超高層建筑火災(zāi)危險性與火災(zāi)撲救

超高層建筑火災(zāi)危險性與火災(zāi)撲救

2009年2月9日下午00點27分，中央電視臺新聞廣場發(fā)生重大火災(zāi)。北京消防隊員動員85輛公交車和355名消防官員，經(jīng)過近6小時的戰(zhàn)斗，大火完全撲滅。2010年2月10日,國家安監(jiān)總局認定該事故是一起責任事故,直接原因是“央視新址辦”違反規(guī)定,在施工工地內(nèi)組織大型禮花焰火燃放活動,禮花彈爆炸后的高溫星體落入文化中心主體建筑頂部擦窗機檢修孔內(nèi),引燃檢修通道內(nèi)壁裸露的易燃材料而引發(fā)火災(zāi)。央視“2·9”火災(zāi)凸顯出超高層建筑火災(zāi)的三大特點:一是火災(zāi)發(fā)展模式的變化,自上而下、自外而內(nèi)逆向迅速蔓延,在極短時間內(nèi)形成猛烈的立體燃燒,完全改變了自下而上、由內(nèi)及外的傳統(tǒng)火災(zāi)發(fā)展模式。二是火災(zāi)撲救模式挑戰(zhàn)傳統(tǒng)概念,央視新址園區(qū)在建文化中心地上30層、高159m,面對這起特殊的立體火災(zāi),消防部隊現(xiàn)有裝備已經(jīng)不能滿足火災(zāi)撲救的需要,云梯車、高噴車以及遠射程移動水炮等,均不能從外部直接打到100m以上的燃燒部位,缺乏向高層外部供水滅火的有效手段,傳統(tǒng)的直接外攻滅火、強攻近戰(zhàn)、上下夾擊、防控堵截等技戰(zhàn)術(shù)受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。三是內(nèi)攻滅火和人員疏散考驗著傳統(tǒng)概念,超高層建筑結(jié)構(gòu)十分復雜,建筑內(nèi)部共享空間多、跨度大,各種管道豎井林立,極易形成強烈的煙囪效應(yīng);建筑材料的特殊性,建筑外裝飾使用大量可燃材料,產(chǎn)生的高溫和有毒煙氣,嚴重威脅著內(nèi)部被困人員和內(nèi)攻滅火消防員的生命安全;建筑內(nèi)部疏散通道曲折,路線復雜,人員疏散和內(nèi)攻滅火距離長,再加上斷電、高溫濃煙彌漫、疏散指示標志不明等因素,導致內(nèi)攻滅火和人員搜救等戰(zhàn)斗行動施展困難。筆者僅從滅火作戰(zhàn)的角度,圍繞超高層建筑的發(fā)展現(xiàn)狀,剖析超高層建筑的火災(zāi)危險性與火災(zāi)撲救難點,針對超高層建筑火災(zāi)撲救對裝備、技術(shù)和人員素質(zhì)的特殊需求,對如何應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)撲救進行初步探討,并就如何利用新技術(shù)、新裝備應(yīng)對超高層建筑滅火與應(yīng)急救援工作提出建議。1我國的高層建筑發(fā)展通常超高層建筑定義為高度在100m以上或?qū)訑?shù)在40層以上的建筑。國際上普遍將高度100m以上的建筑稱為超高層建筑。世界上第一幢現(xiàn)代高層建筑是美國芝加哥家庭保險公司大樓建于1884年至1886年,10層、高55m,采用由生鐵柱和熟鐵梁所構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)。而世界第一幢采用全鋼框架承重的高層建筑是1889年美國建造的9層SecondRandMenally大樓。1851年電梯的發(fā)明和1857年第一臺自控客用電梯的出現(xiàn),解決了高層建筑的豎向運輸問題,也為建造更高的建筑創(chuàng)造了條件。1898年,美國紐約建造了30層、高118m的ParkRow大廈,為19世紀世界上最高的建筑。1909年,美國紐約建成的大都會人壽保險公司大樓(MetropolitanLifeTower)50層、高206m,是世界上第一幢高度超過200m的摩天大樓。1931年,102層、高381m帝國大廈在美國紐約落成,高層建筑進入了一個新的歷史時期。2010年迪拜塔落成,該樓體160層、高828m,創(chuàng)造了世界建筑高度的新記錄。我國的高層建筑發(fā)展同樣迅猛,自1929年上海建造高14層的華懋公寓至建國前,上海共有28幢超過10層的高層建筑。到20世紀80年代,我國高度在百米以上超高層建筑的建設(shè)發(fā)展迅速,1976年115m高的廣州白云賓館落成,標志著我國高層建筑突破100m大關(guān)。1996年深圳325m高的地王大廈投入使用,2008年高達492m的上海環(huán)球金融中心建成。截至2009年末,除港澳臺地區(qū)外,我國現(xiàn)有百米以下高層建筑212757幢,百米以上的超高層建筑1699幢。2我國的高層建筑火災(zāi)概況超高層建筑的消防安全已成為世界消防界共同面對的突出難題。2001年9月11日,美國紐約110層、高413m的世界貿(mào)易中心大樓遭受2架被劫持客機的撞擊發(fā)生火災(zāi),死亡5451人,受傷2100人。1974年2月1日,巴西圣保羅42層的焦馬大樓發(fā)生火災(zāi),死亡179人,受傷300人。我國的高層建筑火災(zāi)也十分嚴重。1985年4月19日,黑龍江省哈爾濱市天鵝飯店火災(zāi),造成10人死亡,這是我國發(fā)生的首例有較大影響的高層建筑火災(zāi)。2009年3月2日,新疆烏魯木齊市23層、高87m的國貿(mào)大廈發(fā)生火災(zāi),過火面積約150m2。2009年4月19日,江蘇省南京市50層、高187m的中環(huán)國際廣場發(fā)生火災(zāi),過火面積約400m2。2010年4月13日,上海東方明珠電視塔(高468m)塔尖460m處發(fā)射裝置防護罩因雷擊起火,這是我國目前為止起火點最高的高層建筑火災(zāi)。2.1火災(zāi)的自然因素在超高層建筑內(nèi)部各種豎向管井、共享空間、玻璃幕墻縫隙等縱橫交錯,易形成巨大的“煙囪”效應(yīng),造成煙、火蔓延迅速。有關(guān)資料顯示:在火災(zāi)發(fā)展階段,高層建筑中的煙火垂直蔓延速度平均為3~4m/s,在超高層建筑中甚至可以達到8m/s,一棟500m左右的超高層建筑,煙火在1~2min內(nèi)就可以覆蓋整棟大樓內(nèi)部。再加上煙火沿著吊頂、門、窗、走道向水平方向擴散,在風力作用下火勢沿外墻窗口向上升騰、卷曲,甚至跳躍式向上層蔓延,幾乎在很短的時間內(nèi)就能形成大空間立體火災(zāi)。近年來,超高層建筑外部各種新型可燃裝飾材料的廣泛應(yīng)用,火災(zāi)的發(fā)展模式產(chǎn)生了變化,火災(zāi)由原來傳統(tǒng)意義上的由下向上蔓延轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨舷蛳侣?顛覆了傳統(tǒng)的火災(zāi)發(fā)展模式,這一點在央視“2·9”火災(zāi)中表現(xiàn)尤為突出。其主要原因:一是建筑外墻裝飾及保溫材料的可燃性是引發(fā)火災(zāi)的重要因素之一,央視“2·9”火災(zāi)正是因在施工現(xiàn)場違規(guī)燃放的禮花焰火落至工程主體建筑頂部,引燃擠塑板以及聚氨酯泡沫等可燃建筑外墻裝飾材料而釀成的悲劇;而“3·2”新疆烏魯木齊國貿(mào)大廈火災(zāi),從8層迅速卷燒至20層,助紂為虐的也是外墻裝飾材料。二是作為外墻裝飾材料的鈦鋅板在正常情況下為不燃材料,但由于其熔點低,火場溫度足以使其受熱融化形成高溫液流自上而下流淌,所到之處可燃外墻裝飾材料紛紛被點燃,造成火災(zāi)自上而下迅速蔓延到建筑內(nèi)部,瞬間形成猛烈的立體燃燒。從這一發(fā)展模式可以看出,由著火層向上蔓延、著火層以下樓層基本安全的思維定式,在有可燃外裝飾材料的超高層建筑中發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。2.2超高層建筑滅火救援難度超高層建筑火災(zāi)撲救困難的主要問題是其建筑高度。由于超高的建筑高度,在面對超高層建筑災(zāi)難事故時,傳統(tǒng)的直接外攻滅火、強攻近戰(zhàn)、防控堵截等技戰(zhàn)術(shù)措施顯得一籌莫展。主要有以下幾方面的原因:(1)消防裝備。目前的消防裝備技術(shù)水平跟不上高層建筑的發(fā)展,現(xiàn)有的裝備器材還不能滿足高層建筑火災(zāi)撲救的需要。如在不考慮地理環(huán)境限制的情況下,最高的消防云梯約130m高。但事實上消防云梯車只能升至限定值的80%左右,在這個基礎(chǔ)上高壓水龍還能噴射出10m左右。當?shù)孛骘L力達到4~5級時,云梯車升高作業(yè)將有一定的危險性。如果著火的超高層建筑超過云梯的極限工作高度,則無法從室外撲救,除非動用直升機,否則只能依靠內(nèi)攻。這是超高層建筑滅火救援成為世界性難題的主要原因。(2)立體供水。超高層建筑火災(zāi)的火場供水一直是個難題,雖然現(xiàn)在的超高層建筑都設(shè)置了固定滅火設(shè)施,但在實際滅火戰(zhàn)斗中許多建筑內(nèi)部消防設(shè)施無法正常使用,消防官兵不得不利用水帶垂直鋪設(shè)向上供水。2009年上半年公安部消防局在全國消防部隊開展的高層供液測試中,江蘇省南京市消防支隊采用外墻垂直鋪設(shè)水帶、“雙車+泵耦合”的供液方式,最大供液高度達到385m;北京市朝陽區(qū)消防支隊采用外墻垂直鋪設(shè)水帶、A類泡沫車單車供液最大高度達到330m;上海市黃浦區(qū)消防支隊采用外墻垂直鋪設(shè)水帶、壓縮空氣泡沫車單車最大供液高度達到220m。但不管采取哪種方法,同樣都要面對向著火樓層長距離鋪設(shè)和固定水帶的問題,由于樓層高、鋪設(shè)水帶慢,水壓大、水帶容易爆裂等不利因素的影響,垂直供水難度非常大。因此,央視“2·9”火災(zāi)另一個發(fā)人深省的問題,就是在與火災(zāi)蔓延賽跑的實戰(zhàn)中,即便現(xiàn)有裝備的供液高度能突破500m、甚至達到迪拜塔的828m,在確保參戰(zhàn)消防員自身安全的前提下,消防員能夠深入內(nèi)攻、順利完成水帶鋪設(shè)并展開滅火救援行動的可能性有多大?(3)滅火作戰(zhàn)。現(xiàn)有消防裝備和立體供水的局限,直接導致了傳統(tǒng)技戰(zhàn)術(shù)在應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)時顯得蒼白無力。2010年4月13日1時05分許,上海東方明珠廣播電視塔塔尖因雷擊發(fā)生火災(zāi),著火部位在460m處,但電梯僅到達350m處的上部球體,350~440m為內(nèi)外結(jié)合的垂直梯,垂直梯保護圈直徑不足0.8m,440~460m處均無樓梯,僅有參差布置的信號發(fā)射器。面對這種特殊火災(zāi),現(xiàn)有的消防裝備根本無計可施,滅火攻堅組不得不在460m著火點處單兵運用滅火器乃至口噴礦泉水等原始方法撲滅火災(zāi)。(4)其他因素。超高層建筑火災(zāi)燃燒范圍大、火勢猛烈時,外墻和內(nèi)部平頂采光玻璃、廣告牌、空調(diào)輔機等會受熱墜落,尤其是破碎的玻璃幕墻墜落形成的“玻璃雨”會刺破消防水帶,危及人員和車輛器材的安全,嚴重影響消防官兵的作戰(zhàn)行動和作戰(zhàn)進程。2.3內(nèi)部攻擊和滅火以及定期分散戰(zhàn)爭的傳統(tǒng)措施很難實現(xiàn)2.3.1內(nèi)部攻擊和防御(1)間極限有限,無法保證多次作戰(zhàn)需要火場中最為重要的消防員個人防護器具,空氣呼吸器的使用時間極為有限,無法保證長時間作戰(zhàn)需要。遼寧省消防總隊曾經(jīng)做過測試,攻堅組隊員背負9L空氣呼吸器,在極限條件下進行內(nèi)攻實戰(zhàn)演練,最短在17min后空氣呼吸器開始報警。(2)高架能力測試在滅火救援中消防員背負至少20kg器材攀登,需要消耗大量體力,待到達起火層后會因體力透支使戰(zhàn)斗力下降。在建高層建筑消防給水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、疏散樓梯等尚未建好時,消防員登高作戰(zhàn)就更加困難。北京市消防總隊曾組織15名消防隊員在一棟高34m的12層樓房內(nèi)進行攀登樓梯體能測試,15名消防隊員身穿戰(zhàn)斗服,腳踏戰(zhàn)斗靴,手提2盤水帶,身背1支水槍。登上頂層時,消防隊員的心率都超過180次/min,呼吸都超過40次/min,這幾乎是專業(yè)短跑運動員的最高極限心率值和呼吸次數(shù)值。由此可見,無論身體多么強壯的消防隊員攀登100m以上的高樓,也會力不從心而無法執(zhí)行救援任務(wù)。(3)自然快速放空,面臨的問題一是戰(zhàn)斗員沿疏散樓梯向樓內(nèi)進攻時,樓內(nèi)的被困人員正在向樓下逃生,既影響了人群的疏散速度,又阻礙、拖延了消防員的攀登速度,在一定程度上制約滅火救援行動的展開;二是超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時,因受消防登高設(shè)備、玻璃幕墻限制和風向、風力的影響,難以實施破拆進行自然排煙,采用機械排煙系統(tǒng)又容易受風力、氣壓等氣候條件的影響而難以達到理想的排煙效果,大量的煙氣蔓延在大樓內(nèi)部,對消防隊員的滅火行動和室內(nèi)人員的疏散都會造成威脅;三是全封閉式的高層建筑內(nèi)可燃物燃燒產(chǎn)生的不完全燃燒產(chǎn)物聚積后,與空氣混合達到爆炸極限,遇著火源會發(fā)生爆燃,爆燃產(chǎn)生的沖擊波能使玻璃破碎,建筑物構(gòu)件損毀,產(chǎn)生的熱輻射能使火災(zāi)區(qū)域溫度陡然升高,甚至可超過1000℃,對消防員的安全產(chǎn)生很大的威脅。從國內(nèi)外消防科研部門實際測試的數(shù)據(jù)得出,發(fā)生爆燃的時間通常在起火后的6~7min,最早為4min,最晚為15min。而這一時間正好是消防員抵達火場后戰(zhàn)斗展開的階段。2.3.2火災(zāi)發(fā)生的風險眾所周知,疏散路線的水平或垂直距離越長,被困人員的疏散與營救就越困難。以上海市88層、高420m的金茂大廈為例,大廈每天約有36000名職員,4000名來訪者,還有4000人旅游觀光,8000人購物、餐飲等。因此,金茂大廈在工作時間內(nèi)約有40000多人聚集。然而,超高層建筑一旦起火,火勢垂直蔓延速度快,煙、熱、毒氣危害極其嚴重,而超高層建筑中人員一般多集中于中上層,在疏散狀態(tài)下呈聚集狀態(tài),其行動速度隨人流密度增加而變緩慢,加之火場能見度低,熱煙熏嗆及恐懼心理進一步造成行為上的驚慌失措。綜合表現(xiàn)在幾個方面:(1)人員安全疏散距離長。上海金茂大廈曾做過試驗,請身強力壯的消防隊員從頂樓向下跑,結(jié)果最快跑出大廈的隊員用時35min。正常情況下人流密度為1~5人/m2時,水平行進速度為0.60~1.35m/s,在樓梯上垂直行進速度為1.5~3.6m/s,明顯慢于煙火垂直蔓延速度3~4m/s,更不用說超高層建筑中高達8m/s的煙火蔓延速度。而在火場逃生中,人員密集、驚慌失措,容易擁堵不前甚至發(fā)生大規(guī)模的踩踏事件,進一步阻礙人員疏散。美國消防組織曾做過一次模擬測試,點燃一只廢紙簍,發(fā)現(xiàn)僅2min感煙探測器報警,約3min后起火,房間達到使人致死溫度,同時樓內(nèi)充滿有毒氣體,約4min樓內(nèi)過道被煙火封堵而徹底無法通行。測試結(jié)果表明:樓房內(nèi)一旦起火,濃煙烈火不停地升騰,嚴重影響人們的視線,使人看不清逃離的方向而陷入困境,受困者在恐慌狀態(tài)下往往會做出不理智的舉動。因此,4min后逃離現(xiàn)場的可能性很小,而救援人員多在4min后才開始到達火場,這也是火災(zāi)事故現(xiàn)場常常造成群死群傷的主要原因之一。紐約世界貿(mào)易中心在1993年發(fā)生過一次恐怖襲擊,當時恐怖組織設(shè)置在地下車庫中的定時炸彈爆炸,濃煙迅疾擴散到大樓的最上層。由于停電,防災(zāi)功能難以發(fā)揮,大樓內(nèi)10萬人全部撤離竟耗時約9h。根據(jù)當時參與調(diào)查的消防局設(shè)施科科長岡武男介紹,雙子塔樓的緊急樓梯分別有3個,樓梯的寬度可供成人排成兩列。由于同時疏散,樓梯上人滿為患,走下一個梯階需要花費2min時間。因此,從技術(shù)角度看,超過300m的超高層建筑,一旦發(fā)生事故,人員疏散極端困難。(2)安全電梯不安全。世貿(mào)中心大樓約有1000多部電梯,技術(shù)人員在設(shè)計時使用的技術(shù)是當感知火災(zāi)時,電梯會停到設(shè)定的樓層。然而事實表明,在1993年的事件中恐怖組織設(shè)置炸彈的爆炸沖擊下,全部電梯都停止了運行。在“9·11”事件中,電梯也因受到飛機撞擊而停運。電梯作為發(fā)生突發(fā)事件時的最主要疏散途徑,在真正的災(zāi)難事故來臨時卻是脆弱的。(3)火災(zāi)中建筑構(gòu)件隨時都有坍塌的可能。高層建筑尤其是外觀怪異的高層建筑,一般是鋼結(jié)構(gòu)或部分采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑。隨著環(huán)境溫度的升高,鋼材的抗拉和承載等性能會急劇下降,通常在450~650℃就會失去承載能力,鋼柱、鋼梁彎曲發(fā)生變形不能繼續(xù)使用。為了提高建筑自身的抗火災(zāi)風險性能,在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂防火涂料,從而將其耐火極限提升至2~3h,以保證建筑內(nèi)部的人員逃生。但即便如此,在“9·11”事件中,當飛機撞入樓體后,幾十噸航空燃料頃刻間劇烈燃燒,熱量和煙氣迅速向被撞樓層的上層升騰,火焰像火球一般擴散,溫度隨即高達千度以上,遠遠高于普通的火災(zāi)溫度,從而導致上部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定向下塌落,結(jié)果釀成了慘劇。雖然樓層最上部的3個地方設(shè)置了可容納約19t水的水槽,95%的樓層上還有自動滅火器,但在“9·11”事件中卻沒有發(fā)揮多少作用。超高層建筑的火災(zāi)危險性、超高層建筑火災(zāi)不斷上升的傷亡人數(shù)和財產(chǎn)損失警告世人:必須清醒地認識到,當前世界范圍內(nèi)的消防安全科技和裝備水平明顯不足以應(yīng)對超高層建筑災(zāi)難事故,要謹慎發(fā)展超高層建筑,以便將超高層建筑災(zāi)難事故控制在人類能夠掌控和應(yīng)對的范圍內(nèi)。值得慶幸的是,人們已經(jīng)開始深刻反思超高層建筑發(fā)展帶來的雙重效應(yīng)。1974年芝加哥443m高的西爾斯大廈落成后,美國一大批建筑工作者開始拒絕設(shè)計超高層建筑。歐洲則保持一貫的克制,目前世界上300m以上超高層建筑的排名中,沒有歐洲建筑的名字。此外,歐洲許多城市已經(jīng)開始有計劃地拆除高樓。3高層建筑滅火救援準備工作專項成果2009年央視“2·9”火災(zāi)后,全國消防部隊開展了三個專項活動。一是在21個消防總隊的123個中隊進行了為期3周的滅火救援執(zhí)勤裝備作戰(zhàn)效能調(diào)研;二是開展了三個階段的高層建筑滅火救援準備工作專項督查;三是啟動了為期三年的全國消防部隊打造鐵軍工作。在這三個專項工作中,通過滅火救援執(zhí)勤裝備作戰(zhàn)效能調(diào)研,搞清了消防部隊現(xiàn)有裝備在實戰(zhàn)中到底能發(fā)揮多大作用、還存在什么問題;通過高層建筑滅火救援準備工作專項督查,了解了消防部隊現(xiàn)有的作戰(zhàn)高度能有多高;打造鐵軍工作則正在有效培育和提高消防部隊敢打必勝的戰(zhàn)斗精神、攻堅克難的作戰(zhàn)能力、科學決策的指揮水平。但是,這三個專項活動也使我們更加清醒地認識到,在應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)方面,我們的差距還很大、要走的路還很長。在現(xiàn)有的消防裝備基礎(chǔ)上,多數(shù)情況下我國應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)的能力有限。3.1發(fā)展機理的研究超高層建筑中新材料、新工藝、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使得類似央視“2·9”火災(zāi)的形式不斷出現(xiàn),有必要研究這些非傳統(tǒng)火災(zāi)的發(fā)展機理,提高對火災(zāi)演化趨勢的預測能力和應(yīng)對能力。超高層建筑火災(zāi)發(fā)展機理的研究必須緊緊貼近實戰(zhàn)需要,以實際案例為依據(jù),建立相關(guān)的火災(zāi)模型,利用計算機模擬等科技手段,著重研究火災(zāi)動力學演化規(guī)律和火災(zāi)防治關(guān)鍵技術(shù)。例如,通過對央視“2·9”火災(zāi)等國內(nèi)外重大超高層建筑火災(zāi)的研究和分析,建立火災(zāi)蔓延理論模型,對轟燃、回燃等特殊火災(zāi)行為進行計算機模擬,研究典型超高層建筑火災(zāi)蔓延的機理和規(guī)律;采用火災(zāi)風險評估方法,研究超高層建筑火災(zāi)環(huán)境下的人群疏散規(guī)律、疏導技術(shù)、疏導方式及其對疏散速率的影響等,這些研究將有助于在一定范圍內(nèi)有效預測火災(zāi)的發(fā)展趨勢,以便在超高層建筑火災(zāi)撲救中把握先機,最大限度地降低火災(zāi)損失。3.2倡導創(chuàng)新服務(wù)模式，解決火災(zāi)救援問題3.2.1消防直升機在國家層面的發(fā)展隨著科技的發(fā)展與進步,未來最有可能應(yīng)用于超高層建筑火災(zāi)撲救和疏散救援的航空飛行器首推直升機。眾所周知,直升機與固定翼飛行器相比,有著可以垂直起降、懸停和后退飛行等獨特優(yōu)點,水平航速一般在300km/h以上,航程為500~1000km,可低空、低速(從懸停開始)和機頭方向不變的機動飛行,無需建造專用跑道,對于出行受限、交通擁堵、無法在第一時間內(nèi)到達火災(zāi)現(xiàn)場的超高層建筑林立的現(xiàn)代化城市而言,無疑具有獨特的吸引力和無可比擬的作戰(zhàn)優(yōu)勢。隨著消防裝備科技水平提升,近幾年來消防直升機得到了發(fā)展。例如,已有生產(chǎn)企業(yè)專門在直升機上配備了消防水炮、50人以內(nèi)的救援吊箱等滅火和應(yīng)急救援器材,機載消防水炮的水平作戰(zhàn)距離為50~100m,已初步具備應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)的能力。隨著大型直升機的研制與應(yīng)用,消防直升機的滅火劑載重、運載滅火器材和消防員、疏散救援等能力會進一步提升。當然,應(yīng)該清醒地看到,直升機應(yīng)用于消防還有飛行培訓、滅火救援培訓等必須研究的問題,不能建立直升機空勤消防站的地方可采取政府牽頭協(xié)調(diào)、投資的方式,借助空軍、陸航部隊或交通運輸部救撈系統(tǒng)的救助飛行隊的資源優(yōu)勢,建立聯(lián)勤聯(lián)動的綜合性應(yīng)急救援機制。3.2.2仿生壁虎腳,或可使用材料機器人自20世紀60年代初問世以來,經(jīng)歷40余年的發(fā)展已經(jīng)取得長足進步。從1986年日本東京消防廳首次在滅火中采用了“彩虹5號”機器人后,消防機器人就逐漸在滅火救災(zāi)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,消防機器人技術(shù)也得到快速的發(fā)展。截至目前,消防機器人已經(jīng)穩(wěn)步向第三代高端智能機器人發(fā)展。消防機器人能代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災(zāi)害事故現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集、處理、信息反饋,有效地解決消防人員在災(zāi)害場所的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問題?，F(xiàn)場指揮員可以根據(jù)其反饋結(jié)果,及時對災(zāi)情作出科學判斷,對災(zāi)害事故現(xiàn)場作出正確、合理的決策。因此,消防機器人在滅火和搶險救援中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著現(xiàn)代人類仿生學、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機技術(shù)、自動控制、模糊控制等高新技術(shù)的發(fā)展,真正智能化、甚至具備人類外形的消防機器人都可能研制成功。可以預見,消防機器人極有可能成為未來應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)的主要力量之一。近年來,各國科研人員紛紛致力于用納米材料模擬壁虎腳,并取得了突破性的研究進展。據(jù)報道,一個由華人科學家領(lǐng)銜的美國科研小組最近成功利用碳納米管(由純碳原子組成的管狀結(jié)構(gòu)材料,其直徑約是頭發(fā)直徑的萬分之一,具有尺度微小、重量輕、柔軟靈活、機械強度高以及電學和熱學性能突出等特點)陣列制成具有“強吸附”和“易脫附”性能的仿生壁虎腳,其吸附力超過真正的壁虎腳,而且也能輕松脫離。如果這種碳納米管陣列可以擴大,將來使用10cm×10cm的陣列就可以在屋頂上懸掛一個100kg重的人,這使得仿生壁虎腳朝著實際應(yīng)用方向邁出了最關(guān)鍵的一步。在未來應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)時,如果疏散逃生裝置能夠安裝上這樣的仿生壁虎腳,那么無論多高的超高層建筑,人們都可以從容地沿著建筑外墻進行疏散;消防員如果能夠佩戴上這類仿生壁虎腳,就可以攜帶需要的消防器材,沿著建筑外墻快速、直接進入目標著火層進行內(nèi)攻滅火,或緊緊抓住外墻無需內(nèi)攻,直接精準打擊著火點,也可隨時根據(jù)需要進入各樓層搜救,從而能有效避免消防員因不了解建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法深入內(nèi)攻或內(nèi)攻被困等情況的發(fā)生,也不再需要面對消防電梯和疏散樓梯的各種弊端所帶來的困難?；瘜W分析表明,蜘蛛網(wǎng)具有高強度和柔韌性,其纖細堅韌的蛛絲是由一種絲纖元蛋白質(zhì)的氨基酸組成的。英國科學家根據(jù)這種絲的組成配比,正在用遺傳工程技術(shù)生產(chǎn)蛛絲,以便人工制造出與天然蛛絲一樣的彈性輕質(zhì)蛛絲材料。一旦仿生人工蛛絲研制成功,以此制作的逃生網(wǎng)或降落傘將具有輕質(zhì)、可快速移動、方便展開、安全可靠、高效救生等特點和優(yōu)勢,有利于超高層建筑的疏散逃生;用仿生蛛絲制作超級堅固、柔韌和輕質(zhì)的安全繩索,既有利于人們直接沿外墻逃生,也有利于消防員直接沿外墻向上進攻或搜救、疏散人員。3.2.3好的氧生物酶檢測器消防員個人防護裝備安全性、可靠性和使用時間至關(guān)重要,在應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)實戰(zhàn)中是消防員生命安全的保證。筆者重點討論空氣呼吸器和氧氣呼吸器?？諝夂粑魇褂米詈唵?但受的限制也最大。目前,我國消防部隊裝備的呼吸器大部分都是空氣呼吸器,實戰(zhàn)中最大問題就是使用時間短,需要隨時更換氣瓶,不僅不能滿足長時間作戰(zhàn)需要,還會造成消防員傷亡。筆者認為,單純空氣呼吸器的發(fā)展前景是有限的,但可以通過各種技術(shù)手段達到長時間作戰(zhàn)的目的。據(jù)資料介紹,美國等國家的高層或超高層建筑中,在特定的樓層設(shè)有空氣呼吸器充氣插頭,即整個建筑設(shè)有空氣呼吸器充氣系統(tǒng),該系統(tǒng)與帶水泵接合器的消防給水系統(tǒng)類似,在建筑首層外墻部位預留有充氣接口,使用空氣充氣泵直接從接口對大樓充氣系統(tǒng)供氣。消防員空氣呼吸器報警后,可立即找到樓層的充氣插頭充氣,提高了滅火作戰(zhàn)的安全性。氧氣呼吸器的使用時間大大高于空氣呼吸器,其理論使用時間最高能達到4h。但是,氧氣呼吸器在消防部隊并未得到廣泛使用,其不足之處主要是:結(jié)構(gòu)復雜,維修保養(yǎng)技術(shù)高;部分人員對高濃度氧(含量大于21%)呼吸適應(yīng)性差;再生的氧氣溫度高,呼吸舒適感差;使用受到環(huán)境溫度限制,一般不超過60℃;泄漏的氧氣有助燃作用,安全性差;制氧成本高。如何克服氧氣呼吸器的這些弊端,使其得以廣泛應(yīng)用,材料科學的發(fā)展有望解決這一問題。20世紀以來材料科學的發(fā)展,使得各種高分子材料、復合材料和納米材料紛紛涌現(xiàn),具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、耐磨、絕緣、隔熱等性能的新型材料層出不窮,為氧氣呼吸器的發(fā)展帶來了機遇。一是儲氣瓶式氧氣呼吸器?，F(xiàn)有的儲氣瓶式氧氣呼吸器采用的是壓縮氧氣,工作壓力一般為20MPa。有關(guān)資料表明,氧氣臨界溫度是-118.8℃,而液態(tài)氧的溫度是-183℃。1877年,瑞士物理學家在-140℃和500個大氣壓(約50MPa)的情況下成功獲得了液態(tài)氧。統(tǒng)計資料表明,人在安靜狀態(tài)下每分鐘呼吸次數(shù)約為16次,每次呼吸空氣量約為500mL,即每小時呼吸空氣量為480L。而1kg液態(tài)氧理論上可以獲得3300L以上(按空氣中氧含量為21%計)的空氣,可供一個成年人呼吸近7h。隨著未來材料科學的發(fā)展,可利用新型材料制備出儲液瓶式的液態(tài)氧氣呼吸器,配備智能化控制的氧氣傳輸系統(tǒng),將液態(tài)氧直接轉(zhuǎn)換成可供人呼吸的空氣,從而提高氧氣呼吸器的使用時間和安全性,有效降低氧氣呼吸器的重量和使用復雜性,以滿足超高層建筑火災(zāi)中消防員長時間作戰(zhàn)的需要。二是化學生氧式氧氣呼吸器。這類氧氣呼吸器主要是通過人體呼吸產(chǎn)生的二氧化碳進入一個氧氣產(chǎn)生罐,并與其中裝有的無機過氧化物進行反應(yīng),產(chǎn)生新的氧氣進行呼吸循環(huán)。但是,由于二氧化碳與無機過氧化物反應(yīng)生氧的過程是劇烈的放熱反應(yīng),因此產(chǎn)生的氧氣溫度較高,必須進行初步冷卻后再進入呼吸循環(huán)。隨著現(xiàn)代生物酶技術(shù)、納米材料的發(fā)展,可研發(fā)一種具有微納米孔洞結(jié)構(gòu)的新型吸附材料,通過物理、化學或生物酶技術(shù)的反吸附或脫吸附等作用實現(xiàn)生氧,替代現(xiàn)有的無機過氧化物生氧方式。其主要優(yōu)勢是:在室溫下或人體呼吸感覺舒適的溫度下實現(xiàn)生氧,并且與同質(zhì)量的無機過氧化物相比,能夠儲存更豐富的氧。新型吸附材料應(yīng)具有的性能:通過其微納米孔洞結(jié)構(gòu)既能大量吸附氧氣,也能吸附二氧化碳,但對二氧化碳的吸附作用更強;或者可以通過與氧分子螯合等手段進行化學吸附,也可與二氧化碳化學吸附,但同樣對二氧化碳的化學吸附作用應(yīng)該更強。具備這種性能的主要目的在于,當進行呼吸循環(huán)時,人體呼出的二氧化碳進入生氧罐內(nèi),通過新型吸附材料內(nèi)部反吸附或脫吸附作用將其中儲存的氧“驅(qū)逐”出來,無需冷卻等后續(xù)處理,即能產(chǎn)生直接適于消防員呼吸的氧氣。3.3加強對高層建筑的自我保護，解決內(nèi)部攻擊和人員救援問題3.3.1應(yīng)急消防豎管設(shè)置我國現(xiàn)行的GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》于1997、1999、2001和2005年先后四次進行了局部修訂。但隨著超高層建筑的發(fā)展,特別是超高層建筑的性能化設(shè)計、結(jié)構(gòu)類型和內(nèi)部布局的變化、新技術(shù)新材料應(yīng)用以及我國消防車輛裝備狀況的改善,使得現(xiàn)有規(guī)范與當前消防形勢發(fā)展不相適應(yīng)。超高層建筑火災(zāi)撲救的難題之一是垂直供水困難?，F(xiàn)有的超高層建筑在設(shè)計時沒有充分考慮消防車輛的實際供水和供壓縮空氣泡沫能力,故沒有設(shè)置直通樓頂?shù)墓潭ㄏ镭Q管。在較高樓層發(fā)生火災(zāi)后,一旦內(nèi)部消防水泵不能發(fā)揮作用,消防隊員不得不面對垂直鋪設(shè)消防水帶至著火層的不利局面,從而延誤撲救火災(zāi)的最佳時機,很可能會造成火勢蔓延擴大甚至人員傷亡。因此,可以在超高層建筑中設(shè)置直通頂層、覆蓋每一樓層的應(yīng)急消防豎管,每根應(yīng)急消防豎管必須設(shè)置相應(yīng)的止回閥,并在各層設(shè)置消火栓接口,在室外地面設(shè)置水泵接合器。除此之外,應(yīng)在高度相隔合適的樓層預留與手抬泵接力供水的接口,該接口必須既可以與上部接通和斷開,又可以接入手抬泵接力供水。特別需要指出的是,應(yīng)急消防豎管應(yīng)單獨設(shè)置,不得與其他任何管道相通,只能供發(fā)生火災(zāi)后應(yīng)急供水使用。對于在建或消防給水系統(tǒng)尚未投入使用的超高層建筑也應(yīng)參照設(shè)置臨時應(yīng)急消防豎管,做到建筑建到多高,應(yīng)急消防豎管就跟進到多高。這一點在發(fā)達國家相關(guān)消防法律法規(guī)中已經(jīng)有明確的規(guī)定。當前,超高層建筑普遍采用易燃保溫材料和熔點相對較低的金屬合金作為外墻裝飾和封堵材料,而在央視“2·9”火災(zāi)和新疆烏魯木齊國貿(mào)大廈“3·2”火災(zāi)中正是這些材料釀成悲劇。針對超高層建筑著火后容易出現(xiàn)舉高消防車打不著、內(nèi)部滅火無法打到位的情況,有專家建議,在超高層建筑的頂層和中部,即現(xiàn)有舉高消防車作戰(zhàn)極限高度的建筑外圍設(shè)手動噴水裝置,并可為之設(shè)置獨立的高位水箱和水泵,或與現(xiàn)有消防水箱水泵相結(jié)合,也可預留接口與應(yīng)急消防豎管的消火栓連接,這一設(shè)想可能會有效控制超高層和普通高層建筑外墻裝飾材料火災(zāi)的快速蔓延。事實上,隨著科學技術(shù)的發(fā)展、自動化控制程度的提