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从长沙电信大楼火灾,看高层建筑防火难题何解

 编者按

在长沙遭受重度干旱期间发生的荷花园电信大厦火灾引发了全社会的关注。中国拥有全世界最多的超高层建筑。高层、超高层建筑的火灾隐患都有哪些风险因素与环节,值得业界好好研究与总结。

访谈、撰文 | 张天祁

责编 | 钱炜 

9月16日下午15时45分左右,长沙市芙蓉区荷花园街道电信大楼西附楼外墙起火,火势迅速蔓延至主楼41楼(顶楼);截至16时20分许,除顶楼外明火已被扑灭。初步判断,该大火从5楼烧起,起火原因不明,目前暂未接到人员伤亡报告。


图1 滚滚浓烟中的中国电信大厦 | 图源:央视新闻视频截图

事发电信大楼于2000年建成,位于长沙市东二环,曾以218米的高度成为长沙首座突破200米的楼宇。

2005年的《民用建筑设计通则》规定:建筑高度超过27m的住宅建筑和建筑高度大于24.0m的非单层公共建筑为高层建筑。超过100m的建筑,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。

世界超高层建筑学会(CTBUH)的数据显示,中国超高层建筑数量已经是全球第一。截至2021年,中国拥有150米以上的高层建筑2581座,其中200米以上的有861座,300米以上的超高层建筑99座,均为世界第一。

数量众多的高层、超高层建筑带来了大量管理和安全上的问题,火灾就是其中之一。2017年的统计显示,上海共有27米以上高层建筑3.1万座,100米以上的超高层建筑近600座,数量、规模均居世界首位。2007年至2016年十年间,上海高层建筑就发生火灾4293起,造成474人死亡,106人受伤,直接财产损失2.89亿元。

近几年,国内超高层建筑和高度较高的高层建筑,已经不止一次发生火灾。

2021年3月9日,石家庄市中心城区众鑫大厦突然起火,火势凶猛,冲上110米高的顶楼,消防队员5小时后才扑灭明火。2019年12月2日晚,辽宁沈阳市浑南新区SR国际新城住宅区高层发生火灾,大火直窜25层。2018年2月1日,郑州市郑东新区绿地原盛国际办公楼外保温材料起火。
 

图2 2021年3月9日,石家庄众鑫大厦起火 | 图源:央视新闻视频截图
 

针对高层、超高层建筑频发的安全问题,有关部门出台了限高政策。2021年10月26日,住建部和应急管理部发布关于《加强超高层建筑规划建设管理的通知》,明确不得新建500米以上的超高建筑。城区常住人口300万人口以下城市严格限制新建150米以上超高层建筑,不得新建250米以上超高层建筑。


图3 2021年10月发布的《住房和城乡建设部 应急管理部关于加强超高层建筑规划建设管理的通知》| 图源:mohurd.gov.cn

另外,各地相关部门审批80米以上住宅建筑、100米以上公共建筑建设项目时,应征求同级消防救援机构意见,以确保与当地消防救援能力相匹配。

不过,对于已经建成的超高层建筑和高层建筑,限高令无法起到作用。据2017年的统计,长沙全市已经有高层建筑2600余栋,100米以上的超高层建筑更是有239栋。截至2020年,长沙市的第一高楼为长沙国际金融中心,高达452米。

高层建筑多年的运行带来了安全上的隐患。2017年,据公安部消防局披露的信息,在全国23.5万幢高层住宅建筑中,未设置自动消防设施的占到46.2%。设有自动消防设施的高层建筑,平均完好率不足50%。

这次着火的长沙中国电信大楼,在今年8月11号还进行了消防维修项目-火灾报警、防排烟系统招标,招标公告提到 “目前荷花园大厦消防设备存在超期运行、部分设备设置不符合现行国家标准规范,火灾报警系统、防排烟系统仍存在较大的安全隐患”。


图4 今年8月,长沙中国电信大楼的一则招标公告 | 图源:chinamae.com

这次招标给出440万的价格,但在9月5日,湖南中通服电子招标平台发布公告称由于有效投标不足3个且明显缺乏竞争,本次招标失败。也就是说,这次火灾时,长沙中国电信大楼正处于存在火灾隐患的状态。

另外,湖南现在仍然处于干旱状态。据央视新闻报道,截至9月13日,湖南全省约65%的雨量站无有效降雨超过20天,有些地区甚至超过68天无有效降雨。预计全省80%左右的地区可能出现严重水文干旱,35%左右的地区可能出现特大水文干旱。

长沙是干旱的重灾区,截至9月5日,该市已达到重度干旱标准。从8月3日到9月3日,长沙全市已经开展了58轮次人工增雨作业,累计发射火箭弹204枚。

据中国天气网湖南站数据,9月16日15时至16时,长沙城区温度为当日最高34℃,相对湿度为当日最低28%-29%,极度干燥。这正是火灾发生的时间段。

保温材料争议

据《界面》报道,常年生活在电信大厦附近的当地建筑师江左认为,由于电信大厦外墙保温材料较为易燃,所以火势发展很快,“10分钟左右就全楼烧起来了。”

几乎每当高层建筑发生火灾,建筑的外保温材料都会成为一个热议话题。因为国内现在最流行的有机外保温材料,包括挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、硬质聚氨酯泡沫塑料(PU)都具有可燃性。

有研究发现,外墙装饰和保温材料的可燃性和结构直接影响火势蔓延速度。尤其是热塑性绝缘材料,如果遇到火可能会收缩、熔化或者燃烧。熔化的材料滴落,还可能扩大火情。

有机外保温材料被认为在火灾中起了推动作用。石家庄众鑫大厦火灾发生后不久,《河北省民用建筑外墙外保温工程统一技术措施》即出台,对有机外保温材料的使用加以限制。
 

图5 2021年5月,河北省住建厅发布《河北省民用建筑外墙外保温工程统一技术措施》| 图源:zfcxjst.hebei.gov.cn

国家应急管理部制定的《建筑材料及制品燃烧性能分级》根据燃烧的难易程度,将建筑材料及制品分为不燃材料(A级)、难燃材料(B1级)、可燃材料(B2级)、易燃材料(B3级)四个等级。

对于外墙保温材料来说,有机保温材料即使添加了阻燃剂,也只能达到B1或者B2级。A级基本都是岩棉之类的无机保温材料。

按照现行的《建筑设计防火规范》,建筑的内、外保温系统,宜采用燃烧性能为A级的保温材料,不宜采用B2 级保温材料,严禁采用B3级保温材料。除住宅建筑和设置人员密集场所的建筑外,建筑高度大于50m时,保温材料的燃烧性能应为A级,建筑高度大于24m,但不大于50m时,保温材料的燃烧性能不应低于B1级。

如果从防火的角度考虑,似乎应该把外保温系统都定A级最好。实际上,2011年2月沈阳皇朝万鑫国际大厦火灾后,公安部曾出台《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》,要求建筑的内、外保温系统都必须采用A级保温材料。

但这个规定没能坚持多久,因为在现实中,无机外保温材料无论产能还是工艺上都暂时跟不上有机材料。更重要的是,有机外保温材料的保温性能,也就是节能方面要优于无机材料。

由于房地产是高耗能产业,为实现节能目标,中国要求所有新建建筑必须严格执行节能50%的标准,而对北京、上海等一线城市来说,建筑节能的要求则达到65%。住建部2020年还发布实施《严寒寒冷地区居住建筑节能设计标准》和《近零能耗建筑技术标准》,推动严寒寒冷地区居住建筑执行75%的节能标准。

中国建筑科学研究院防火研究所高级工程师季广其告诉《知识分子》,“保温材料都用A级的行不行?也不一定行。咱们国家下一步有 ‘3060’ 的双碳目标,要碳达峰碳中和。南方还行,北方地区像北京,它属于寒冷地区,再往北的话,黑龙江是严寒地区,如果不用有机材料保温的话,恐怕根本就达不到要求。”

他还表示,提到有机保温材料的防火安全,不要总盯着保温有机保温材料本身,还是要从构造上考虑。中国建筑科学研究院高级工程师朱春玲在一项研究中也写道,评价外保温系统的防火安全性时,应充分认识到:外保温系统的保温材料都是被无机材料包覆在系统内部的,应该将保温材料、防护层以及防火构造作为一个整体来考虑。

国际上通行的做法是对保温材料的燃烧性能提出基本要求,这是为了满足施工过程中的防火要求,然后还要按制品的最终应用形式进行测试。通过大尺寸模型火试验后的系统,可以应用于不同高度的建筑。

对这次长沙火灾的起因,季广其有自己的看法。他表示,从视频里来看,这栋楼是背后通风式的幕墙装饰构造,这种构造很容易造成火势的快速蔓延,最近几次高层火灾都与幕墙构造有关。

幕墙是建筑的外墙围护,不承重,像幕布一样挂上去,故又称为 “帷幕墙”,是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体,有种形象的说法是 “建筑的外衣”。常规建筑幕墙的设计与建筑主体之间存在着一定的空间,会形成纵向的通风孔道。

印度的一项研究发现,火与雨幕外墙系统中覆层和隔热层之间的空腔接触,是引发火灾突出因素之一。这个空腔的宽度在25毫米到100毫米之间,这样设计的目的是确保良好的空气流通和保持外墙的适当通风。但在有火的情况下,这个空隙则会作为一个 “烟囱”,通过 “烟囱效应” 支持火灾向垂直方向蔓延。100m高的高层建筑一旦着火,烟雾会在30秒内通过 “烟囱” 扩散到顶层,其速度是水平方向的10倍以上。

研究者用不同外墙保温材料和隔热材料进行试验,发现材料相同时,有 “烟囱” 的组,质量燃烧率、火焰高度和温度比没有 “烟囱” 的高3-6倍。

火灾风险该如何管理

朱春玲曾经提出,是否有火灾隐患要看设计是否合理、产品是否达标,施工监管是否安全。关于外墙保温材料的争论只是讨论了这个问题的一个方面。

在材料方面,偷工减料、以次充好等问题很容易出现。2009年央视北配楼大火,其中一个重要原因是用作幕墙保温材料的挤塑板着火,事后这些保温材料被鉴定为B3级,也就是不合格。2010年,法院审理后认定,央视新址配楼幕墙施工方中山盛兴公司销售伪劣挤塑板,构成销售伪劣产品罪。

不仅商家售假猖獗,验收、监测等等环节也多有漏洞。季广其表示,现在建筑工程的鉴证检验报告都能达到B1级,这不能不让人怀疑第三方鉴证检验的严肃性。

在欧洲,严格的体系认证制度维护了系统的稳定和持续,只有拿到认证才能进入市场。认证机构还要每年进行跟踪调查,合格才能继续使用证书。

施工环节的管理也极为重要,一项工程的质量和安全很大程度上在于细节。据《财新》报道,北京市建筑节能专业委员会理事长、原北京建工集团副总工程师王庆生对北京市2007年-2009年发生在建筑施工现场的火灾进行了不完全统计。结果发现,与外保温材料相关的火灾,85%都发生在材料进入施工现场码放和上墙时段,由此可见施工管理的混乱程度。

在欧洲,所有外墙外保温项目施工都有非常严格的制度要求,包括行业的安全施工要求和国家的指导性规范,行业协会会将相应的指导规范发到每一个工人手中,指导其如何操作。任何带火作业如果没有消防设备,安全措施与辅助材料没有达到标准要求,都是不允许进行的。

国内高层建筑发生一些火灾,很大程度上是施工管理不到位的后果。2010年11月15日,上海胶州路公寓大楼发生重大火灾事故,起因就是这所公寓的节能改造工程管理中出现了大量漏洞,整个项目经历了复杂的层层转包,最后找来了两名无有效特种作业操作证(电焊资质)的工人从事电焊。

国务院事故调查组查明,这起重大火灾事故的直接原因就是施工人员违规进行电焊作业,溅落的金属熔融物引燃下方9层位置脚手架防护平台上堆积的聚氨酯保温材料碎块、碎屑引发火灾。电焊作业时未配备灭火器,动火前也未经审批。

清华大学土木工程系教授张君在接受《财新》采访时曾表示,“欧洲国家早期全是用聚苯乙烯泡沫,也没有那么多火灾,施工现场管理得好。做外保温,就是要保证材料不被点燃。”他还举例说,比如在聚苯板外层喷水泥浆应当全部封闭,工人喷不到位就会出现苯板裸露,造成隐患。

而在西班牙,喷涂聚氨酯泡沫技术协会(Atepa)要求每一个喷涂的枪手都要进行40个小时的培训,才能进行喷涂施工。做好这样的细节,是安全的基础。

至于高层建筑究竟有哪些容易引发火灾的风险因素与环节需要关注,季广其最后表示,“这事我说了不是一天两天了,我们从这种火灾当中到底得到了什么样的启示,吸取了哪些的教训,是有必要好好反思与总结的。” 

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