高层建筑火灾风险分析

《高层建筑火灾风险分析》文献综述

1.概述

近年来，随着我国城市建设的步伐加快，建筑用地日益紧张，使建筑物向高空发展，城市的高层、超高层建筑数量日益增多。截止2011年底，我国高层建筑数量超过162000栋，其中超高层建筑高达1500余栋[1]。与此同时，我国高层建筑火灾也呈不断上升的趋势，而且火灾规模越来越大，危害也越来越严重。据《中国消防年鉴》[2]统计，2002～2006年7年间全国共发生高层建筑火灾1054起，而2007～2009年仅3年全国就发生了2040起，增长了3.5倍。同时由于高层建筑人群高度密集、财产高度集中，其火灾发生给人民群众的生命财产造成了巨大损失。据公安部统计的数据表明，我国城市社区火灾逐年呈明显上升趋势，尤其是高层建筑火灾占相当比例[3]，因此针对高层建筑现有的火灾隐患状况、分析评价其风险，并提出有效对策具有重要的现实意义。

2.高层建筑火灾特点及其风险综述

2.1高层建筑火灾特点

通过阅读大量的文献以及国内外的一些典型高层建筑火灾案例[4-12]得出，高层建筑火灾的主要特点是蔓延迅速，易形成烟囱效应，极易向上迅速蔓延，导致数个楼层同时燃烧，形成立体火灾，而且热烟毒气危害严重，直接威胁着人们的生命安全。其火灾特点可以概括为以下四个方面。

1)火势蔓延途径多，速度快，危害严重

2)安全疏散困难，容易造成群死群伤事故

3)空间和功能复杂，起火因素多

4)消防灭火设施不够完备，扑救困难

2.2高层建筑火灾风险分析

通过查阅相关文献[7-15]及我国的数起重特大高层建筑火灾事故案例分析可知，当前我国高层建筑面临的火灾风险主要表现在以下几个方面：火灾从外墙面突破防火分区、火灾从建筑内部突破防火分区、疏散通道安全可靠性不够。此外，防火分区内部的房屋或功能区域大量使用可燃或易燃的装修材料、家具组件及电器，以及存放大量可燃物品也给高层建筑带来了潜在的火灾隐患。

3.2.1火灾从外墙面突破防火分区

1)外墙保温材料及系统阻止火焰蔓延的能力不足

2)幕墙系统的防火设计存在缺陷

3)广告装饰牌的设置缺乏必要的防火规定

4)阳台雨棚的防火要求不明确

3.2.2火灾从内部突破防火分区

火灾从建筑内部突破防火分区是建筑火灾水平、垂直蔓延的主要途径。在高层建筑火灾事故案例中发现，建筑往往存在防火分区开口处的防火门、防火卷帘的安装使用不正确问题和建筑中各种竖向管井和孔洞未按规范要求严格封堵或者封堵不合理的问题。

3.2.3疏散通道被燃烧烟气封锁

尽管我国建筑设计防火规范针对疏散楼梯、避难层（间）和防火门（窗）进行了相关规定，但是从近年来国内高层建筑发生的一系列恶性火灾事故来看，我国高层建筑疏散楼梯、避难层（间）的安全性和防火门（窗）在实际使用过程中的可靠性还存在一些问题。主要表现为：封闭楼梯间、防烟楼梯间及前室所用的防火门不能保持关闭状态；防火门不具备防烟功能。

3.2.4灭火救援能力无法达到相应的高度

我国现有消防车的供水能力和供水器材的耐压强度一般达不到高层建筑的高度，且现有固定消防设施无论在研发、设计上，还是在施工、管理方面，都存在一定的缺陷，举高消防车和消防直升机由于受施展空间的限制，其作用也有限。

3.2.5人员密集场所的火灾风险

高层建筑层数多，面积大，可燃和易燃材料多，且人员集中，建筑结构复杂，一旦发生火灾，火势会迅速蔓延，而疏散十分困难，对人员的生命财产安全构成严重的威胁。

3.国内外火灾风险评价研究现状综述

3.1国外研究现状

20 世纪 80 年代中期，加拿大国家研究院（National Research Council of Canada，NRCC)

在渥太华建造了一座 10 层火灾研究实验塔，用于开展烟气控制系统的全尺寸实验研究，并出版了《烟气控制系统设计》一书，其内容包括烟气控制系统基本概念、计算机分析、楼梯间加压、区域烟气控制以及一些可以接受的测试方法等，为暖通工程师进行防火设计提供了一定的理论依据和技术指导。

1990年，美国提出评估特定场所内使用产品火灾风险的FRAMEworks方法[16]。

1992 年美国提出了第一个被广泛采用的防火安全分析与设计的性能化方法：“火灾致损评估（FIVE：Fire—Induced Vulnerability Evaluation）方法”[17]。

1993年，美国提出了建筑防火评估方法(The Building Fire Safety EvaluationMethod， BFSEM )[18]。

澳大利亚提出风险评估模型(RAM:Risk Assessment Modeling)[19]。

1994年，Satoh等人也对高层建筑内中庭大空间内烟气运动进行了一些小尺寸和全尺寸的烟气研究。

英国的用来评估住宅人员生命安全的Crisp II[20]。

1995年，日本提出了建筑物综合防火安全设计方法[21]。加拿大提出了FIRECAM方法[22]。

1998年，澳大利亚提出了新的风险评估模型(CESARE-RISK模型)[23]。

2000 年 Tanaka等人利用小尺寸竖井实验台，对竖井结构烟气羽流特性进行了一些实验研究，利用简单的量纲分析仅提出了开放竖井内烟气羽流上升时间的确定因素。

2004年Chow对竖井内烟气运动进行了尺度模拟，推算出了相应烟气运动时间经验公式。

目前，国外高层建筑防火研究主要研究火灾中烟气运动规律及控制理论。研究方法主要采用理论模拟方法和实验方法。RONALDGREHM 等建立了评估世界贸易中心火灾行为的模型。

3.2国内研究现状

我国关于火灾风险评估的研究相对发达国家起步较晚，但随着近年来与国外相关研究机构的交流，目前已经开展了火灾风险评估方面的研究，并取得了一定的成果。

1989年，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的成立标志着我国的火灾基础科学研究迈出了新的一步。

1995年，范维澄等[24]运用火灾规律双重性理论，探讨建筑火灾综合模拟评估的理论框架，以影院、会堂类大空间建筑为例，运用一些可调试的模拟方法、统计分析及其模型，给出了在火灾评估具体环节和应用程式上的量化描述。

1996年，公安部天津消防研究所开始研究火灾模拟的相关方法。特别是在“九五”期间，公安部天津消防研究所在国外相关程序的基础上，开发了主要针对大型地下商场人员疏散的模型Egress，该模型在考虑人流方面具有突出的特点。

1998年，由加拿大国家研究委员会研究的计算机风险费用评估模型被用来标明高层办公建筑的经济合理的防火设计（火灾风险评估与费用估价模型）是一种用于评估建筑内部居住者生命风险和预期的财产损失的计算机模型[25]。

2001年，韩新[26]等以性能化建筑设计防火规范为背景，以消防安全工程学的实际发展水平和我国现行建筑设计防火规范为基础，初步建立了建筑火灾危险性评估性能化方法的基本框架，确定了此