社会经济的快速增长促进了城市高层建筑的发展.该类建筑给予了人们心理和生理上优越感、自豪感和舒适感,但也在悄无声息地威胁着人们的生命和财产安全.火灾是其杀手锏.目前我国城市化进程正不断推进,城市建设走向集约型、紧凑型是今后城市发展的主要思路,但是消防基础设施和装备滞后的问题日益严重.

尽管《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—1995)^[1]明确要求10层以上高层建筑应具备防火条件,但目前高楼火灾依然层出不穷.面对此类火灾“防”是主要的.同时因为火灾有诸多危害性,若火灾发生,一定要沉着冷静,选择高效、安全的逃生方法和途径.

在城市中人们基本在楼房建筑或高层建筑内生活和工作,由于人流量较大,生活方式多样,造成了诸多火灾隐患.建筑起火的原因总体可分为六类:① 生活和生产用火不慎.生活上如吸烟不慎、炊事用火不慎、取暖用火不慎等;生产上如用明火熔化沥青、石蜡或熬制动植物油时等.② 违反生产安全制度.③ 电器设备设计、安装、使用及维护不当.④ 自然现象引起,如自燃、雷击、静电、地震等.⑤ 纵火.⑥ 建筑布局不合理,建筑材料选用不当.

高层建筑内部一般设置了数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道.如果发生火灾,该类配置如同烟囱一样会助长火势,建筑越高,“烟囱效应”越明显.

上海市消防局提供的测试数据^[2]显示,100 m的高层建筑,畅通状态下,烟气30 s即可顺竖向管井扩散至顶层,整幢建筑瞬间即可形成“立体火场”.高层建筑助长火势的因素较多,一般情况下高度为10、30、60、90 m处的风速分别为5、8.7、12.3、15 m·s^-1.

(1) 受举高车辆举高度限制.目前国内正常的消防举高车辆高度为50 m,个别配置高的可达到80 m,居民建筑每层高度为3 m左右,而商业大厦每层高度为3.8~4 m,因此举高车辆救援层为14层以下,若更高楼层的居民受困,救援工作将受限制.

(2) 消防员体力受限.训练有素的消防员可徒步上至12层或更高,但发生火灾时,电力系统失灵,电力设备不能正常使用,尤其是电梯.这种情况下,消防员需徒步上楼进行救援,并携带个人防护装置与救援灭火器材,如空气呼吸器、水带、水枪等,至少负重20 kg^[4],额外的负重会消耗消防员大量体力,降低其战斗力及救援效率.

(3) 受登高路径限制.消防员可通过消防电梯、内部疏散楼梯、外部举高车辆到达起火层.一旦电力系统切断,举高车高度不够,消防员亦需徒步上楼救援,这将降低其救援力度^[5].

④ 人员疏散困难.据测算,每层120人有1个疏散楼梯的情况下,在火灾时15层中所有人员疏散到地面约需19 min,30层需39 min,50层需66 min,而且实际火灾时情况会更加严重.同时有数据表明,火灾发生后,7 min内逃生是最高效和安全的,因此高层建筑火灾逃生存在较大的安全隐患,人员的及时疏散意义重大^[6].

火产生的热能以热射线的方式传播.火灾发生时,放射物表面(火焰)的温度通常在1 000 ℃以上.而一般可燃物在空气中的自燃点始终低于800 ℃,当其受到火焰灼烤可能会燃烧.曾经有距离火灾现场200 m的建筑物,由于受辐射热作用发生了火灾^[7].

建筑材料高温承受能力弱,易发生坍塌.现代建筑物中的钢筋混凝土结构,400 ℃以下可共同受力,超过该温度受力强度降低;对于钢筋混凝土梁、板,350 ℃以上钢筋端面变小而梁、板挠度增加;对于钢结构,其钢构件在300～400 ℃时强度便急剧下降,出现塑性变形,超过600 ℃则会失去承重能力导致结构坍塌,被困人员若不及时逃出将会有生命危险.

根据高层建筑材料的燃烧性能及耐火极限,可将建筑物划分成不同的耐火等级,但建筑材料耐火时限最多只有7.5 h.

根据火灾时建筑物室内温度随时间的变化,可将火灾过程分为四个阶段,即初起期、成长期、最盛期和衰减期.其中最盛期火焰呈漩涡状,温度缓慢上升,最终室温可达800～1 000 ℃;此时建筑物结构强度遭到破坏,甚至产生变形和塌落.衰减期室温逐渐降低,每min下降7～10 ℃,但在较长时间内室温还会保持在200～300 ℃.高层建筑发生火灾时,烟雾阻碍人们逃生和灭火.现代高层民用建筑内存放有大量塑料装修材料、化纤地毯和泡沫填充的家具,燃烧时产生大量有毒烟气和热量,消耗大量氧气.

火灾发生的各个阶段因为燃烧条件不同所生成的烟气成分也不一样.火灾烟气的危害(包括其对人体本身的危害)主要有:

(1) 一氧化碳中毒.当温度升高、分解加快时,氧气供应不足,将产生大量一氧化碳,此时受困人员容易一氧化碳中毒 .

(2) 其他有毒气体.建筑中可燃材料在燃烧时产生大量有毒气体,如甲醛、乙醛、氢氯化物、氢化氰等,对人体极为有害.据统计,有毒气体在火灾中造成的伤亡占死亡总数的40%~50%.^[7]

(3) 缺氧.人在行走和劳动时平均每min需O₂约1～3 L,火灾过程中会产生大量一氧化碳、二氧化碳及其他有毒气体,同时燃烧消耗大量氧气,导致空气含氧量大大降低.剧烈燃烧时,含氧量仅为6%～7%,当含氧量下降至5%以下,人呼吸停止,数min后死亡.

(4) 高温.一般来说,人所呼吸的空气温度不得超过149 ℃.爆燃发生时,室内温度可达800 ℃以上,火焰本身或火焰产生的高温能将人烧伤、烧死;或由于吸入大量热气至肺部,血压急剧下降,毛细管破坏,导致血液循环系统破坏,直至死亡.

(5) 能见度较低.燃烧产生的一些有色烟雾和对人感官具有刺激性作用的气体,会致人无法看清方向.在视觉模糊、毒气围绕多重危险存在的情况下,被困人员逃生困难,同时,烟气有遮光作用,严重阻碍疏散和救援活动.

(6) 心理恐慌.人在非常态的环境下,心理状态是非常不稳定的,尤其在火灾中,视觉模糊,呼吸困难,极容易恐惧惊慌,严重阻碍灭火和逃生,造成人员伤亡.

建筑楼房内部设施配置方式和机构配置形式不同,亦会影响火势蔓延.常见的建筑火灾蔓延形式有两种:横向蔓延和竖向蔓延.

(1) 火灾横向蔓延:① 未设防火分区,如未设防火墙、防火门等;② 洞口分割不完善,由于建筑内门、窗、隔墙等构筑材料燃烧或失效,导致火势横向发展;③ 火灾在吊顶内部空间蔓延;④ 火灾通过隔墙、吊顶、地毯等蔓延.

(2) 火灾竖向蔓延:① 通过竖井蔓延;② 火势朝顶棚顶部蔓延;③ 火势由朝墙外窗口向上蔓延.

火灾具有突发性、蔓延性和复杂性等特点,在高层建筑火灾中这些特点尤其明显.为保证居民的生命和财产安全,根据火势和烟气蔓延特点,总结出以下四点逃生建议:

(1) 发生火灾时,尽量保持冷静,清醒分析灾情,合理选择逃生途径,切忌盲目从众.

(2) 10层以下被困人员可通过疏散通道逃生.若火势不大,可用湿被褥或毛毯包裹身体,同时护住口鼻.由于接近地面空气较上层的更安全,逃生时尽量低身前进,减少毒气侵害.若火势较大,切记不可盲目跳楼,避免不必要伤亡^[8].

(3) 在火势不大时,10层以上的受灾居民,可向天台奔跑,寻找相邻单元的楼道乘电梯逃至楼外;若火势较大,则不可通过楼道逃生,应尽量找相对安全、醒目的阳台或窗口等待救援.

(4) 家中如有消防救援用品:缓降救援设备、防火毯、防毒面罩等,应科学合理使用,发挥其高效逃生的效果.

消防专家指出,降低高楼火灾死亡率的有效途径是被困人员的合理自救,因此救援装置的研究势在必行^[8].结合建筑火灾特点以及市场上现有逃生装置的优点,认为一种可脱离建筑进行独立工作的逃生设备将具有较大的发展空间.该装置具有以下特点:

(1) 所需能量由用户自身重力提供.这一方面可减少装置的制造成本,省去一部分供能模块,减轻装置重量,以满足更多用户需求;另一方面合理利用用户自身重量,可避免装置功能不足以及时常出现的供能问题,具有创新性.

(2) 瞬间响应性.即用户在使用该装置时,其各个功能单元可瞬间进入功能状态,增加了安全系数.

(3) 平稳性.该装置在工作过程中所产生的升力和空气阻力能有效降低用户及装置重力所产生的向下速度,从而减少用户自身动量最终减弱着陆时与地面的冲击力,保护用户安全.

通过对高楼火灾危险性分析,可得出以下结论:

(1) 高层建筑消防系统管理不完善,如灭火器材、消火栓压力、火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统等损坏或出现故障,而且高层建筑材料耐火性能差,有相当一部分不满足国家建设标准,发生火灾后,不能有效发挥救援作用.

(2) 高楼火灾逃生装置的研制与设计案例越来越多,但仍存在相当多问题,装置的完善设计与普及将会极大程度上减少高层火灾的伤亡率.飞行式逃生装置将会成为一种崭新的救援用品,并在高楼火灾中发挥至关重要作用.

(3) 政府部门做好防火自救知识的宣传工作,高层建筑火灾坚持“以防为主,防消结合”的宗旨^[9],提高居民安全素质、加强安全意识,普及火灾的扑救知识,提升自我保护和逃生自救能力等,有效降低伤亡率.