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浅谈:超高层建筑如何利用玻璃幕墙实现火灾快速逃生

来源:2018《建筑门窗幕墙创新与发展》  作者:章一峰 张光智  日期:2018-3-29
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  摘要:如今随着超高层建筑的兴起,随之而来的消防逃生也成了一个重要课题,当高层火灾发生时,如何让处在高层中居住、办公人员迅速逃离火灾现场,是所有从事建筑相关专业人员都需要共同思考的问题。本文通过建筑外幕墙来实现逃生,或许可作为将来逃生的一种渠道。
  关键词:幕墙  火灾   逃生系统   超高层建筑

  一、导语

  一旦超高层建筑火灾,如果初期处理不当,随时都会葬身于火海,更多的时候,火势还没有窜至上层,浓烟已经提前到达,因此大部分人是被浓烟中的有毒有害气体呛死,或者在烟雾中无法第一时间找到逃生通道,像没头苍蝇一般在浓烟区域内反复奔走,导致吸入大量有毒气体最终中毒或窒息。

  一般而言,在建筑设计时会系统得考虑建筑防火、排烟、疏散等问题,例如消防通道的宽度、常闭防火门耐火极限(词条“耐火极限”由行业大百科提供)、避难层的设置、自动/手动灭火设备的摆放、逃生救援的排布、防火分区的分布等等,可谓非常完善而成体系,但是随着建筑的高度越来越高,建筑中业主的年龄层分布不同、心理素质存在差异,以及一些既有建筑中消防配备的落后,导致因高层火灾引发的人员伤亡事故时有发生。

  笔者通过分析火灾中人类心理学的一些特征,来尝试解答为何高层火灾发生时仍有部分人员最终丧命火场

  二、火灾发生时人的行为特性

  即使如今消防演练已经成为常态化,但当火情发生在眼前时,与生俱来的恐惧依然能使大部分人短时间内丧失快速反映能力,他们的第一反映是慌乱和随大流。

  这样的慌乱往往导致很多人无法做出正确的判断,尤其是在烟雾弥漫的室内,这样的慌乱是致命的,会耽误宝贵的逃生时间。也有部分人是为了在火灾中抢救个人财产或者公共财产,导致逃生时间被耽误,这都是在电光火石间下意识的行为。

  更多的人则由于缺乏消防逃生知识,在下层发生火灾时只顾向上层逃命,从而在火场中越陷越深,而人的从众习性会导致一个人向上跑引发一群人跟随,随大流引发的是将跟多的人带到绝路,甚至还有在奔向绝路的途中相互拥挤踩踏引发的事故,这也是群死群伤事件的重要因素。

  身处火灾烟气中的人,精神上往往接近崩溃,惊慌的心理极易导致为了逃生不顾一切的伤害性行为如跳楼逃生,而超高层建筑本身离地面较高,即使底部消防人员事先已经铺设好充气垫,也无法有效缓冲坠落时的冲击力,更何况高层跳落的人员往往坠落半径较大,并不一定能成功跌到充气垫位置。

  这些由恐惧引发的一系列不理智行为(慌乱、从众、走极端)是人在火场中常见的特性。

  三、如何通过幕墙实现快速逃生

  基于以上人类的行为特性,笔者认为传统的逃生方式虽然充分考率了逃生人员的通过率、最短逃生距离、避难空间等,但依然无法彻底解决人在逃生时的恐惧和慌乱,这是人的本能——在精神奔溃时人可能做出各种意想不到的过激行为。

  为了避免以上行为,借助建筑玻璃幕墙,笔者研发了一套快速逃生的系统,该系统由以下及部分组成:1、安全头盔;2、幕墙装饰外立柱(词条“立柱”由行业大百科提供);3、降速隔热(词条“隔热”由行业大百科提供)手套;4、缓冲隔热鞋,穿戴式装备与幕墙外立柱相匹配,发挥最佳的逃生作用。

  其工作原理为:在发生火灾时在发现火情严重时,挑选火势相对较弱的方位,迅速戴上安全头盔及专用手套、鞋等,并在身体其他位置用水基灭火器喷淋一遍,然后将限位开启扇打开,先将右手的速降隔热手套前端卡件与幕墙外装饰立柱扣死,接着将左手速降隔热手套前端卡件与幕墙外装饰立柱扣死,借此将身体探出室外,同时将安全头盔前端的卡件插入幕墙装饰外力柱,形成三个垂直且卡死的固定点后双脚将专用的速降隔热鞋侧面与立柱内凹处产生摩擦力,此时松开双手降速隔热手套的锁死装置,人体在重力作用下实现下降。(图一)

(图一)

  1、安全头盔

  安全头盔外观与普通头盔类似,不同之处是在头盔的前端有一个卡扣,可与外墙装饰型材相匹配,当扣件深入型材前端凹槽时,扣件前端的按钮与凹槽型材壁接触后,其弹簧能被触发而向两侧弹开,从而可将头盔直接卡在型材内,只能上下活动,而无法向其他路径移动,保障了人在垂直坠落时的方向不受偏离,此外头盔的作用除了能阻挡高空坠落物对头部的伤害之外,还能防止火焰对对头部的灼伤,减少高空带来的恐惧感,是本系统中重要的组成部分(图二)。

(图二)

  2、幕墙装饰外立柱

  幕墙金属装饰立柱是本方案的重要组成部分,其前端和两侧均由“凹”字形缺口,前端的缺口作为安全头盔的固定点,两侧的缺口则是作为左右手套的插接口,其作用是限制降落轨迹、控制下降速度,通过外侧内壁的锯齿状型材面增加摩擦力,在手套压紧时可发挥减速作用,从而能使受灾群众平稳得从高层降落至地面或避难层;在通过火灾区域时则可松开锯齿位置,从而提升下降速度,快速通过。

(图三)

  3、降速隔热手套

  手套采用石棉材料,不易燃烧,同时可有效隔绝幕墙立柱在被火焰燃烧后传递的热量,减少摩擦对手部的伤害,指尖位置设置有金属外张式卡件和锯齿状胶条,与立柱摩擦时既能实现柔性接触,降低对立柱的磨损,又能起到降速的作用,卡件则通过指尖控制伸缩,在其外张状态下能与型材达形成咬合,将人体固定在型材上,在头盔等其他部件与外立柱形成全面衔接后可再次通过指尖控制收回卡件,令人员能向下自由下降(图四)。本次采用的手套相对较为传统,在条件允许的情况下可对手套进行升级,如增加助力装置,可进一步减少体能消耗。

(图四)

  4、缓冲隔热鞋

  缓冲鞋除了通过其自身属性能达到隔热作用外,还能通过侧面与立柱凹槽口的摩擦达到降速作用,或采用前端的金属扣件实现紧急制动,同时鞋底采用三层缓冲设计,在快速下降落地时能发挥减震作用,最大程度得保护下肢。(图五)

(图五)

  四、幕墙逃生系统的优势

  从建筑幕墙的角度,我认为通过玻璃幕墙实现逃生的方式至少具备以下几点快速逃生优势:

  1、火情可视化,玻璃幕墙通透的特性可以快速辨别出哪里是火势最小的位置,提前选择火情最弱区域作为逃生点;

  2、逃生路径短,一般消防通道往往设置在公共区域,而玻璃幕墙则每个办公空间都有,业主可以迅速选择就近的幕墙开启位置实现逃生,而逃生方式为垂直降落,不论是降落至地面或者避难层,其距离都是最短的;

  3、体力消耗少,人在精神奔溃时一些歇斯底里的喊叫、奔跑会消耗大量体力,虽然求生的本能可以使人超常发挥,但在大量消耗体力的情况下逃生后期也会力不从心,本方案可以最少的体力消耗来实现快速逃生;

  4、快速通过火灾区域,通过本逃生系统的降速工具,可以有效控制下降速度,在经过火情严重区域时可以采用加速的方式逃离,避免直接烧伤。

  5、有毒气体吸入量少,在安全头盔内能存储少量氧气,可隔绝有毒气体的吸入,同时由于是室外逃生,只要快速经过火灾发生层,相当于经过了有毒气体的范围,可迅速补充氧气。

  五、快速逃生系统还需要克服的问题

  1、视觉上及心理上带来的恐惧

  高空下降极具刺激性,为大部分人所排斥,尤其是快速下坠时,往往会引发人们的恐慌,一般会表现为短时间的手足无措和尖叫,安全头盔虽然能降低一部分的即视感,但依然无法完全克服人们对于所处的高空位置所带来的恐惧。

  2、幕墙材料变形(摩擦变形和受热变形)

  幕墙材料为此系统的枢纽,需要承受多人的下降逃生,因此型材选择上要求极高,一旦型材发生变形,轻则降低逃生效率,重则直接将人员卡死在某个高空点或者滑脱。

  型材变形的原因一般会是由于反复摩擦所导致,也有可能是受热后在达到一定温度时自身发生变形,或者以上两种因素同时发生,因此型材的选择极为关键。

  型材的变形危害较大的位置例如凹槽变形导致卡扣不严密等情况。

  3、开启扇的阻碍

  常规幕墙开启扇一般两侧与幕墙装饰立柱相接,则其中开启状态下便阻碍了人员自由降落,甚至会将人员卡死在某个位置,或者由于人员撞击导致玻璃破碎坠落,因此采用此系统时,开启扇应单独处理,与立柱既不发生干扰,又不能距离太远,从而影响逃生。(图六)

 (图六)

  4、成本

  该系统相较于传统幕墙形式,成本略有增加,将幕墙而言,一方面是装饰立柱材料规格较高,所产生的成本,另一方面是开启扇需要独立设置造成的用料增加,此外是其他穿戴设备的成本,但相较于无价的生命而言,所有附加的支出都将是值得的。

  5、温度

  高层建筑物火灾核心区域的温度可达1300℃,因此火灾达到一定程度时不可冒险尝试,应挑选火势相对较弱的部位进行逃生。

  6、适宜人群

  由于本系统逃生方式刺激性较大,因此有恐高症的、肢体不灵活的、老年人及儿童并不适宜,青壮年人也不宜直接逃生,而应在模拟环境中经过多次演练后,达到一定的合格标准后方可发放逃生用具,这类人员办公位置应安排在距离逃生窗口较近的位置,帮助其他人员共同逃生。

  六、结束语

  本文仅提供一种思路,有更多细节需要进一步完善,也需要大量的实验去证实其可靠性,仅作为一种超高层建筑逃生的思路供同行专家思考,在未经过完善之前请勿投入市场使用。

  参考文献:

  [1]、《建筑设计防火规范GB 50016-2014

  [2]、《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045—95

  [3]、《建筑幕墙》——GB/T21086-2007

  [4]、《铝合金结构设计规范》——GB50429-2007

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原文地址:http://www.52mqw.com/info/2018-3-29/44497-1.htm
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