超高层建筑火场供水研究

吴斌

摘要：超高层建筑因高度高、玻璃幕墙应用广泛、消防设施复杂等特点，火灾发生时容易快速蔓延，人员疏散和灭火救援都相对困难。因此，保障超高层建筑的消防供水对于火灾扑救至关重要。应用当前先进的科技手段，创新固定消防设施供水和移动供水方式，培养消防队伍应对超高层建筑火灾的专业素养，有助于快速扑灭火灾，保障人民群众的生命财产安全。

关键词：超高层建筑；火场供水；火灾扑救

超高层建筑发生火灾时，能否及时、足量、不间断供水，与火灾救援效率密切相关，是超高层建筑消防应该关注的重点问题。笔者介绍了超高层建筑的火灾特点、供水方式、供水难点，并提出相应的火场供水对策，为超高层建筑火场供水提供参考。

1 超高层建筑特点

1.1  超高层建筑内部结构复杂

在我国的建筑设计规范中，超高层建筑为高度超过100m的建筑[1]。超高层建筑除高度高外，还具有体量大、结构复杂等特点。超高层建筑承担着景观功能，有些超高层建筑甚至会成为一个国家或城市的地标建筑。为了避免同质化，建筑设计师注重超高层建筑的造型差异，为配合独特、复杂的造型，超高层建筑的内部结构也相对更加复杂和多样化。包容性强大的超高层城市综合体通常集服务业、商业、展览中心等功能于一体，建筑面积往往超过10万m2，结构更加复杂[2]。建筑内部电气管线贯穿整栋建筑，错综复杂。近年来新建的超高层建筑及裙房与商业综合体通过连廊、地下通道相连，建筑结构多为中间钢筋混凝土加外围钢结构框架，承重墙、剪力墙等墙体力学结构复杂，建筑内部疏散楼梯、消防电梯、普通电梯、转换电梯众多，电梯数量甚至可达六七十部。

1.2  超高层建筑玻璃幕墙应用广泛

超高层建筑承担了城市一部分的景观功能，而玻璃幕墙作为外立面装饰可以大幅度提高建筑美感，同时加强建筑采光、减轻建筑承重，因此在超高层建筑中被广泛应用。玻璃幕墙由支承结构体系和面板两部分组成，它相对于主体结构有一定的位移能力，不承担主体结构的荷载。虽然玻璃幕墙在超高层建筑设计过程中备受青睐，但在建筑设计中通常存在土建设计与幕墙设计割裂的情况，在外立面造型要求较高的情况下第三方幕墙设计单位可能会牺牲玻璃幕墙的消防功能，出现外立面幕墙和内部墙体上土建设计的灭火救援窗的位置不匹配、双层幕墙之间的空腔防火封堵不完整等问题，给火灾救援造成隐患。

1.3  超高层建筑消防设施复杂

平房和多层建筑发生火灾时可以依靠消防车的高压喷雾水作为消防水源，消防救援时只需架设高压喷水管架。由于高度高、内部结构复杂，超高层建筑仅依靠消防车水源不能满足火灾扑救需求，还必须依靠建筑自身的消防系统开展火灾扑救工作，因此超高层建筑的消防系统要更加复杂[3]。根据《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》的要求，高度超过250m的超高层建筑应采取高位消防水池和地面（地下）消防水池双向供水，即由高位消防水池、转输泵等联合供水[4]。高度在100m～250m之间的超高层建筑则常采用一次加压减压（减压阀）给水、串联加压给水、临时高压消防给水等方式进行火场供水。为保障水量和不间断供水以及较高楼层的水压，供水方式更加复杂，需要严格控制消防水池的数量，引入循环水泵和导流墙，避难层要设置中转传输水箱，每两层设置变频加压供水系统。所涉及的水池、水箱、水泵或泵组、阀门、管网数量多，整个系统复杂，维护保养也更加困难。

这些特点导致了超高层建筑一旦发生火灾，火势若无法在初期得到有效控制，将迅速蔓延，且火灾扑灭、人员疏散与救援困難。

2 超高层建筑火灾特点

2.1  火灾蔓延快易形成立体燃烧

超高层建筑中火灾一旦发生，蔓延迅速，极易形成立体燃烧。因为超高层建筑的管道井、楼梯间、风道、电梯间等纵向井道多且相互连通，当剧烈火灾发生时，若建筑的防火封堵、分割不到位，火势和烟雾易沿各纵向井道以及玻璃幕墙缝隙迅速蔓延至各个楼层，助推火势蔓延，形成“烟囱效应”。研究表明，高温状态下的热对流所产生的水平方向的烟气扩散速度仅为0.5～3m/s，但在“烟囱效应”的作用下，烟气在纵向管井中的扩散速度高达8m/s，高温烟气和有毒气体极易对被困人员造成严重损伤[5-7]。火灾发生的位置越高，风速越大，在高风速的影响下，超高层建筑火灾的火势势必更容易蔓延。

2.2  人员疏散与搜救要求高

消防疏散问题对于超高层建筑非常重要，在此问题上，设计者已经在基础建筑材料、疏散路线排布等方面多花了很多心思，但超高层建筑本身依然存在容纳人数过多、火灾安全事故频率较高、火势控制难度大等问题，导致人员疏散和搜救困难[8]。与常规建筑相比，超高层建筑发生火灾时对人员疏散和搜救的要求更高。主要体现在疏散距离远、待疏散人数多。首先，由于超高层建筑结构复杂、建筑面积大，水平和竖直疏散的距离长，人员疏散所需时间要比普通低层建筑更长。训练有素的消防员从150m高的楼层抵达地面需要至少10min的时间，而超高层建筑内的普通群众要完成此过程需要的时间更长[9]。在争分夺秒的火灾现场，疏散时间越长，人员面临的风险越高。其次，超高层建筑容纳的人口众多，尤其是在工作日的工作时间段内，人员流量大、密度高，易出现安全出口、疏散门的堵塞，甚至出现人员踩踏事故，进一步加剧了人员疏散任务的艰巨性。另外，超高层建筑的高楼层的风速过快，这不但导致火灾蔓延迅速，还会产生大量烟雾，减弱人们的逃生能力，增加消防员的搜救难度[10]。消防员在进行人员疏散的同时要兼顾控火灭火，不经过针对性训练容易顾此失彼，难以进行科学高效的疏散和搜救。

2.3  火灾扑救与救援难度高

由于超高层建筑内部结构复杂，可燃材料众多，发生火灾时易持续燃烧，甚至出现二次燃烧乃至楼体变形、坍塌的情况。墙体采用大理石和玻璃结构的超高层建筑较多，一旦玻璃幕墙坍塌，会破坏道路交通，阻碍消防车进入火场救援。并且，目前消防救援设施可以满足结构简单的低层建筑的火灾救援要求，但无法满足超高层建筑上层区域的救援。超高层建筑本身的“超高”特点决定了其火灾扑救与救援的难度更高，例如，当前消防举高车的极限高度为101m，而超高层建筑的高度都超过100m，高度超过100m的楼层不能通过消防举高车进行外部疏散。超高层建筑高度高、建筑面积广也导致了进行灭火和疏散的消防员体力消耗大、消防设备得不到及时补充等问题。这些问题都导致超高层建筑火灾的扑灭与救援难度较大，此时为保障火场安全，足量供水更加重要。

3 超高层建筑火场供水方式

根据多年的实践经验，火场供水方式宜以“以固为主，顾移结合”为原则[11]。“固”指的是利用超高层建筑内及建筑附近的固定消防设施进行供水，“移”则指火灾发生后消防员在救援过程中铺设消防水带供水，并充分发挥移动消防车的作用。

3.1  利用固定消防设施供水

用建筑物本身的固定消防供水系统来实现供水控制目标是超高层建筑灭火救援的优先选择。固定消防设施的水源储存于地面（地下）消防水池、高位消防水箱，消火栓内部供水主要来自消防水箱与水池，火灾初期若火势尚未扩大，直接启动消防水泵向消火栓供水是最有效的供水方式。但靠固定消防设施提供的建筑消防用水量有限，难以满足火势较大时的供水需求。

3.2  铺设移动供水线路

当固定消防设施出现故障或者火灾在初期阶段没有得到有效控制、固定消防设施已无法满足灭火需求时，就不得不依靠移动供水装备来提高供水能力。通过铺设移动管路可将消防车作为直接水源，将水供应到着火点。移动管路铺设的方式有沿楼梯蜿蜒铺设、沿楼梯内部夹缝垂直铺设、沿建筑外立面垂直铺设等，可根据现场情况灵活选择合适的铺设方式。沿楼梯蜿蜒铺设水带的方式由于水带铺设路线长，容易爆裂，费时费力较多，故在超高层建筑火灾中一般不予使用。

4 超高层建筑火场供水难点

4.1  固定消防设施维护保养不到位

一些较为老旧的超高层建筑在建设过程中为了节约成本，存在消防设施投入不足的现象，部分老旧的消防系统难以适应新的消防需求。在超高层建筑使用过程中，由于使用者缺乏消防知识、消防意识薄弱，存在擅自停用消防设施的现象，如违反要求关闭消防水泵出水阀门，虽然有些违规要求是无意识的，但依然会造成重大消防隐患；由于相关责任人心怀侥幸心理或缺乏维保资金等因素，有时会对固定消防设施的维护保养不及时、不到位、不深入，出现消火栓难以及时供水等现象，这往往会导致错过火灾初期的最佳扑救时间，造成火灾大规模扩散。

4.2  铺设移动供水线路与疏散救人之间的矛盾

若火势已经扩大，固定消防设施已无法满足供水需求，不得不使用铺设移动供水线路的方法供水，就需要考虑管线铺设与人员疏散、搜救之间的矛盾。在短时间内可以赶到火场的消防员战力有限，难以分身，疏散大量被困人员和铺设移动供水线路都需要消防员参与；同时楼梯间既是重要的疏散通道也是铺设供水线路的可用空间，容易造成忙乱和拥挤。

4.3  铺设移动供水线路难度大

水带的铺设及固定需要时间，在铺设移动供水线路时，消防人员需要携带较多水带、水带接口、水带加固件、水带固定器具等消防装置，在超高楼层进行长距离铺设操作时存在水带铺设固定慢、消防员体力消耗大的问题，进而加长了水源到达火场的时间，易错过灭火的最佳时机。同时受玻璃幕墙和建筑结构复杂的影响，铺设移动供水管线要比在常规建筑中更加困难，且在超高层建筑中使用这种方式供水存在消防车的供水高度不够高、水带的耐压强度不足等问题，对供水设备和设备操作的要求更高[12]。

5 超高层建筑火灾火场供水应对措施

5.1  科技赋能，加强装备创新研发

科学技术的进步在极大解放了生产力的同时，也助力了消防供水方式的创新。在固定消防设施供水方面，应大力发展自动喷淋灭火系统。自动喷淋系统包含在建筑自救系统内，此系统检测到火情后，可以根据火灾的情况进行区域喷淋与集中喷淋，可以尽可能地防止火灾大规模扩散，将火灾掐灭在初期阶段。在移动消防供水方面，直升机、机器狗等可代替消防员进行供水。对于超高层建筑顶部设有停机坪或有停靠直升机的条件，而烟雾又没有猛烈到威胁飞机飞行时可采取直升机运送吊挂水桶、消防水炮的方式供水。

5.2  数据增效，完善应急预案资料

有清晰的数据资料支撑更有利于制定合理的灭火救援方案。完整掌握超高层建筑的供水情况，包括可用水体积、流量、压力等数据，并根据具体数据完善应急预案，可防患于未然，高效应对火场情况。在演练中实测消防员铺设移动供水线路、利用固定消防设施供水所用水带数量、所用时间、供水压力以及遇到的问题，不断完善灭火救援预案，针对性解决火场“乱、忙”问题。

5.3  建强队伍，强化专业队建设

有些消防员参与超高层建筑火灾救援的经验较少，在遇到此类情况的火灾时难免出现判断和操作失误，给自身生命安全造成威胁，也不利于火灾迅速扑灭，因此强化专业人才培养、开展针对性训练，打造素质过硬的专业消防队伍十分必要。针对目前消防队伍过分依赖消防车直接供水的方式，加强其对固定灭火设施应用知识的培训，以消防重点关注单位为演练对象，强化消防员及时检查固定消防设施的思维。消防人员应开展定期研讨，熟悉职责区域内超高层建筑的火场供水状况，做到心中有数，避免真正发生火灾时的忙乱现象。日常做好与企业专职队、环卫洒水车以及自来水公司的协调沟通，以便及时寻求移动调水、管网加压等帮助来满足水量需求较大的情况。此外还可以利用当前先进的消防疏散模拟技术，提高消防人员在超高层建筑发生火灾时的疏散能力，尽可能地减少人员伤亡。

6 结语

超高层建筑在一定程度上缓解了大城市和特大城市对空间的迫切需求，但这类建筑的火災具有蔓延速度快、人员疏散难、火灾扑救难等特点。超高层建筑的火灾特点对火场供水提出了更高的要求。

消防员在日常工作中充分掌握辖区超高层建筑的供水状况、熟悉各种供水方式的操作，做好超高层建筑火灾的供水预案，并加大巡查力度，保障建筑内外消防供水设施随时在线，才能在真正面临火情时做到有条不紊地快速供水。同时，科研工作者和消防产品研发单位要创新超高层建筑火场供水方式，提供更加高效、可靠、安全的火场供水设备，为人民群众和消防员的生命财产安全保驾护航。

參考文献：

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[12]许红枫.超高层建筑防火设计问题研究[J].消防界（电子版），2020，6（17）：77-78.

Study on water supply in super high-rise building fires

Wu Bin

（The New Bund Fire and Rescue station， World Expo Detachment， Pudong Fire and Rescue Brigade， Shanghai 200120）

Abstract：Due to the high height of super high-rise buildings， extensive application of glass curtain wall and complex firefighting facilities， fires are prone to spread rapidly， and it is relatively difficult to evacuate people and extinguish fires and rescue them， therefore， it is crucial to ensure the firefighting water supply for super high-rise buildings to fight fires. Applying current advanced scientific and technological means， innovating fixed firefighting facilities water supply and mobile water supply， and cultivating the professionalism of firefighting teams to deal with fires in super high-rise buildings can help to extinguish fires quickly and protect people's lives and properties.

Keywords：super high-rise building; fire water supply; firefighting