固定消防设施在高层建筑灭火救援中的应用

田丰

摘要：随着城市建设脚步不断加快，高层建筑以及超高层建筑已经成为一个城市形象的体现。这些建筑竖向管井多、结构复杂、火灾荷载大、疏散逃生困难，发生事故极易造成群死群伤，是当前消防队伍灭火救援研究的重点课题。为摸清高层建筑及超高层建筑结构特点、探明建筑火灾发展规律、提升火灾扑救效率、保护群众生命财产安全，文章从高层火灾扑救难点出发，就如何更好地运用高层建筑固定消防设施提出了可行性的建议与措施。

关键词：固定消防设施;高层建筑;灭火救援

高层建筑体量大、层数多，发生火灾后，火势沿水平通道和竖向管井蔓延迅速，若不能及时有效对火灾实施控制，火势将迅速由初期阶段发展为全面燃烧阶段，形成立体燃烧，建筑内部溫度急剧升高，热辐射增强，同时产生大量高温、有毒气体，并迅速弥漫火场，给人员的安全疏散和物资抢救带来严重威胁。虽然近年来消防器材装备不断更新换代以适应当前严峻的灭火救援新形势，但其发展速率远跟不上城市现代化的进程和高层灭火救援的实际需要，截至2020年，全国建成150m以上的超高层建筑就已达到2215座，而目前全国共有举高消防车1654辆，其中50m以下占总数的91%，最高的举高类消防车为101m，举高消防车受数量、性能及展开环境限制远不能满足当前高层、超高层建筑灭火救援需要。因此，结合高层火灾不同发展阶段的特点，充分发挥固定消防设施作用，实现“固移结合”，对提升高层建筑灭火救援效率意义重大。

1  高层建筑的火灾特点

1.1  阶段性特性

1.1.1  火灾初期阶段

最初只限于着火物本身燃烧，进而蔓延至室内其他可燃物，酿成整个房间起火，此时燃烧所需空气可得到充分供给，烟气较少，房间温度不平衡，除靠近起火点外，其他部位的温度不高，燃烧面积不大，人员可以从容地由疏散通道和防烟楼梯间疏散，火灾初期阶段一般为5～7min。

1.1.2  火灾发展阶段

随着燃烧时间的持续，燃烧面积逐渐扩大，室温不断升高，这时烟气的发生量与空气流通状况紧密相关，空气供给受限，不完全燃烧产物如：CO、NH3、醇类、醛类等会增加，烟气呈现浓黑，能见度逐渐下降。反之，若空气供给充足，高温和烟气会迅速从门窗涌出，室内烟气相对较少，同时随着燃烧蔓延，高温通过热对流、热辐射等方式传播，环境温度会迅速升高。

1.1.3  火势猛烈阶段

起火房间全面燃烧，起火房间或防火分隔区充满浓烟、高温和火焰，室内温度猛增至800～900℃，大量不完全燃烧产物形成的浓烟在火风压的作用下冲破门窗向室外蔓延，火焰和高温浓烟从各种开口喷出，沿走廊和各种竖向管井向周围上下迅速蔓延开来，形成立体火灾。

1.2  火势蔓延的因素

1.2.1  火风压

燃烧产生的热量使空气体积膨胀，这种膨胀受到有限空间的影响，造成空间压力逐渐升高，高温热气流在高压作用下会寻求突破口，通过各种途径向外扩散。

1.2.2  烟囱效应

烟热气流向上升腾形成的速度与上下空气的温度差、冷热空气的密度和建筑的高度成正比，高层建筑通畅的竖向气流通道为烟气产生烟囱效应提供有利条件。

1.2.3  中性面

高层建筑存在既不进气也不排气，在外界风力作用下，其气体流动中性面集中于建筑内的中部位置，当门窗全部开启时，下部窗口进气，上部窗口排烟。

1.2.4  风力影响

地表以上10m高处风速5m/s，30m处风速8.7m/s，60m处风速12.3m/s，90m处风速15m/s。同时两幢相邻高层建筑底部会产生穿堂风，加速热烟气流扩散[1]。

2  高层建筑的灭火救援难点

2.1  登楼消耗体力大

高层建筑较高部位发生火灾时，如果电梯不能使用，消防员携带各类防护、灭火装备通过登楼会消耗大量的体力，既影响救援时间又会消耗大量的体力，严重影响后续灭火救援战斗。

2.2  敷设水带路径少

高层建筑发生火灾，若固定消防设施因日常维护不当或火灾烧毁失灵等情况无法正常使用时，消防员就只能依靠铺设水带实施供水灭火，而现今大部分高层建筑都采用玻璃幕墙结构，水带敷设采取吊升和垂直下放敷设方式受固定点、风力等因素影响难以施行，室内多为防烟楼梯间扶手内侧无空隙，因此只能依靠沿楼梯蜿蜒敷设的方式。

2.3  供水压力高，水带易产生爆裂

当着火楼层较高，又采用铺设水带供水时，由于水带在楼层垂直压力、车泵压力以及阀门开关时造成的水锤作用影响下，水带接口、拐弯折角处容易产生破裂，造成供水中断，查找破裂点以及更换新水带需要耗费大量时间，严重影响灭火救援行动。

3  建筑消防设施在火灾扑救中的具体应用

3.1  充分利用消防控制室作为指挥阵地

在火灾发生初期，火灾探测元件发出报警信号反馈至消防控制室控制机柜，根据探测时间依次报警，消防控制室值班人员或消防队伍可以充分利用控制机柜显示屏上报警时间的先后次序，准确查找起火点以及火势发展蔓延方向，定点、定向布置力量开展灭火救援行动。在火灾发展蔓延过程中，通过控制机柜的报警信号，对照主机电脑中的具体点位图，在火势发展蔓延的方向上设置防御力量，防止火势进一步扩大。在灭火救援过程中，还可通过消防控制室的大屏，结合参战各支队伍的视频反馈，可以准确掌握灭火救援现场态势，为指挥行动提供强有力的保证。当现场出现通信干扰或因楼层较高屏蔽信号时，前方参战力量可以利用消防电话与后方处于消防控制室的指挥员取得联络。

3.2  利用室内消火栓系统提升灭火效率

室内消火栓系统由消火栓箱、室内管网、消防水箱、消防水池、消防水泵、水泵接合器、市政入户管道等组成，消火栓系统在日常维护中应保持出水口压力不小于0.35MPa，消防水枪充实水柱不应小于13m。发生火灾时，可以直接利用该系统进行出水灭火，当水压不足时，可以通过消火栓箱内的启泵按钮远程启动处于自动状态的消防水泵，以满足灭火所需用水量及水压的要求。

消防队伍到达火灾现场，应第一时间占据水泵房，以防止水泵无法自动运行时手动启动消防水泵，或当主水泵损坏时迅速开启备用水泵进行供水。消防员需携带多功能水枪、水带以及转接口迅速到达起火层下一层或下两层布置阵地，铺设水带至起火楼层开展灭火救援行动。室内消火栓系统的运用能弥补消防队伍到场后由车辆开始铺设水带耗费时间的不足，有效提升灭火效率，同时室內消火栓点位多，在管网压力充足的情况下，能迅速调整进攻力量。

3.3  水泵接合器作用的发挥

水泵接合器是当室内消火栓系统泵组损坏时，消防队伍可以通过车辆加压将水或泡沫输送至消火栓系统的管网内供消火栓和水喷淋使用。高层建筑火灾尤其是超高层建筑，当地下水泵无法启动时，消防水带的耐压强度直接影响灭火阵地的可推进高度，而建筑的复杂程度又直接影响建立灭火阵地所用时间，因此利用建筑现有消防管网，将移动消防力量与之结合，是保证灭火效率的最佳选择。

高层建筑水喷淋和消火栓水泵接合器设置于首层室外，通过高层供水车将水加压送入管网，保证喷淋和消火栓系统正常使用。超高层建筑由于管道耐压强度有限，供水方式采取的是分区给水，在使用时需要区分水泵接合器种类、供水层数，以及传输水泵位置，当着火层位于超高层建筑裙楼，可以采取向低区消火栓或喷淋接合器供水，当着火层位于裙楼以上设置输转水泵的避难层以下时，可以采取高区消火栓或喷淋接合器供水，当避难层以上发生火灾，此时考虑水带耐压强度的限制，蜿蜒或垂直铺设水带供水已不可取，可以利用避难层消防水泵供水同时开启地下传输水泵，保证水源不间断。当避难层消防水泵损坏，可以利用高压水带连接避难层下层消火栓与避难层水泵接合器进行供水，或者采用手抬机动泵抽吸避难层水箱水源向避难层设置的水泵接合器供水。

3.4  启动防排烟设施开展排烟降毒

在火灾发生时，导致伤亡率增加的主要因素之一就是在火灾中产生的有毒气体和高温因素，增加了人员的伤亡率，并且浓烟会阻挡视线，严重影响救援人员的进攻路线，使其难以顺利进行人员疏散和火灾的扑救，所以消防队伍在日常熟悉演练时，需要了解排烟、送风机房位置及其所控制的出风口或排烟口所在层数，并对防排烟设施手动或联动启动进行测试。

处于自动状态的防排烟设施和火灾报警系统通常需要联动作业，当发生火灾，消防控制室火灾报警系统接收到火灾探测元件发出的信号，消防控制机柜通过分析报警信号所在层数，联动控制其对应的防排烟主机，但是在一些火灾发生过程中，会因为控制排烟风机电源控制箱没有切换到自动的状态，将导致排烟系统不能自动打开，遇到这种情况，就需要立即安排队员到所在楼层的排烟机房手动打开排烟风机。在使用机械排烟设施时需要注意两点：一是若起火建筑具备自然排烟条件，应同时打开门窗进行自然排烟并采用喷雾射流辅助，以提升排烟效率;二是当现场烟气温度升高到280℃时，排烟机无法进行排烟工作，为防止高温烟气通过排烟管道进行蔓延，排烟防火阀动作，关闭排烟管道，此时，应选择移动排烟设备排烟，如：内燃机驱动排烟风机、水驱动排烟风机等。

在进行高层建筑的灭火救援行动中，当力量部署在着火层下一层或下两层时，人员装备应集结于防烟楼梯间及前室。当发生火灾时，机械加压送风联动动作，为防烟楼梯间及前室源源不断送入新鲜空气，同时由常闭防火门划分的防火分区能有效阻止火势和烟气向楼梯间及前室蔓延，集结于楼梯间及前室的消防员所处环境相对安全，便于人员在长时间高负荷作战的情况下开展人员和装备的交接替换，若占据消防控制室指挥员发现进攻路线中机械加压送风不能远程或联动启动，应迅速安排人员前往送风机房手动启动送风机，为灭火救援创造有利条件。

3.5  依托防火分隔设施布置阵地

高层建筑防火分隔设施主要包括防火隔墙、防火门、防火窗、防火卷帘、挡烟垂壁、防火水幕及耐火楼板等，根据建筑面积和单元功能不同，高层建筑各楼层依托防火分隔设施划分为不同的防火分区，当发生火灾时，防火分隔设施一方面能阻止高温浓烟和火焰快速进入另一防火分区或逃生通道，造成火势迅速蔓延或对逃生及作战人员生命构成威胁;另一方面在一定时间内可将火势控制在一定范围，为救援力量的布置争取时间，有利于集中兵力控制和消灭火势。

在火灾发生时，消防队员赶赴现场，首先需要及时确定防火分隔设施是否封闭得足够严密，若现场常闭防火门闭门器损坏导致防火门无法紧闭，可以通过设置抵挡物的方法确保防火分区的有效性，若划分防火分区的防火卷帘无法联动启动，应迅速在未能有效分隔的区域布置力量设防或手动降下卷帘隔绝火势蔓延。在利用防火分隔设施建立灭火阵地时，水平方向可以考虑依托防火墙、防火门、防火卷帘等设施;垂直方向可以考虑在耐火楼板、窗间墙、封闭楼梯间、防烟楼梯间等处设置水枪阵地，既能保证参战消防员人身安全，又能靠近起火区域，提升灭火效能。需要注意的是在采用防火卷帘进行防火分隔时，根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）的要求，用于防火分隔作用的防火卷帘门，在其门体两侧应设独立的自动喷水系统[2]，当发生火灾时卷帘门下降关闭的同时，自动喷淋系统发挥作用，以降低防火卷帘门背火面温升不超过规定的温度，若喷淋系统损坏或无法动作，应在防火卷帘达到耐火极限3.00h之前布置水枪阵地防止火势突破防火分区迅速蔓延扩大。

4  结语

为更好实现固定消防设施与移动消防力量的有效结合，可以对高层间的部分消防设施进行改造：一是在垂直方向的烟道、管道竖井内设置喷淋，发生火灾时阻挡火势垂直方向的蔓延;二是大楼设计时，在消防电梯前室，设置消火栓空管、空管采用快速转接扣、扣内设置减压挡板，以便于缩短消防员登楼敷设水带时间，提升灭火效率;三是将室内消火栓箱内水枪更换为附带开关直流或多功能水枪，以便于单位员工或消防员使用时能独立操作控制，同时减少不必要的水渍损失;四是对用于防火分隔的防火门、防火卷帘进行改造，增设可开启洞口，在充分考虑防火分隔设置对阻挡火势蔓延的前提下，减少消防队员在进攻时绕过防火分隔设施运输装备或变换阵地所需时间，以及消除开关分隔设施以致阻挡烟火蔓延功能失效的不利因素。

現今高层建筑高度日益增高，数量与日俱增，加之新技术、新装备不断涌现，扑救高层建筑火灾的难度越来越大，要求越来越高。因此，对于高层建筑火灾，只有充分运用和发挥固定消防设施与移动消防力量的作用，真正实现“固移结合”，才能降低火灾的发生率和将火势控制在初期阶段。

参考文献：

[1]公安部消防局.高层建筑灭火对策研究指南[M].上海：上海科学普及出版社，2009.

[2]GB50045-95.高层民用建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

The application of fixed fire prevention facilities

in the firefighting and rescue of high-rise buildings

Tian Feng

（Xincheng Fire and Rescue Station， Chongchuan District，Nantong City， Jiangsu Province，Jiangsu  Nantong  226000）

Abstract：With the economic and social development， the pace of urban construction continues to accelerate， high-rise buildings and super high-rise buildings have become the embodiment of a city's image. These buildings have many vertical tube wells， complex structure， large fire load， evacuation and escape difficulties， accidents are very likely to cause mass death and injuries， is the current focus of firefighting and rescue research of the fire department. In order to understand the structural characteristics of high-rise buildings and super high-rise buildings， find out the law of building fire development， improve the efficiency of firefighting， and protect the lives and properties of the public， the article puts forward feasible suggestions and measures on how to better use fixed firefighting facilities in high-rise buildings from the difficult points of high-rise fire fighting.

Keywords：fixed fire prevention facilities; high-rise building; firefighting and rescue