结构自身的重量，其需要在火场中加强水灭火的冷却功效，同时来保护建筑结构的自身安全。3灭火系统选择的原则现有的高层建筑水消防设计规范和灭火方法都是建立在目前的科学技术水平之上的，其灭火系统选择的类型都有一定的适用范围和协定。这些方法并不完满，它们都采用了一系列假定。超限高层建筑如果随着建筑高度的增加而一味地引用原有的规定和措施，也许会缺乏实践的性，就会带来技术上的可行性与可靠性新问题，并且还会带来经济性问题。有必要合理选择水灭火系统，对水消防进行宏观控制，确定灭火系统的选择原则，使超限高层建筑的灭火系统更安全可靠、系统合理均衡、适应超限高层建筑自身的条件，以保证消防安全的正常与降低造价。消防灭火系统选择的性能目标就是要满足消防的安全可靠，消防设计理念需要有创新的思想。创新是民族进步的灵魂[2]。消防技术的进步也是如此。构建建筑灭火系统选择的思想是创新的动力，重视发展高技术。要有所为有所不为，强调灭火技术水为先。超限高层建筑选择灭火系统的主要原则有安全性、适用性、经济性。3.1系统的安全性作为超限高层建筑灭火系统选择的首要性能目标是安全可靠地灭火，系统的安全性是第一性的。根据超限高层消防的特点，还需要及时、自动灭火，强调自救为主。同时，简单的系统也是可靠的系统。减少系统的环节可提高系统的可靠性。在各种灭火系统，水灭火系统是最安全的系统之一。水灭火系统可以持续进行，便于取用。消火栓给水系统是建筑消防灭火的基本系统，对于自救还是外救都是必须的可靠保障。自动喷水灭火系统是一种自动、可靠的灭火系统，其适用范围较广，已有200多年的应用历史。3.2系统的适用性最适用的也是最好的。适用性也体现在其合理性上，不同的建筑有不同的特点，不同的火灾也有不同的灭火方法。超限高层建筑灭火系统除了考虑技术的先进外，还要结合工程的具体特点来选用。常规的灭火系统要根据消防的目标、建筑物的规模来确定。作为超限高层建筑的特点，建筑高度高、荷载增加，灭火需要自救，注重消防初期的控火、降低烟雾浓度，保证人员的安全疏散，对系统的要求不再是单一的灭火的作用。3.3系统的经济性超限高层建筑的灭火系统选择也需考虑经济性。消防灭火系统是用于保护人员的生命安全和建筑物的，不能因为设置的灭火系统投资超过被保护对象的价值。在不同灭火系统的选择中，应考虑的是综合经济性。水灭火系统的经济性不仅仅是设备的造价，还应包括工程造价（设备、安装、占用面积等其他费用）以及综合价格（如运行维护费用等）。3.4水消防节能减排、环保节能环保是国家可持续发展的策略。建筑水消防也需要考虑节能减排，以最小的水量来达到最好的灭火效果，同时也是可以减少水渍的次生灾害损失，以减少消防排水对环境的影响。4几种灭火系统的分析4.1高压细水雾灭火系统高压细水雾灭火系统是利用高压产生的细水雾来灭火的新技术。高压细水雾的灭火机理主要是冷却效应、惰化效应和附加效应[3]。它灭火效能高、节水，冷却性能好、抑制性强，具有隔绝氧气窒息作用；它用反应时间快、水量较少、可减少水的危害；它对烟雾的擦洗作用，可降低火灾的危险；它管道管径较小、节材节能，喷水对环境无污染。它的电气绝缘性也较好，也可用于有电器存在的火灾场合以及替代所有气体保护的场所。4.2几种灭火系统的分析在安全性方面，高压细水雾系统在超限高层建筑中最具应用价值的消防技术之一。高压细水雾灭火系统有可靠的灭火案例。美国NFPA750中已有部分内容，欧洲有相关的规范。我国公安部天津消防研究所正在编制国家《细水雾灭火系统技术规范》，国内有不少省市编写了细水雾灭火系统的地方规范。高压细水雾灭火系统只用水，提供给你最佳的人员安全保护。火灾时，系统喷放前不需要人员疏散；在喷放时可降低烟雾的浓度，又便于人员的疏散。其安全可靠性不仅表现在对财产的保护，更重要的是对人员生命安全的保护。高压细水雾灭火系统的灭火时间缩短，一般可按0.5h设计（在设置气体场所应用可按10min设计）。常规的喷淋系统按1h设计、水喷雾灭火系统按0.5h设计，气体消防按10min设计。它对防护空间无特殊要求，无需完全密闭，保证灭火成功率，还能有效防止复燃。在系统的适应性方面，高压细水雾灭火系统运用到超限高层建筑中的优点得到充分体现。相对于传统的自动喷水灭火系统而言,它用水量仅需10%或更少，其