“三道防线”防控城市高层建筑火灾

• 首先，可燃和易燃外墙保温材料的大量使用，使得由建筑外立面火蔓延诱发的重特大火灾事故频繁发生。

• 其次，高层建筑内一旦发生火灾，不仅火与烟气蔓延非常迅速，还会通过外立面燃烧形成内-外-内相互蔓延的大规模立体火灾，扑救十分困难，甚至可能导致结构坍塌。

• 再次，目前，在高层建筑发生火灾时，楼梯是人群的唯一疏散通道，人员（特别是高龄和残障者）疏散困难，疏散效率低下，易导致群死群伤。目前，高层建筑火灾的外部救援技术和能力存在固有局限性。发展有效的火灾防控技术和方法，提升对火灾的“自防自救”能力，是保障高层建筑火灾安全的最有效途径。

建筑外墙保温材料的火灾特性及安全设计

由于建筑节能的需求，外墙保温材料被广泛应用于高层建筑，成为降低建筑能耗的重要途径之一。常用的外墙有机保温材料，如聚苯乙烯和硬泡聚氨酯外墙保温材料等，虽然具有优越的保温节能性能，但是这些保温材料可燃，一旦在外部点火源（火焰、烟花爆竹等的燃烧颗粒）的作用下发生燃烧，火焰蔓延速度会很快，同时会产生大量有毒有害烟气，是一个重大的火灾安全隐患。外墙保温材料的火灾安全性已经成为当前发展节能型建筑亟需解决的突出问题。

本项目的研究揭示了保温材料燃烧中碳烟粒子、毒性气体的生成机理规律，建立了保温材料主要结构单元热解反应的动力学模型；设计合成了纳米协效单元和含磷氮阻燃单体，构建了有机/无机杂化高效纳米阻燃体系，提出了保温材料火灾危险性评价方法，并编制了国家标准《建筑材料及制品燃烧性能分级》和《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》。

高层建筑的立体火蔓延及其对建筑结构的损伤机制

高层建筑的结构与边界条件复杂，管网纵横交错，楼梯井、电梯井、管道井等竖向通道内形成的烟囱效应、活塞风等显著影响高层建筑内部的火蔓延及烟气输运过程，是造成群死群伤等重大事故的重要原因。当室内火灾导致玻璃幕墙破裂时，将形成外立面开口火溢流，外界环境风会对建筑内火与烟气的蔓延行为造成重要影响，外墙保温材料燃烧则将进一步导致高层建筑外立面大面积火蔓延以及外部火灾向建筑内部蔓延，形成立体燃烧现象。现有建筑火灾动力学模型主要针对室内火灾，无法解释和预测这些高层建筑特有的火灾现象与行为。

本项目的研究揭示了飞火引燃行为机制及其引燃的临界条件，以及室内火灾发展与开口条件的耦合关系；建立了高层建筑开口火焰溢出临界条件模型；揭示了保温材料火蔓延行为、传热主控机制，得到了高层建筑火灾环境玻璃破裂机制与规律；编制了高层建筑整体结构火灾响应的模拟计算程序；揭示了火灾环境高层建筑关键构件、节点的损伤机制，建立了高层建筑连续倒塌抗力需求分析的理论模型。研究成果应用于中央电视台电视文化中心（TVCC）的灾后建筑结构评估及修复工作。

高层建筑多作用力耦合驱动的火灾烟气输运及多模式协同的人群疏散

火灾环境下，高层建筑内的人群疏散避难呈现复杂的立体多维特征。目前中国建筑规范规定，火灾时禁止使用电梯，但是在高层建筑中，单一楼梯疏散模式会引发一系列问题：唯一的逃生楼梯被火灾烟气封堵时的逃生方法有哪些?大规模人群同时疏散时易发生的拥挤堵塞问题如何解决？这些难题如果不能得到解决，那么高层建筑一旦发生火灾，则极易导致群死群伤的严重后果。

本项目的研究揭示了烟囱效应作用下筑楼梯间火灾烟气的运动规律，建立了楼梯井火灾烟气上升时间、温度预测模型，提出了适用于多开口条件的高层建筑竖井中性面计算模型，揭示了电梯活塞效应对电梯井内烟气运动的影响规律；提出了高层建筑火灾烟气输运多尺度数值模拟模型，建立了高层建筑电梯辅助疏散与优化调度模型，构建了火灾发生时高层建筑疏散路线优化和智能诱导系统。项目所研制的超高层建筑物联网安全监测与应急救援系统已应用于国贸大厦（三期）等。 

致谢：感谢国家973计划项目“城市高层建筑重大火灾防控关键基础问题研究”（项目编号：2012CB719700）的支持。 

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