高层建筑火灾疏散与紧急避难设计 - 图文(2)

四川理工学院毕业设计（论文） 1 绪论

1 绪论

1.1 引言

随着我国城市化的快速发展，城市建筑用地越来越少，导致我国主要城市中的高层建筑越来越多。据统计，在现在已有的高层建筑中，超过半数的高层建筑是居民住宅建筑。在我国发展高层建筑已成为不可避免的趋势时，由于高层建筑的内部结构复杂、层数多、垂直高度高、人员密集，一旦发生火灾等紧急情况，将造成十分巨大的损失。

1.2背景及意义

据估计，目前我国已有的高层建筑数量超过15万栋，而且近些年来高层建筑火灾更是多不甚数，严重影响到了人民生命安全和财产安全。近年来一些主要城市的高层建筑发生火灾事故的实例，反映了高层建筑火灾的现状不容乐观[1]。 据统计，自2006年以来，我国每年发生的火灾事故平均数量将近20万起，见表1.1。

表1.1 我国近十年火灾事故损失

年份 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

由表1.1可见，对于高层建筑的现实状况非常具有威胁性：每年发生数量多，

年火灾数量(次)

222,702 163,521 136,835 129,381 132,497 125,417 152,157 388,000 395,000 338,000

死亡人数（人）

1,517 1,418 1,521 1,236 1,205 1,108 1,028 2,113 1,817 1,743

直接经济损失（万元）

78,446 112,515 182,202 162,391 195,945 205,743 217,716 485,000 439,000 395,000

造成的经济损失重，人员伤亡大等，而且近几年还具有增多的趋势，到目前为止高层建筑火灾疏散已经成为了急需解决的重要问题。

对于现在高层建筑火灾所面临的安全疏散的问题，从高层建筑的特点分析其火灾的特点，即火势猛、蔓延快、疏散难、伤亡重、结构耐火性差、灭火救援难

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等，进而提出需从导致高层建筑火灾的设计、管理、装修等环节处着手，从源头上预防和杜绝火灾，将灾害后果降到最低程度。特别强调，若有人身处高层建筑火灾威胁之中，面对突如其来的灾难应立足自救互救，走出误区，采取明智的安全逃生策略，有效地降低人员的伤亡[2]。

1.3 国内外研究现状

1.3.1安全疏散理论研究进程

由于火灾的危害性严重的影响人民生命财产安全，所以在火灾中的人员疏散研究已经在国内外持续了很多年。有的学者指出，直至目前为止，可以认为在有关方面的研究分为三个阶段： 1、初期发展阶段

20世纪80年代之前的时间，可以被认为是人员安全疏散研究的初期发展阶段。在此期间，尽管取得不少收获，但是这方面的研究还是不够完善，不够系统。而在其60年代到70年代，随着因火灾事故的原因导致人员伤亡和财产损失越来越大，致使人们对火灾中人员安全疏散问题的重视程度逐渐增加，参加研究的人数也大大增加[3]。 2、第二阶段

20世纪80年代至90年代末，可被认为是研究的第二阶段，即使是逐渐成熟的阶段。在此期间，有关研究工作取得了重大的进展，而且开始发展人员疏散的理论模型。 3、第三阶段

第三阶段的伊始，是由于1998年8月，在沃尔斯特（Ulster）大学召开的大规模的国际研究讨论会，其特点是人员疏散模型研究的更加深入。

1.3.2 国内研究现状

在我国最早的火灾研究，开始于20世纪80年代，当时国内的有关机构对进行大量的科学实验研究，取得了非常多的成果。之后，在1997年，陈全博士在陈宝智教授的指导下，就火灾疏散中人员的行为特征，对人员在火灾疏散中的逃生行为进行了计算机模拟实验[4]；2002年张培红博士对人员疏散行为进行了科学实验研究。2007年，赵道亮博士对人员在建筑物发生火灾等紧急情况下的疏散行动中，疏散人员出现的心理行为进行了模拟实验[5]。

1.3.3 国外研究现状

国外对于火灾的研究较之国内要稍早一点，开始于20世纪70年代初期对火灾情况下的疏散人员的逃生行为的研究。之后在1974以及1978年，先后进行了第一次与第二次的国际研究会，对疏散人员在火灾中的逃生行为进行了探讨[6]。

第四次，关于对疏散人员在火灾中的逃生行为探讨国际研究会，在1998年

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8月于北爱尔兰进行的，主要进行了关于人员疏散的研究成果的探讨。在911事件之后，全球范围内的研究学者，先后在马来西亚以及英国召开两次了关于高层建筑安全疏散的研究会。

在现阶段国际上对于建筑火灾时安全疏散的研究，主要的研究方向在一下三个方面：

1、疏散模型的开发以及改进，加入疏散人员的行为因素，考虑行动不便的疏散人员的疏散行为以及对全体疏散人员疏散的阻碍。

2、在火灾情况下，疏散人员的逃生行为以及火灾产生的有毒烟气的影响。 3、疏散模型在防火消防设计及评估中的应用。

1.4 高层建筑火灾的主要危险性因素

1.4.1 高层建筑火灾特点

1、火势蔓延快，途径多。高层建筑内部结构复杂，楼梯间、电梯井、通风管道等竖向井道都将在火灾时成为火势蔓延的途径。如果这些井道的防火分隔处理不够完善，发生火灾时就会成为火势迅速蔓延的途径，尤其是宾馆、图书馆办公楼等高层建筑，一般室内可燃物较多，一旦发生火灾，蔓延速度更加迅速[7]。 。根据测定，在火灾发生的初期阶段，因为空气对流的原因，在水平方向上的烟气传播速度较慢，只有0.3米每秒，而在火灾燃烧的猛烈阶段，在烟气在井道里的扩散速度将会达到3—4米每秒。假如一座高度为100米的高层建筑发生火灾，在竖向井道空气流动畅通的情况下，只需要30秒左右的时间，烟气就能顺竖向管井扩散到顶，其扩散速度是水平方向的十倍以上[8]。

2、疏散困难。高层建筑物的特点：一是楼层较高而且层数多，垂直距离长，疏散到地面所需要的时间长；二是人员较为集中，疏散时人员行走速度较慢；三是发生火灾时由于竖向井道的空气流动畅通，加速火势和烟雾向上蔓延[9]。在我国消防部门配置的登高消防车数量稀少，并不能满足安全疏散和补救火灾的需要。因此一般高层建筑发生火灾时，主要的逃生途径分为楼梯和电梯；普通电梯在发生火灾时因为不妨烟火或者停电等原因将无法使用，消防电梯能够疏散的人员也有限；因此在高层建筑火灾时安全疏散主要是靠楼梯，而楼梯间一旦有烟气扩散，也将严重影响疏散速度。

3、扑救难度大。高层建筑一般高度有数十米，有的甚至达到数百米，发生火灾时从外部进行的扑救难度相当大。一般要自足于自救，这主要靠室内的消防设施。但是由于目前我国消防技术条件有限，高层建筑内部的消防设施还不够完善。因此，扑救高层建筑火灾时往往会遇到较大的困难[10]。

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1.4.2高层建筑火灾的致害因素

1、火灾烟气的毒害性：火灾烟气的毒害性具体表现在以下四个方面； 第一，火灾时建筑物内部的大部分物质将会被燃烧，导致建筑内发烟量大，烟气中含氧量往往低于人们生理正常所需要的数值。由参考文献知[11]：

表1.2 空气中含氧量与人的反应状况

空气中氧气比例k

人身体的反应状况 肌肉能力下降

四肢无力、意识混乱

昏迷 短时致死

14%?k?15% 10%?k?14% 6%?k?10%

k?6%

由上表可以看出，当着火房间内气体中的含氧浓度低于6%时，在短时间内人们将因缺氧而窒息死亡。而当含氧量在6%到14%之间，疏散人员虽然不会在短时间内死亡，但也会因失去活动能力和智力下降，导致不能逃离火场最后葬身火海。根据实际情况可以得出；在实际的着火房间中氧气的最低浓度可达到3%左右，可见，再发生火灾时，人们要是不及时疏散是非常危险的[12]。

其次，烟气中含有各种有毒、有害气体，如：一氧化碳、氢氰酸、氯化氢等。据统计火灾中死亡人数大约80%是由于大量烟气和有毒气体窒息或者中毒死亡的。

表1.3空气中二氧化碳含量与人的反应状况

物质 一氧化碳 一氧化碳 二氧化碳 二氧化碳

占空气比例 0.5% 1% 0.5% 10%

症状 呼吸半小时死亡 1-2分钟中毒死亡 短时间内有生命危险 接触几分钟致死

第三，烟气中的悬浮微粒也是有害的，危害最大的是颗粒直径小于10um的飘尘，它们肉眼看不见，但能长期飘浮在大气中，少则数小时，长则数年，粒径小于5um的飘尘，由于烟体扩散的作用，能进入人体肺部粘附并聚集在肺胞壁上，可随血液送至全身。引起呼吸道病和增大心脏病死亡率。火灾中这类因素危害并不会在短时间内致命，但是会影响身体健康[13]。

第四，在火灾中烟气具有非常高的温度，这对疏散人员是一个非常大的危害。在着火的房间内，烟气温度可高达数百摄氏度甚至上千度。在火灾安全中，人与热物体的接触已不重要，而火场环境与热辐射则是对人员造成烧伤的重要因素。

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人能忍受的环境温度为[14]：

表1.4 人在高温中的忍耐时间

温度（℃)

62 120 140 175

忍耐时间 一定有限时间 大约15分钟 大约5分钟 小于1分钟

人在火灾中能够忍受的热辐射量为[15]：

表1.5 不同时间内能忍受的热辐射量

时间 长时间 15秒左右 几秒钟

辐射量

0.12W/cm2 0.40W/cm2 1.2W/cm2

综上所述 火灾造成的烟气的毒害性可归纳为：缺氧、毒害、尘害、高温，其中烟气的毒害性则是发生火灾时引起人员伤亡的最主要因素。

2、火灾烟气的减光性：我们知道可见光波长为?=0.4—0.7um，但是火灾中烟气中烟粒子粒径d为几微米到几十微米，即d?2?，所以这些粒子对可见光是不透明的，即对可见光有完全的遮蔽作用。当烟气弥漫时，可见光因受到烟粒子遮蔽而大大减弱，能见度大大降低，这就是烟气的减光性。同时，再加上烟气中的有些气体对人的肉眼有极大的刺激性，如HCl、NH3、HF、SO2、Cl2等等，使人睁不开眼，从而使人们在疏散过程中的行进速度大大降低。

普通人的视力所能达到的范围称为能见距离或视程。当发生火灾时，疏散通道上的能见距离在整个疏散过程中都应给予保障，这个保证安全疏散的最小能见距离称为极限视程[D]，根据实际情况来看，疏散时允许的烟浓度或者必要的可见度如下表[16]：

表1.6疏散允许的烟浓度及可见度

对建筑物的熟悉程度

不熟悉 熟悉

烟浓度(减光系数)

0.15/m 0.5/m

可见度D 13m 4m

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