应对超高层建筑消防逃生难题的建筑设计构想

陶品庄 殷 新 何 泳

（1.苏州科技学院设计研究院有限公司，江苏 苏州215011；2.北京市规划委员会朝阳分局，中国 北京100126）

高层建筑尤其是超高层建筑一旦发生火灾往往造成群死群伤及重大财产损失、环境危害。超高层建筑是指100米及以上的建筑或相当于33层以上的住宅。高楼火情在我国及许多国家时有发生，而其消防逃生至今仍是一个世界性的难题［1-2］。其中突出的难点主要有二，即：高楼自身的各类竖井式设施能在火灾中形成“烟囱”效应且随楼体高度升高而增强；高楼消防技术要求及逃生难度与楼体高度成正比。这两大难点，是相关行业专家、管理人士及一线工作人员所公认的，也是为国内外众多高楼火灾救助案例所实证的［3-4］。

为助力超高层建筑消防逃生难题的破解或难度的降低，本文在下面提出两个具可行性的建筑设计构想并给出相应的分析及建议。

1 应对高楼消防安全难题的两个建筑设计构想

那种东西南北四面全是带窗的房间且围合起来、将各种竖井式设施都集中布设在楼体中央“核心筒”中、以内包式走廊为公共通道、外观既洋气现代又高贵气派的“回”字型超高层建筑，既可用作高级写字楼、宾馆、酒店又可用作高级公寓和综合商住楼，故于公元2000年后纷纷在我国一二三线城市甚至经济发达的乡镇崛起。下面，即以用作写字楼的“回”字型高层建筑为例（见图1），展开两个助力破解摩天大楼消防安全难题的建筑设计构想。

图1 高层建筑平面示意图

1.1 “隐身式消防云梯通天道”设计构想

1.1.1 “消防小屋”构造及构件设计构想——

“消防小屋”是指：分散在“回”字型超高层建筑四个角所处方位的从地面首层至顶层的各层面积不大、相对独立、且专用于消防救火方面的建筑空间。高楼四个角中任一方位的各层“消防小屋”经由“天窗”（首层地板和顶层天花板除外）和消防云梯而上下相通、与同一层邻室则由钢混墙隔断、但均有二个方向的外窗供外立面火情发生时进行专业消防操作（见图2）。

每个单元“消防小屋”建筑及火警安全配套设施、构件之构造、室内装饰材料、消防设施与器材具类型及布置方式等的建筑设计构想如下：

（1）其层高约为4.2米（为一般高层写字楼层高）、进深2.4米、开间2.4米，即面积约为5.8平方米。（2）其呈垂直关系的两侧外墙面金属框玻面外窗，均采用一种可沿着左右玻璃幕墙墙面平行拉移的推拉窗形式（可使开窗时，不妨碍消防工作；不影响其它消防设施的安装与使用）。其与整幢楼的外窗风格、形状稍有不同，但力求协调、耐看且密封性能更好，以保持室内防烟排烟及除湿保温等设施运作功效。（3）此超高层“回”字型写字楼从地面首层起，除了每隔10层的“消防小屋”安装一扇专供消防设施维护人员和消防人员灭火时进出的消防安全门外，其余的单元“消防小屋”只有此两外窗与外界相通，故而在消防工作需要时此两个外窗也是两个门，供消防人员进出，且其坚固的金属窗框则是消防操作的“借力点”及架设消防设施的“支点”之一。（4）在两窗台下窗框等高处的室内一侧安装一个能顺着“单杠式”支架顶端圆柱形心轴上下前后翻转的“消防栈桥”（比较短的“栈桥”架设在消防云梯正对面的窗框上）或“折叠式消防栈桥”（这里简称“长栈桥”，架设在消防云梯侧面的窗框上。其有一部分在室内，从此处上下相对方便、安全一点且“长栈桥”有利于另一消防队员上桥协助灭火）。（见图2和图3所示）。“长栈桥”构造及构件系统如下：①此长约150厘米、宽为80厘米的不锈钢“长栈桥”，平面为长方形一头改为两个圆角的形状。无垂直上翻边的、处于室内的一个平边则牢牢地焊接在支架顶端圆柱形心轴上，从而使“栈桥”连着心轴一起转动（见图3）。②平面展开时的“长栈桥”顺着心轴翻转到窗台上时其直上翻边即“围墙”的一面是朝着天空的,有此“围墙”后可对站在“栈桥”上进行外墙面灭火工作的消防人员起到一定的防滑保护作用。另外，心轴距离窗台约50厘米，“长栈桥”进行开合或折转的部位（亦即装有3个较大金属合页的部位）就处在玻窗的金属下框上，从而当“长栈桥”翻到窗台上后就有了下窗框和“单杆式”支架顶端二个支撑点，使站在其上工作的消防人员感觉更牢靠；而且将其折叠后顺着心轴内转下垂时，由于单杠式”支架两立柱的下部装有一高度合适的金属挡板或横向挡条，故而不会因偶而用力过猛而将玻璃幕墙砸坏（见图3）。对“长栈桥”作了以上一系列构造和构件上的处理后，就可以避免其在平日里处于折叠收放状态时，与“消防小屋”内作固定式安装的“天窗”边高约100厘米的护栏及相近设施在狭小室内空间中搁着、碰着或“争空间”现象。③在靠近“长栈桥”带两圆角的一端约10厘米高的“围堤”内侧，按一般消防人员站立灭火时双脚站姿分开的尺寸、安装一个面向高楼同一外立面墙体另一端的三连孔式铝合金工作鞋套扣（见图3），以防消防人员全神贯注站在“栈桥”上灭火救灾时脚下打滑。④在上窗框上预先浇铸5个牢固的“∪”型碳钢扣，即图3中“挂钩环”，供消防人员腰跨间的安全绳抓扣挂用、以及供装满水等灭火剂的沉重的消防水带套上带钩的不锈钢链条后吊用，从而从细节上助力灭火工作安全以及缓解消防队员体力透支状况。⑤碳钢心轴固定在由碳钢基座支撑的2个碳钢竖杆上，基座用螺栓固定在楼板上。“单杠式”支架的基座长度约120厘米，其面板宽20厘米。距其两端各5厘米处居中安装的2个正方形竖杆之横断面宽或长均为10厘米。2竖杆长度加基座面板厚度的尺寸比窗户下框至地板的高度高约3厘米，即约为103厘米，且竖杆上端往下约3厘米处（即与窗台等高处）开一直径8厘米不穿底的圆洞，再将直径为6厘米的园柱型心轴插入左右两竖杆圆洞并在两洞口套上金属圆口套箍以防心轴带动“栈桥”转动时从洞内滑脱。⑥两竖杆间距为90厘米〔即120厘米-（5厘米+5厘米〕-（10厘米+10厘米）〕，“长栈桥”宽80厘米，因此“长栈桥”套在园柱型心轴上后其两端各有富余尺寸5厘米〔即（90厘米﹣80厘米）÷2〕。再在心轴外露部分的两端各套一个防止心轴从洞口滑逃的高度为5厘米的圆圈形金属套箍，这样当80厘米宽的“栈桥”平板之上下二面牢牢焊接在直径为6厘米的心轴上后，心轴外露部分基本无富余尺寸，从而当心轴转动时，“栈桥”会因在心轴上被左右卡牢“给力”而在转动中少一些对焊接处牢固度的影响。（5）在每个单元“消防小屋”地板（高楼首层地板除外）和天花板（高楼顶层天花板除外）的两面钢混墙垂直而成的墙角方位、各开一个110厘米（长）×100厘米（宽）的长方孔洞（即“天窗”），孔洞无墙体的两边装高约100厘米的方管状碳钢护栏，以适度保证安全并供挂靠由电动或手动操作的“天窗”口防火盖板及勾挂消防器具用（见图2）（其中一侧与消防云梯顶端接近的护栏，是由一宽60厘米、带滑轮和锁扣的栅栏式平移碳钢门与两段分设两头的固定碳钢栏杆组合而成的。（6）为节约消防资源的占用，且我国合资生产的消防云梯车举高已达72米、水枪所喷水柱高度约20米，故而可从第19层起在与同层楼其它房间相邻的一面钢混墙体上与另一钢混墙体所成的直角处安装消防水管、火栓，并在此处消防云梯后墙的合适处一段钢混墙上，装2—3排带围栏的尺寸合适的金属搁架放置消防水带、水枪、灭火器、灭火剂等消防器材具（见图2）。另外，每隔10层楼（即第1层、第11层、第22层、第33层等等）的高楼四个角上的“消防小屋”都在未装消防器材具金属网栏的一面墙上，开一门洞并安装一宽约100厘米高约200厘米的甲级防火门，且在此门外留一条约120厘米、长度直达回字型内走廊、其内设施及装修等同前室的“消防专用通道”。“消防小屋”装此防火门有一个明显的好处，即当起火点位于高楼35层以上外立面时，消防队员可先乘消防电梯到达33层，然后通过“消防专用通道”、“防火门”、“消防云梯”进入室内展开灭火救助工作。从而抡得灭火的“第一时间”或救火“先机”，也使消防队员具备起码的、必需的体力和气力开展后续灭火救灾工作（实践及科学检验证明：消防队员身穿厚重的防火服、全身上下装备专用工具及仪器、且背挎手提沉重的灭火器材具时，其所具有的体力和气力最多只能供爬10层楼，否则精疲力竭甚至出严重的健康状况）。（7）天花板上安装照明设施、“电子眼”、烟感器以及与中央设备系统联网的自动排烟防烟设备、除湿设备、空气调节设备（此为防止寒冬时水管冻裂及湿气等造成设备功能受影响）。（8）“消防小屋”除玻璃幕墙和玻窗外的墙壁及吊顶装饰材料皆采用较轻薄的超强防火、防水、防腐材料。1.1.2 “隐身式消防云梯通天道”设计构想

所谓“隐身式”是指其安装在能遮隔外界视线的室内（这里指前文所述“消防小屋”）而有别于厂房、仑库外墙的筒式金属消防明梯而言。“通天道”则指此处构想的消防云梯在摩天大楼首层至顶层同一方位的竖井式空间内，直上直下地层层相接、层层贯通（见图2）。而且不管高层建筑长到多高，哪怕是阿塞拜疆拟建的超1000米的摩天大楼，消防云梯也能追随着增高至顶层。即高楼能“摩天”，那么这里构想的消防云梯就能直通到“摩天”之处，就能“通天”。

关于此种消防云梯的设计构想如下：即在每个单元上下“天窗”之宽度为100厘米的一面钢混墙上安装一直上直下、类似工厂检修用的90°作业钢梯。此钢梯踏步高30厘米、与后墙有一定间距且通过数根金属撑杆固定在墙体上，因此消防人员可安全地攀爬而上。另外，为预防高楼火情发生时引起层层相通的“天窗”造成“烟囱”效应，故而此处的各个“天窗”口安装使用电动或手动操纵的折叠式防火盖板，其折叠后可通过电磁设施自动挂靠在“天窗”边的高约100厘米的栏杆上（见图2）。超高层建筑从地面首层至顶层的每个“消防小屋”之消防云梯如此层层相通而成“消防安全通天道”（见图2）。

图2

图3

1.2 “双孔洞柔性逃生滑道间”设计构想

“双孔洞柔性逃生滑道间”筒称“滑道间”。其设计构想如下：

（1）“滑道间”设在地面首层至顶层的前室内，其与疏散楼梯（即“消防安全楼梯”）以及“消防兼日常用电梯间”（简称“混用电梯间”，但火警发生时只能消防用）、“消防专用电梯间”等共用相对安全的消防空间即“前室”。“滑道间”实际上是图1中一个相应方位普通电梯间的反向开门，其门开在前室、但不装梯厢，而且也像“消防小屋”一样的每层上有钢混天花板、下有钢混地板且上下装有垂直相通的滑道孔的特别建筑空间。“滑道间”的电子自控门在平日里是处于关闭状态的。（2）“滑道间”层高亦为4.2米，开间为2.1米，进深为2.4米，即面积约为5平方米。（3）在高楼首层至顶层的每个“滑道间”地板（首层地板不在内）和天花板（顶层天花板不在内）的对着门的一面墙壁并列安装二个带电控掀盖板的“柔性逃生滑道”。这里可采用消防部门介绍的尺寸，即滑道口直径为60厘米，正方形的掀盖板的边长可为80厘米（见图4）。（4）在每个“滑道间”对着门的钢混墙上距地面70厘米处安装一个“人体热敏传感器”，这样，当从滑道内下滑逃生者的体热发散最多之处即口鼻呼出的热气被此传感器捕捉到时，就会通过其内设装置而将信息传导至“消防控制中心”；“消防控制中心”同时还接到了“滑道间”天花板上“电子眼”传回的信息，在通过电脑高速地综合运算、分析、疾速判断等处理后，迅即将指令输出到执行机构即“滑道间”天花板上的语音提示器，“滑道间”电动门上的声控装置接到此指令后立即开门，于是门外等待的逃生者就可以按先后秩序再进入1～2人从孔道下滑逃生。这样设置的好处是可以避免后一进孔道者在下滑中踩到前一下滑者的头。（5）在“滑道间”的一侧墙上距门一定距离处装二排成人伸手够得着且不易使人碰头的（其宽度以25厘米左右为好）、带围栏的金属搁架，里面放置若干个“柔性逃生滑道袋”（亦称“逃生袋”或“逃生滑袋”等）以供发生火灾等紧急情况下使用。（6）在天花板上装“电子眼”、语音提示器、照明设施和排烟设施。（7）其用电设施所需功率及技术水平均等同于“消防专用电梯”，并由高楼“消防控制中心”统一管理调控。 （8）其墙面、地面、天花板装修要求同“消防小屋”。

图4

总之，“滑道间”与“消防小屋”在火情发生时加入摩天大楼传统的火警安全设施系统一起作用，不仅可在一定程度或环节上降低高楼灭火救灾（尤其是起火点位于外墙面时）难度，还可供高楼内人员尤其是火警安全弱势人群多一些逃生的机会和希望，从而也相应减少甚至遏止高楼火灾对财产、人员心理、劳动安全以及社会安定、资源、生态等综合环境因素的损伤。

2 效用分析及相关建议

2.1 效用分析

效用是指一个工程、设备、设施或物品、用具等的功能作用及使用效果。下面拟从技术、功用、实施条件和使用范围、使用效果、火警安全及管理等角度对上述二个建筑设计构想进行客观合理的分析：

2.1.1 可行性及效用分析一

“通天道”一旦变为现实即可带来以下火警安全工作利好：（1）使消防云梯车举高不够或升高技术研发遇阻等不再成为一个横梗在超高层建筑灭火救灾工作中的挥之不去的瓶颈问题。即使起火点位于高楼外墙120米以上，哪怕是300米、500米、800米等等高度，神勇的消防队员也能在“消防电梯”的助力下于第一时间内从“通天道”快速攀爬而上从而遏止“立体火场”的形成。（2）高楼四个角上都设“通天道”的好处是：①高楼外立面起火往往造成重大灾情，目前世界上又暂无它法可有效破解这一难题，但在高楼四个角上都设“通天道”则可在相当程度上避免这种情况的发生，因为：不管起火点位于高楼什么高度及东西南北哪面外墙上，消防人员都可以利用同一面墙的一头或二头的“通天道”登达起火点所在高度，并利用消防栈桥、绳索及“消防小屋”的其它灭火和救助设施、器材具而将火势熄灭在初起状态或非恶性火情状态，从而避免后续损失。②万一因地震、雷电、狂风、燃气管爆炸或极端行为等造成高楼火势极快蔓延至楼体的1／4或1／3的地方，甚至连消防电梯也损坏时，消防人员仍可利用火势末到之处的“消防电梯”和“通天道”进行灭火施救而减少楼内人员伤亡及财产损失。（3）楼越高风势越大。遇到起狂风时，即使消防云梯车所举高度已够，站在消防云梯车顶端的消防人员也会“被荡秋千”，这不仅仅不利于开展灭火救灾工作，就连消防人员安全也受到危胁；刮狂风时，直升机也无法降落到楼顶停机坪施救。但借助“消防电梯”并从“通天道”攀爬而上灭火施救则不存在这些问题。（4）从第19层起每层外隔间都安装消防水管、水栓、消防水带、水枪及灭火器、灭火剂等，可克服消防队员拖着沉重的消防水带从地面逐级攀爬消防楼梯时体力严重透支的问题，而且救灾中时间就是生命。（5）救灾形势需要时，消防人员可在电控开窗失灵的情况下用钥匙打开“消防小屋”的玻璃窗，再借助“消防栈桥”、吊梯、绳索等消防设施到达邻室窗口、进入户内及内包式走廊施救。甚至可用消防电钻钻透“消防小屋”未装金属搁架的那面钢混墙而进入邻室及走廊施救，使灾情不至于扩延成大灾大难。（6）每隔10层楼的高楼四个角上的“消防小屋”安装一宽约100厘米高约200厘米的甲级防火门的好处则可参见第七页有关叙述。（7）“消防小屋”外窗装配能遮隔外部视线的与高楼外墙同质的幕墙玻璃，窗户采用“消防控制中心”电控开合与用手启动锁具开合相给合的方式具有以下好处：一是可强化“消防小屋”专用性及整幢楼外观上尽可能的一致性；二是可增强隐蔽性，不使内部设施暴露在外而影响外部观瞻及个别人“惦记”。三是可增强安全性，不使其成为作案者逃遁之便道。（8）火灾发生时，“消防小屋”一般只有消防人员可进出是为了保证灭火救灾效率，而这一点是消防工作规则，也是社会经验累积的共识。2.1.2 可行性及效用分析二

“柔性逃生滑道”是目前为消防部门所宣介的最便捷、安全、有效且基本无需除人体动能外任何其它电能、机械能等外部功能助力作用的逃生设施。其设在前室内并仅占用一个电梯间的建筑空间的优点是：（1）可避免一般滑道孔安装位置的不足之处——安装“柔性滑道”设施逃生主要是为在火灾等危情发生时，方便火警安全弱势人群即老弱病残孕等人员逃生，但我国一般主张将滑道孔安装在高楼每户人家的阳台上或室内（见图5），这造成上下住户平日里安全上的心里阴影，也缺乏隐私保证，故而不易推广。本文在每层楼每个独立的“滑道间”设“柔性逃生滑道孔”则可避免这方面的问题。（2）“滑道间”设在前室内的直接好处是：可以和“消防专用电梯间”、“消防混用电梯间”、“消防安全楼梯间”等共享前室的有限空间及前室内所设置的消防设施、器材具等消防资源，从而节省消防安全成本及楼内的用地面积。而当摩天大楼处在寸土寸金的“黄金地段”时，此举的现实意义当更为明显。（3）本文在超高层建筑每一层楼的二个以上的前室“滑道间”都设二个“柔性逃生滑道孔”的优点是：不管高楼内包式走廊被哪个方向来的号称“生命第一杀手”的火灾烟气封堵去路，人们都可疾速去往相反方向的前室“滑道间”逃生。由于平时消防教育到位及火警安全管理科学、严谨、规范，此时可逃方向的若干层通往前室“滑道间”的电动门及滑道孔上的盖板也均已被“消防控制中心”开启。滑道孔内预先装有滑道袋，即使未装也很好办，因为“逃生袋”就放在旁边栏架内，只要楼内人员按照平时消防培训方式即能很方便地将它安置在滑道口上，然后从“逃生袋”中下滑至首层地面出门而逃。而装二个滑道孔比装一个滑道孔助逃的人员要多一倍。

图5

2.2 相关建议

显然，“消防小屋”、“消防通天道”、“滑道间”和“柔性逃生滑道”等能实实在在地助力克服超高层建筑防火救灾中的诸多世界性难题，而在没有出现更好更有效的救助设施和工具之前，宜视其为超高层建筑必需的消防安全用房和设施，并视其重要性不亚于政策规定的高楼首层“消防控制中心”［7］。因此本文在这里设法助力降低超高层建筑消防逃生难度的两大消防安全建筑空间及相关设施、相关构件，宜由政府有关部门出面制定并实施如下政策，即：在它们（建议还包含高楼“消防专用电梯间”在内）随着整幢高楼的建造而建造时，其所占土地租用费及建筑与安装费用（含其它必需的消防设备、设施安装及配置消防器材具所发生费用）的50%由政府“埋单”，50%由业主按照各自专有部分建筑面积所占比例分担，而且建造阶段和前期开发、规划阶段相关税费一律免除。其在使用时期内的消防设施检测、维修、更新、改造等费用则与政府基本无关，而且需按已出台的政府消防安全管理规定中界定的付费主体及付费比例严格执行。日常的消防安全防范服务及管理也是有偿的，而且也要按有关政 策 规 定 执 行［7］。

总之，企盼本文的两个助力超高层建筑消防逃生难题破解的建筑设计构想及相关建议能转化为现实的积极作用。

［1］丁国锋.南京-50层高楼发生火灾暴超高层建筑消防软肋[OL].法制网,2009-04-20.

［2］赵阳.高层建筑火灾两年发生990起[N].法制日报,2009-03-30.

［3］楚天消防.盘点重大高层建筑火灾案例[OL].楚天消防网,2011-09-22.

［4］吴启鸿.透视全球及中国火灾[J].水上消防,2003(3):32-35.

［5］朱国新,编辑.高楼越高越能彰显实力？[N].苏州日报,2012-06-23.

［6］黄宽.这件“铁布衫”真是牛：防水防火还防化[N].苏州日报,2012-05-16.

［7］苏报讯（苏消）.高层建筑外墙须用不燃材料[N].苏州日报,2012-05-16.

［8］苏消.消防维修资金申请方便多了[N].苏州日报,2012-05-16.