从这次火灾的后果来看,没有造成人员伤亡,有一定幸运因素,但也说明原建筑的消防逃生设施还不算太坏,至于是否符合消防要求,还需要事后调查。
但从火灾扩散面来说,局部失火导致大片外墙燃烧,并影响到多个楼层和住户,这是该建筑防火的一个败笔。虽然这个败笔有可能是受限于当时的建造条件,也有可能是符合当时的法规要求,但也给我们敲响了警钟,对于高层建筑,其外保温材料如果是易燃材料,如果不能在做好防火隔绝措施,做到层层隔绝,户户隔绝,则一旦某户人家发生火灾,还有可能多个住户跟着倒霉,这是个系统性风险,需要靠技术手段解决。
下面从结构安全和保温措施两个方面来看下建筑自身对防火的要求。
从结构安全和人员疏散角度,一个建筑在火灾下至少应保证满足以下3项性能指标:
1. 在火灾发生初期要保证人员能够安全撤离,逃生通道的设置是关键。逃生通道要简短通畅,不能太过曲折,否则在慌乱中很容易迷路,延长逃生时间。
此外,逃生通道还要有明确的路线指示、充足的照明,并能在火灾发生时阻断烟气窜入,有足够的排烟措施,保持通道良好的通行环境,因为火灾下的人员伤亡,大部分是因为烟熏引起,要防止烟熏,在逃生通道要靠消防设施切实发挥功效,例如排烟和照明。
逃生通道是火灾下人员安全撤离的生命通道,需要时刻保持畅通,楼梯间堆积的杂物,会影响逃生时间。
2. 火灾持续期间,结构能够保持稳定不倒塌,为灭火工作提供必要的时间。如果房屋耐火性能太差,在救火过程中发生垮塌,会耽误灭火工作,甚至会发生人身伤害。本次大连凯旋国际大厦结构安全经受住了火灾检验,至少在火灾过程及灾后没有出现垮塌造成二次伤害,这给后续救援及修复创造了基础条件。
3. 火灾后要易于修复,修复费用和修复时间均可接受,否则社会、经济影响太大,无法实现人民群众对美好生活的向往。
要满足上述3点,需要承重构件具备相应的耐火能力。我国《建筑设计防火规范》将民用建筑的耐火等级分为四级,其中一级要求最高,对构件的耐火时间(小时)要求如下:
要满足上述要求,不同结构需要采取不同的措施。
1)钢结构。钢材自身不耐高温且极易导热,火烧到裸露的钢构件表面,热量会迅速传导到钢材内部,导致钢构件很快丧失承载能力。下图为裸露的钢结构在火灾作用下温度和强度变化规律。
从图中可以看出,裸露的钢结构在火灾发生后13分钟温度上升到538℃,强度降低为原来的61%;15分钟温度上升到609℃,强度降低为原来的43%;20分钟温度上升到724℃,强度降低为原来的18%,此时钢结构基本就倒塌了。
根据统计,从发生火灾到消防员赶到现场开始灭火需要15分钟,此时钢结构强度已降低到不足原来的一半,房屋处于危险状态。
要延长钢结构的耐火时间,需要在钢结构外部喷涂防火涂料或包上防火板,防火涂料和防火板厚度不同,钢结构的耐火时间也不同。
2)混凝土结构。与钢相比,混凝土不易导热(导热系数约是钢的1/60),火灾时升温缓慢,因此对内部钢筋形成了很好的耐火保护。我国规范对梁、板、柱、承重墙的钢筋保护层厚度做了相应的规定,保护层除了可保护钢筋免受腐蚀外,还兼做钢筋的耐火保护,延长了耐火时间。因此,混凝土结构一般不需要额外的防火措施也可满足防火要求。
3)砖混结构。与混凝土类似,砖墙不易导热,耐火能力较强,一般不需要额外的防火措施。
4)木结构。天然木材不耐火,需要经特殊防火处理才可作为建筑承重材料,此外还需要采取覆盖防火板、表面抹灰等措施满足防火要求。
房屋发生过火灾,不仅结构表面有烟熏火燎的颜色,影响美观,严重的火灾还会影响结构安全,在继续使用前需要做安全评估。本次大连凯旋国际大厦失火后,原结构受到了火灾高温以及消防水降温的影响,对结构有多大伤害,结构是否需要进行加固,这些都需要进行专业机构进行火灾后的评估。
评估时首先要考虑火灾对不同材料性能的影响。总体来说,火灾对各种材料都有不利的影响(强度或者延展性),而且火灾时间持续越久,材料性能损失越大。
此外,用水灭火会导致材料表面温度骤降,除了热胀冷缩引发裂缝外,材料自身的性能会损失更严重。具体来说,火灾对材料性能的影响如下:
对于钢结构,火灾除了影响材料性能,还会导致整个结构内力分布发生重大调整。总的调整规律是荷载从受力大的构件向受力小的构件转移,实现了“削峰平谷”,有点像《道德经》里说的,天之道,损有余而补不足。
这是由于火灾期间钢材会变软,受力大的钢构件变形更大,随着变形的发展,将部分荷载卸向其他构件。如下图所示,原本仅中间柱子承载,两侧柱子不受力,火灾发生时钢柱变软,中间柱子被“压扁”,变为三根柱子共同承载。
因此,钢结构经历火灾后,受力状态与原设计会大相径庭,新的受力状态是否仍能保证安全,需要详细评估。另外火灾后钢结构变脆,会影响结构的抗震性能。
混凝土结构和砖混结构,火灾前后各个构件内力调整较小,火灾后的实际受力状态与原设计基本相符。但需要重点关注预制楼板,火灾后钢筋强度剧烈下降,需核算承载力能否满足要求。
木结构经过火灾后,除了表面烧黑的构件需要替换外,表面完好的构件也像是受到了七伤拳的攻击,表面完好,内部强度大幅降低,需要重新评估其安全性。
对于我们普通住户,很难改变房子自身的耐火性能,但我们可以有更好的防火措施,例如家中常常断舍离,减少无用物品堆放,从而减少火源;另外家里常备灭火器,至少厨房和客厅各一把,一旦出现火患,迅速消灭于萌芽。最后提醒大家,一旦火势失控,要第一时间撤离,按照逃生指示牌指示到达安全地带,千万别舍命不舍财,耽误宝贵的撤离时间。
以上是从结构安全及疏散角度对建筑的防火性能提出的要求。看了凯旋大厦的燃烧视频,发现本次火灾中,建筑外墙不断被引燃,应该是建筑外墙保温材料燃烧所致。下面看下建筑保温做法对建筑防火的影响。
就像人要穿衣服保暖一样,建筑物也需要外壳披上一层保温层,以满足节能要求。需要做保温的部位都是与外界环境接触部位,一般包括外墙和屋顶,有些建筑地下室墙体和基础也做了保温。常见的外墙保温做法,会根据保温层位于墙体外侧还是内侧,分别称为外保温和内保温。
下图显示了建筑外保温和内保温的区别,红色粗线表示保温层(左图为外保温形式,右图为内保温形式):
建筑外墙采用外保温形式,一旦某处发生火灾,很容易发生大范围蔓延,就像大连凯旋国际大厦这样,而且很难扑灭。这是建筑外墙采用外保温系统的固有弊端,很难克服。
因此上海市已经在2020年底开始,禁止使用传统外墙外保温系统,主要就是因为外保温系统的固有弊端无法克服,主要体现在以下三个方面:
(1)开裂、空鼓、脱落。如下面视频就是典型的外保温脱落危害:
建筑外保温脱落 https://www.zhihu.com/video/1415007135881715712(2)如果要求材料保温性能,就很难阻燃。例如我们常见的聚氨酯保温材料,还有聚苯保温材料,与俗称的泡沫塑料类似,很轻,保温性能很好,但阻燃性能差:
现在防火规范严格了,最新版《建筑设计防火规范》第6.7.1条规定:“ 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”。
“A级材料属于不燃材料,火灾危险性很低,不会导致火焰蔓延。因此,在建筑的内、外保温系统中,要尽量选用A级保温材料。
B1级材料属于难燃材料,防火性能仅次于A级材料,因此有些非人员密集建筑的外墙保温材料可以选用B1级。
B2级保温材料属于普通可燃材料,在点火源功率较大或有较强热辐射时,容易燃烧且火焰传播速度较快,有较大的火灾危险。如果必须要采用B2级保温材料,需采取严格的构造措施进行保护。同时,在施工过程中也要注意采取相应的防火措施,如分别堆放、远离焊接区域、上墙后立即做构造保护等等。
B3级保温材料属于易燃材料,很容易被低能量的火源或电焊渣等点燃,而且火焰传播速度极为迅速,无论是在施工,还是在使用过程中,其火灾危险性都非常高。因此,在建筑的内、外保温系统中严禁采用B3级保温材料。”
但保温性能好同时又防火的材料价格很高,很多材料达不到A级却被以次充好用在了外墙上。在防火规范要求不严的早期建造的很多建筑,外墙保温材料很多是可燃的,一旦某处起火,这种可燃保温材料会向上下左右迅速燃烧蔓延,很难扑灭。一方面是因为保温材料外部有一层保护壳,保温材料着火后,外部保护壳的存在,阻挡了救火水直接浇在着火的保温材料上,救火喷水相当于“隔靴搔痒”;另一方面,保温层着火后,形成了沿着建筑物通高的空腔层,这个空腔相当于产生了烟囱效应,会加速火势蔓延。
(3)如果严格要求保温材料阻燃性能,就很难同时满足节能建筑保温要求。例如常用的岩棉保温材料,岩棉是不燃材料,但保温性能比聚氨酯或者聚苯板差了很多,而且岩棉容易吸水,外墙防水做不好,冬季容易冻胀外墙。
以上3点为建筑采用外保温形式的三大痛点,而且短期内很难克服,所以上海市干脆禁止外墙使用外保温,只能做内保温,也是没有办法的办法。
但建筑师和实际使用者会喜欢外墙外保温,因为保温材料贴在墙体外面,不会占用室内使用空间。
而外墙采用内保温的房子,用手一敲都会听到咚咚的空鼓声,保温材料不仅会占用使用空间,而且由于保温材料强度低,很难在上面直接挂重物,除非使用加长型膨胀螺栓打到墙体结构层,这给使用带来不便。
但内保温可以很容易解决脱落和防火问题。由于保温层会被混凝土楼板隔开,某层着火了,火灾不会顺着保温材料向上下左右蔓延,火灾会严格限制在局部区域。
因此,外墙外保温是追求使用方便,而一直存在脱落和火灾扩散风险;而外墙内保温则除了使用不便占用空间外,没有脱落和火灾扩散风险。
两种外墙保温方式都有各自的优缺点,如何取舍呢?上海已经给出了方向,这次火灾,也会促进人们思考,是安全重要还是便利重要?
在建筑材料没有革命性突破的现状下,鱼和熊掌不可兼得,只能在安全和便利两者之间做出取舍。
但这种取舍不是设计师能决定的,而是要靠全社会达成共识,像上海那样强制执行才可以。否则同样面积同样户型的住宅,做外保温的会比做内保温多出很多实际使用面积,作为购房者,同样价款情况下,大多会倾向于购买实际使用面积更大的房子,这样就使得同样竞争条件下,做内保温的房子卖不出去。
长此以往,更注重长远安全的设计师设计的内保温房子反而竞争力不足,遭到市场淘汰。设计师也是要恰饭的,在地产商的销售压力下,很难做到不去适应市场,因此仅靠设计师的良心是不够的,必须靠行政强制手段,否则良心设计师会逐渐被市场淘汰。
最后再强调下,大连凯旋国际大厦外墙保温的防火性能不好导致大火蔓延,虽然并不一定是违规设计违规施工,但确实给我敲响了警钟。
我国有大量外墙防火不符合现行防火规范的存量房子,这类房子的消防问题该怎么解决?是主动去一个个解决还是等某个建筑发生火灾了,或者进行外立面改造时顺便采取解决?目前看,全面大范围解决这些存量房问题,从财力上不现实,如果有条不紊推进解决,则需要加强房屋运营期间的管理,例如加强日常巡查,消除火灾隐患;常检查消防设施,保证消防设施可靠;常检查消防通道,保障消防通道畅通等。
目前住宅小区对防火检查越来越严格,例如常有清理楼道杂物行动、疏通消防通道行动,并且逐渐禁止电动车进入住宅内充电,这些都是日常的运营管理。在现有条件下做好日常运营管理,消除火灾隐患,也是对建筑消防安全的有效补充。