超高层建筑火灾危险性与火灾扑救

超高层建筑火灾危险性与火灾扑救

2009年2月9日下午00点27分，中央电视台新闻广场发生重大火灾。北京消防队员动员85辆公交车和355名消防官员，经过近6小时的战斗，大火完全扑灭。2010年2月10日,国家安监总局认定该事故是一起责任事故,直接原因是“央视新址办”违反规定,在施工工地内组织大型礼花焰火燃放活动,礼花弹爆炸后的高温星体落入文化中心主体建筑顶部擦窗机检修孔内,引燃检修通道内壁裸露的易燃材料而引发火灾。央视“2·9”火灾凸显出超高层建筑火灾的三大特点:一是火灾发展模式的变化,自上而下、自外而内逆向迅速蔓延,在极短时间内形成猛烈的立体燃烧,完全改变了自下而上、由内及外的传统火灾发展模式。二是火灾扑救模式挑战传统概念,央视新址园区在建文化中心地上30层、高159m,面对这起特殊的立体火灾,消防部队现有装备已经不能满足火灾扑救的需要,云梯车、高喷车以及远射程移动水炮等,均不能从外部直接打到100m以上的燃烧部位,缺乏向高层外部供水灭火的有效手段,传统的直接外攻灭火、强攻近战、上下夹击、防控堵截等技战术受到了严峻的挑战。三是内攻灭火和人员疏散考验着传统概念,超高层建筑结构十分复杂,建筑内部共享空间多、跨度大,各种管道竖井林立,极易形成强烈的烟囱效应;建筑材料的特殊性,建筑外装饰使用大量可燃材料,产生的高温和有毒烟气,严重威胁着内部被困人员和内攻灭火消防员的生命安全;建筑内部疏散通道曲折,路线复杂,人员疏散和内攻灭火距离长,再加上断电、高温浓烟弥漫、疏散指示标志不明等因素,导致内攻灭火和人员搜救等战斗行动施展困难。笔者仅从灭火作战的角度,围绕超高层建筑的发展现状,剖析超高层建筑的火灾危险性与火灾扑救难点,针对超高层建筑火灾扑救对装备、技术和人员素质的特殊需求,对如何应对超高层建筑火灾扑救进行初步探讨,并就如何利用新技术、新装备应对超高层建筑灭火与应急救援工作提出建议。1我国的高层建筑发展通常超高层建筑定义为高度在100m以上或层数在40层以上的建筑。国际上普遍将高度100m以上的建筑称为超高层建筑。世界上第一幢现代高层建筑是美国芝加哥家庭保险公司大楼建于1884年至1886年,10层、高55m,采用由生铁柱和熟铁梁所构成的框架结构。而世界第一幢采用全钢框架承重的高层建筑是1889年美国建造的9层SecondRandMenally大楼。1851年电梯的发明和1857年第一台自控客用电梯的出现,解决了高层建筑的竖向运输问题,也为建造更高的建筑创造了条件。1898年,美国纽约建造了30层、高118m的ParkRow大厦,为19世纪世界上最高的建筑。1909年,美国纽约建成的大都会人寿保险公司大楼(MetropolitanLifeTower)50层、高206m,是世界上第一幢高度超过200m的摩天大楼。1931年,102层、高381m帝国大厦在美国纽约落成,高层建筑进入了一个新的历史时期。2010年迪拜塔落成,该楼体160层、高828m,创造了世界建筑高度的新记录。我国的高层建筑发展同样迅猛,自1929年上海建造高14层的华懋公寓至建国前,上海共有28幢超过10层的高层建筑。到20世纪80年代,我国高度在百米以上超高层建筑的建设发展迅速,1976年115m高的广州白云宾馆落成,标志着我国高层建筑突破100m大关。1996年深圳325m高的地王大厦投入使用,2008年高达492m的上海环球金融中心建成。截至2009年末,除港澳台地区外,我国现有百米以下高层建筑212757幢,百米以上的超高层建筑1699幢。2我国的高层建筑火灾概况超高层建筑的消防安全已成为世界消防界共同面对的突出难题。2001年9月11日,美国纽约110层、高413m的世界贸易中心大楼遭受2架被劫持客机的撞击发生火灾,死亡5451人,受伤2100人。1974年2月1日,巴西圣保罗42层的焦马大楼发生火灾,死亡179人,受伤300人。我国的高层建筑火灾也十分严重。1985年4月19日,黑龙江省哈尔滨市天鹅饭店火灾,造成10人死亡,这是我国发生的首例有较大影响的高层建筑火灾。2009年3月2日,新疆乌鲁木齐市23层、高87m的国贸大厦发生火灾,过火面积约150m2。2009年4月19日,江苏省南京市50层、高187m的中环国际广场发生火灾,过火面积约400m2。2010年4月13日,上海东方明珠电视塔(高468m)塔尖460m处发射装置防护罩因雷击起火,这是我国目前为止起火点最高的高层建筑火灾。2.1火灾的自然因素在超高层建筑内部各种竖向管井、共享空间、玻璃幕墙缝隙等纵横交错,易形成巨大的“烟囱”效应,造成烟、火蔓延迅速。有关资料显示:在火灾发展阶段,高层建筑中的烟火垂直蔓延速度平均为3~4m/s,在超高层建筑中甚至可以达到8m/s,一栋500m左右的超高层建筑,烟火在1~2min内就可以覆盖整栋大楼内部。再加上烟火沿着吊顶、门、窗、走道向水平方向扩散,在风力作用下火势沿外墙窗口向上升腾、卷曲,甚至跳跃式向上层蔓延,几乎在很短的时间内就能形成大空间立体火灾。近年来,超高层建筑外部各种新型可燃装饰材料的广泛应用,火灾的发展模式产生了变化,火灾由原来传统意义上的由下向上蔓延转变为自上向下蔓延,颠覆了传统的火灾发展模式,这一点在央视“2·9”火灾中表现尤为突出。其主要原因:一是建筑外墙装饰及保温材料的可燃性是引发火灾的重要因素之一,央视“2·9”火灾正是因在施工现场违规燃放的礼花焰火落至工程主体建筑顶部,引燃挤塑板以及聚氨酯泡沫等可燃建筑外墙装饰材料而酿成的悲剧;而“3·2”新疆乌鲁木齐国贸大厦火灾,从8层迅速卷烧至20层,助纣为虐的也是外墙装饰材料。二是作为外墙装饰材料的钛锌板在正常情况下为不燃材料,但由于其熔点低,火场温度足以使其受热融化形成高温液流自上而下流淌,所到之处可燃外墙装饰材料纷纷被点燃,造成火灾自上而下迅速蔓延到建筑内部,瞬间形成猛烈的立体燃烧。从这一发展模式可以看出,由着火层向上蔓延、着火层以下楼层基本安全的思维定式,在有可燃外装饰材料的超高层建筑中发生了逆转。2.2超高层建筑灭火救援难度超高层建筑火灾扑救困难的主要问题是其建筑高度。由于超高的建筑高度,在面对超高层建筑灾难事故时,传统的直接外攻灭火、强攻近战、防控堵截等技战术措施显得一筹莫展。主要有以下几方面的原因:(1)消防装备。目前的消防装备技术水平跟不上高层建筑的发展,现有的装备器材还不能满足高层建筑火灾扑救的需要。如在不考虑地理环境限制的情况下,最高的消防云梯约130m高。但事实上消防云梯车只能升至限定值的80%左右,在这个基础上高压水龙还能喷射出10m左右。当地面风力达到4~5级时,云梯车升高作业将有一定的危险性。如果着火的超高层建筑超过云梯的极限工作高度,则无法从室外扑救,除非动用直升机,否则只能依靠内攻。这是超高层建筑灭火救援成为世界性难题的主要原因。(2)立体供水。超高层建筑火灾的火场供水一直是个难题,虽然现在的超高层建筑都设置了固定灭火设施,但在实际灭火战斗中许多建筑内部消防设施无法正常使用,消防官兵不得不利用水带垂直铺设向上供水。2009年上半年公安部消防局在全国消防部队开展的高层供液测试中,江苏省南京市消防支队采用外墙垂直铺设水带、“双车+泵耦合”的供液方式,最大供液高度达到385m;北京市朝阳区消防支队采用外墙垂直铺设水带、A类泡沫车单车供液最大高度达到330m;上海市黄浦区消防支队采用外墙垂直铺设水带、压缩空气泡沫车单车最大供液高度达到220m。但不管采取哪种方法,同样都要面对向着火楼层长距离铺设和固定水带的问题,由于楼层高、铺设水带慢,水压大、水带容易爆裂等不利因素的影响,垂直供水难度非常大。因此,央视“2·9”火灾另一个发人深省的问题,就是在与火灾蔓延赛跑的实战中,即便现有装备的供液高度能突破500m、甚至达到迪拜塔的828m,在确保参战消防员自身安全的前提下,消防员能够深入内攻、顺利完成水带铺设并展开灭火救援行动的可能性有多大?(3)灭火作战。现有消防装备和立体供水的局限,直接导致了传统技战术在应对超高层建筑火灾时显得苍白无力。2010年4月13日1时05分许,上海东方明珠广播电视塔塔尖因雷击发生火灾,着火部位在460m处,但电梯仅到达350m处的上部球体,350~440m为内外结合的垂直梯,垂直梯保护圈直径不足0.8m,440~460m处均无楼梯,仅有参差布置的信号发射器。面对这种特殊火灾,现有的消防装备根本无计可施,灭火攻坚组不得不在460m着火点处单兵运用灭火器乃至口喷矿泉水等原始方法扑灭火灾。(4)其他因素。超高层建筑火灾燃烧范围大、火势猛烈时,外墙和内部平顶采光玻璃、广告牌、空调辅机等会受热坠落,尤其是破碎的玻璃幕墙坠落形成的“玻璃雨”会刺破消防水带,危及人员和车辆器材的安全,严重影响消防官兵的作战行动和作战进程。2.3内部攻击和灭火以及定期分散战争的传统措施很难实现2.3.1内部攻击和防御(1)间极限有限,无法保证多次作战需要火场中最为重要的消防员个人防护器具,空气呼吸器的使用时间极为有限,无法保证长时间作战需要。辽宁省消防总队曾经做过测试,攻坚组队员背负9L空气呼吸器,在极限条件下进行内攻实战演练,最短在17min后空气呼吸器开始报警。(2)高架能力测试在灭火救援中消防员背负至少20kg器材攀登,需要消耗大量体力,待到达起火层后会因体力透支使战斗力下降。在建高层建筑消防给水系统、照明系统、疏散楼梯等尚未建好时,消防员登高作战就更加困难。北京市消防总队曾组织15名消防队员在一栋高34m的12层楼房内进行攀登楼梯体能测试,15名消防队员身穿战斗服,脚踏战斗靴,手提2盘水带,身背1支水枪。登上顶层时,消防队员的心率都超过180次/min,呼吸都超过40次/min,这几乎是专业短跑运动员的最高极限心率值和呼吸次数值。由此可见,无论身体多么强壮的消防队员攀登100m以上的高楼,也会力不从心而无法执行救援任务。(3)自然快速放空,面临的问题一是战斗员沿疏散楼梯向楼内进攻时,楼内的被困人员正在向楼下逃生,既影响了人群的疏散速度,又阻碍、拖延了消防员的攀登速度,在一定程度上制约灭火救援行动的展开;二是超高层建筑发生火灾时,因受消防登高设备、玻璃幕墙限制和风向、风力的影响,难以实施破拆进行自然排烟,采用机械排烟系统又容易受风力、气压等气候条件的影响而难以达到理想的排烟效果,大量的烟气蔓延在大楼内部,对消防队员的灭火行动和室内人员的疏散都会造成威胁;三是全封闭式的高层建筑内可燃物燃烧产生的不完全燃烧产物聚积后,与空气混合达到爆炸极限,遇着火源会发生爆燃,爆燃产生的冲击波能使玻璃破碎,建筑物构件损毁,产生的热辐射能使火灾区域温度陡然升高,甚至可超过1000℃,对消防员的安全产生很大的威胁。从国内外消防科研部门实际测试的数据得出,发生爆燃的时间通常在起火后的6~7min,最早为4min,最晚为15min。而这一时间正好是消防员抵达火场后战斗展开的阶段。2.3.2火灾发生的风险众所周知,疏散路线的水平或垂直距离越长,被困人员的疏散与营救就越困难。以上海市88层、高420m的金茂大厦为例,大厦每天约有36000名职员,4000名来访者,还有4000人旅游观光,8000人购物、餐饮等。因此,金茂大厦在工作时间内约有40000多人聚集。然而,超高层建筑一旦起火,火势垂直蔓延速度快,烟、热、毒气危害极其严重,而超高层建筑中人员一般多集中于中上层,在疏散状态下呈聚集状态,其行动速度随人流密度增加而变缓慢,加之火场能见度低,热烟熏呛及恐惧心理进一步造成行为上的惊慌失措。综合表现在几个方面:(1)人员安全疏散距离长。上海金茂大厦曾做过试验,请身强力壮的消防队员从顶楼向下跑,结果最快跑出大厦的队员用时35min。正常情况下人流密度为1~5人/m2时,水平行进速度为0.60~1.35m/s,在楼梯上垂直行进速度为1.5~3.6m/s,明显慢于烟火垂直蔓延速度3~4m/s,更不用说超高层建筑中高达8m/s的烟火蔓延速度。而在火场逃生中,人员密集、惊慌失措,容易拥堵不前甚至发生大规模的踩踏事件,进一步阻碍人员疏散。美国消防组织曾做过一次模拟测试,点燃一只废纸篓,发现仅2min感烟探测器报警,约3min后起火,房间达到使人致死温度,同时楼内充满有毒气体,约4min楼内过道被烟火封堵而彻底无法通行。测试结果表明:楼房内一旦起火,浓烟烈火不停地升腾,严重影响人们的视线,使人看不清逃离的方向而陷入困境,受困者在恐慌状态下往往会做出不理智的举动。因此,4min后逃离现场的可能性很小,而救援人员多在4min后才开始到达火场,这也是火灾事故现场常常造成群死群伤的主要原因之一。纽约世界贸易中心在1993年发生过一次恐怖袭击,当时恐怖组织设置在地下车库中的定时炸弹爆炸,浓烟迅疾扩散到大楼的最上层。由于停电,防灾功能难以发挥,大楼内10万人全部撤离竟耗时约9h。根据当时参与调查的消防局设施科科长冈武男介绍,双子塔楼的紧急楼梯分别有3个,楼梯的宽度可供成人排成两列。由于同时疏散,楼梯上人满为患,走下一个梯阶需要花费2min时间。因此,从技术角度看,超过300m的超高层建筑,一旦发生事故,人员疏散极端困难。(2)安全电梯不安全。世贸中心大楼约有1000多部电梯,技术人员在设计时使用的技术是当感知火灾时,电梯会停到设定的楼层。然而事实表明,在1993年的事件中恐怖组织设置炸弹的爆炸冲击下,全部电梯都停止了运行。在“9·11”事件中,电梯也因受到飞机撞击而停运。电梯作为发生突发事件时的最主要疏散途径,在真正的灾难事故来临时却是脆弱的。(3)火灾中建筑构件随时都有坍塌的可能。高层建筑尤其是外观怪异的高层建筑,一般是钢结构或部分采用钢结构的建筑。随着环境温度的升高,钢材的抗拉和承载等性能会急剧下降,通常在450~650℃就会失去承载能力,钢柱、钢梁弯曲发生变形不能继续使用。为了提高建筑自身的抗火灾风险性能,在钢结构表面喷涂防火涂料,从而将其耐火极限提升至2~3h,以保证建筑内部的人员逃生。但即便如此,在“9·11”事件中,当飞机撞入楼体后,几十吨航空燃料顷刻间剧烈燃烧,热量和烟气迅速向被撞楼层的上层升腾,火焰像火球一般扩散,温度随即高达千度以上,远远高于普通的火灾温度,从而导致上部结构不稳定向下塌落,结果酿成了惨剧。虽然楼层最上部的3个地方设置了可容纳约19t水的水槽,95%的楼层上还有自动灭火器,但在“9·11”事件中却没有发挥多少作用。超高层建筑的火灾危险性、超高层建筑火灾不断上升的伤亡人数和财产损失警告世人:必须清醒地认识到,当前世界范围内的消防安全科技和装备水平明显不足以应对超高层建筑灾难事故,要谨慎发展超高层建筑,以便将超高层建筑灾难事故控制在人类能够掌控和应对的范围内。值得庆幸的是,人们已经开始深刻反思超高层建筑发展带来的双重效应。1974年芝加哥443m高的西尔斯大厦落成后,美国一大批建筑工作者开始拒绝设计超高层建筑。欧洲则保持一贯的克制,目前世界上300m以上超高层建筑的排名中,没有欧洲建筑的名字。此外,欧洲许多城市已经开始有计划地拆除高楼。3高层建筑灭火救援准备工作专项成果2009年央视“2·9”火灾后,全国消防部队开展了三个专项活动。一是在21个消防总队的123个中队进行了为期3周的灭火救援执勤装备作战效能调研;二是开展了三个阶段的高层建筑灭火救援准备工作专项督查;三是启动了为期三年的全国消防部队打造铁军工作。在这三个专项工作中,通过灭火救援执勤装备作战效能调研,搞清了消防部队现有装备在实战中到底能发挥多大作用、还存在什么问题;通过高层建筑灭火救援准备工作专项督查,了解了消防部队现有的作战高度能有多高;打造铁军工作则正在有效培育和提高消防部队敢打必胜的战斗精神、攻坚克难的作战能力、科学决策的指挥水平。但是,这三个专项活动也使我们更加清醒地认识到,在应对超高层建筑火灾方面,我们的差距还很大、要走的路还很长。在现有的消防装备基础上,多数情况下我国应对超高层建筑火灾的能力有限。3.1发展机理的研究超高层建筑中新材料、新工艺、新技术的广泛应用,使得类似央视“2·9”火灾的形式不断出现,有必要研究这些非传统火灾的发展机理,提高对火灾演化趋势的预测能力和应对能力。超高层建筑火灾发展机理的研究必须紧紧贴近实战需要,以实际案例为依据,建立相关的火灾模型,利用计算机模拟等科技手段,着重研究火灾动力学演化规律和火灾防治关键技术。例如,通过对央视“2·9”火灾等国内外重大超高层建筑火灾的研究和分析,建立火灾蔓延理论模型,对轰燃、回燃等特殊火灾行为进行计算机模拟,研究典型超高层建筑火灾蔓延的机理和规律;采用火灾风险评估方法,研究超高层建筑火灾环境下的人群疏散规律、疏导技术、疏导方式及其对疏散速率的影响等,这些研究将有助于在一定范围内有效预测火灾的发展趋势,以便在超高层建筑火灾扑救中把握先机,最大限度地降低火灾损失。3.2倡导创新服务模式，解决火灾救援问题3.2.1消防直升机在国家层面的发展随着科技的发展与进步,未来最有可能应用于超高层建筑火灾扑救和疏散救援的航空飞行器首推直升机。众所周知,直升机与固定翼飞行器相比,有着可以垂直起降、悬停和后退飞行等独特优点,水平航速一般在300km/h以上,航程为500~1000km,可低空、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,无需建造专用跑道,对于出行受限、交通拥堵、无法在第一时间内到达火灾现场的超高层建筑林立的现代化城市而言,无疑具有独特的吸引力和无可比拟的作战优势。随着消防装备科技水平提升,近几年来消防直升机得到了发展。例如,已有生产企业专门在直升机上配备了消防水炮、50人以内的救援吊箱等灭火和应急救援器材,机载消防水炮的水平作战距离为50~100m,已初步具备应对超高层建筑火灾的能力。随着大型直升机的研制与应用,消防直升机的灭火剂载重、运载灭火器材和消防员、疏散救援等能力会进一步提升。当然,应该清醒地看到,直升机应用于消防还有飞行培训、灭火救援培训等必须研究的问题,不能建立直升机空勤消防站的地方可采取政府牵头协调、投资的方式,借助空军、陆航部队或交通运输部救捞系统的救助飞行队的资源优势,建立联勤联动的综合性应急救援机制。3.2.2仿生壁虎脚,或可使用材料机器人自20世纪60年代初问世以来,经历40余年的发展已经取得长足进步。从1986年日本东京消防厅首次在灭火中采用了“彩虹5号”机器人后,消防机器人就逐渐在灭火救灾领域得到广泛的应用,消防机器人技术也得到快速的发展。截至目前,消防机器人已经稳步向第三代高端智能机器人发展。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、信息反馈,有效地解决消防人员在灾害场所的人身安全、数据信息采集不足等问题。现场指挥员可以根据其反馈结果,及时对灾情作出科学判断,对灾害事故现场作出正确、合理的决策。因此,消防机器人在灭火和抢险救援中正发挥着举足轻重的作用。随着现代人类仿生学、人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、模糊控制等高新技术的发展,真正智能化、甚至具备人类外形的消防机器人都可能研制成功。可以预见,消防机器人极有可能成为未来应对超高层建筑火灾的主要力量之一。近年来,各国科研人员纷纷致力于用纳米材料模拟壁虎脚,并取得了突破性的研究进展。据报道,一个由华人科学家领衔的美国科研小组最近成功利用碳纳米管(由纯碳原子组成的管状结构材料,其直径约是头发直径的万分之一,具有尺度微小、重量轻、柔软灵活、机械强度高以及电学和热学性能突出等特点)阵列制成具有“强吸附”和“易脱附”性能的仿生壁虎脚,其吸附力超过真正的壁虎脚,而且也能轻松脱离。如果这种碳纳米管阵列可以扩大,将来使用10cm×10cm的阵列就可以在屋顶上悬挂一个100kg重的人,这使得仿生壁虎脚朝着实际应用方向迈出了最关键的一步。在未来应对超高层建筑火灾时,如果疏散逃生装置能够安装上这样的仿生壁虎脚,那么无论多高的超高层建筑,人们都可以从容地沿着建筑外墙进行疏散;消防员如果能够佩戴上这类仿生壁虎脚,就可以携带需要的消防器材,沿着建筑外墙快速、直接进入目标着火层进行内攻灭火,或紧紧抓住外墙无需内攻,直接精准打击着火点,也可随时根据需要进入各楼层搜救,从而能有效避免消防员因不了解建筑内部结构无法深入内攻或内攻被困等情况的发生,也不再需要面对消防电梯和疏散楼梯的各种弊端所带来的困难。化学分析表明,蜘蛛网具有高强度和柔韧性,其纤细坚韧的蛛丝是由一种丝纤元蛋白质的氨基酸组成的。英国科学家根据这种丝的组成配比,正在用遗传工程技术生产蛛丝,以便人工制造出与天然蛛丝一样的弹性轻质蛛丝材料。一旦仿生人工蛛丝研制成功,以此制作的逃生网或降落伞将具有轻质、可快速移动、方便展开、安全可靠、高效救生等特点和优势,有利于超高层建筑的疏散逃生;用仿生蛛丝制作超级坚固、柔韧和轻质的安全绳索,既有利于人们直接沿外墙逃生,也有利于消防员直接沿外墙向上进攻或搜救、疏散人员。3.2.3好的氧生物酶检测器消防员个人防护装备安全性、可靠性和使用时间至关重要,在应对超高层建筑火灾实战中是消防员生命安全的保证。笔者重点讨论空气呼吸器和氧气呼吸器。空气呼吸器使用最简单,但受的限制也最大。目前,我国消防部队装备的呼吸器大部分都是空气呼吸器,实战中最大问题就是使用时间短,需要随时更换气瓶,不仅不能满足长时间作战需要,还会造成消防员伤亡。笔者认为,单纯空气呼吸器的发展前景是有限的,但可以通过各种技术手段达到长时间作战的目的。据资料介绍,美国等国家的高层或超高层建筑中,在特定的楼层设有空气呼吸器充气插头,即整个建筑设有空气呼吸器充气系统,该系统与带水泵接合器的消防给水系统类似,在建筑首层外墙部位预留有充气接口,使用空气充气泵直接从接口对大楼充气系统供气。消防员空气呼吸器报警后,可立即找到楼层的充气插头充气,提高了灭火作战的安全性。氧气呼吸器的使用时间大大高于空气呼吸器,其理论使用时间最高能达到4h。但是,氧气呼吸器在消防部队并未得到广泛使用,其不足之处主要是:结构复杂,维修保养技术高;部分人员对高浓度氧(含量大于21%)呼吸适应性差;再生的氧气温度高,呼吸舒适感差;使用受到环境温度限制,一般不超过60℃;泄漏的氧气有助燃作用,安全性差;制氧成本高。如何克服氧气呼吸器的这些弊端,使其得以广泛应用,材料科学的发展有望解决这一问题。20世纪以来材料科学的发展,使得各种高分子材料、复合材料和纳米材料纷纷涌现,具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐磨、绝缘、隔热等性能的新型材料层出不穷,为氧气呼吸器的发展带来了机遇。一是储气瓶式氧气呼吸器。现有的储气瓶式氧气呼吸器采用的是压缩氧气,工作压力一般为20MPa。有关资料表明,氧气临界温度是-118.8℃,而液态氧的温度是-183℃。1877年,瑞士物理学家在-140℃和500个大气压(约50MPa)的情况下成功获得了液态氧。统计资料表明,人在安静状态下每分钟呼吸次数约为16次,每次呼吸空气量约为500mL,即每小时呼吸空气量为480L。而1kg液态氧理论上可以获得3300L以上(按空气中氧含量为21%计)的空气,可供一个成年人呼吸近7h。随着未来材料科学的发展,可利用新型材料制备出储液瓶式的液态氧气呼吸器,配备智能化控制的氧气传输系统,将液态氧直接转换成可供人呼吸的空气,从而提高氧气呼吸器的使用时间和安全性,有效降低氧气呼吸器的重量和使用复杂性,以满足超高层建筑火灾中消防员长时间作战的需要。二是化学生氧式氧气呼吸器。这类氧气呼吸器主要是通过人体呼吸产生的二氧化碳进入一个氧气产生罐,并与其中装有的无机过氧化物进行反应,产生新的氧气进行呼吸循环。但是,由于二氧化碳与无机过氧化物反应生氧的过程是剧烈的放热反应,因此产生的氧气温度较高,必须进行初步冷却后再进入呼吸循环。随着现代生物酶技术、纳米材料的发展,可研发一种具有微纳米孔洞结构的新型吸附材料,通过物理、化学或生物酶技术的反吸附或脱吸附等作用实现生氧,替代现有的无机过氧化物生氧方式。其主要优势是:在室温下或人体呼吸感觉舒适的温度下实现生氧,并且与同质量的无机过氧化物相比,能够储存更丰富的氧。新型吸附材料应具有的性能:通过其微纳米孔洞结构既能大量吸附氧气,也能吸附二氧化碳,但对二氧化碳的吸附作用更强;或者可以通过与氧分子螯合等手段进行化学吸附,也可与二氧化碳化学吸附,但同样对二氧化碳的化学吸附作用应该更强。具备这种性能的主要目的在于,当进行呼吸循环时,人体呼出的二氧化碳进入生氧罐内,通过新型吸附材料内部反吸附或脱吸附作用将其中储存的氧“驱逐”出来,无需冷却等后续处理,即能产生直接适于消防员呼吸的氧气。3.3加强对高层建筑的自我保护，解决内部攻击和人员救援问题3.3.1应急消防竖管设置我国现行的GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》于1997、1999、2001和2005年先后四次进行了局部修订。但随着超高层建筑的发展,特别是超高层建筑的性能化设计、结构类型和内部布局的变化、新技术新材料应用以及我国消防车辆装备状况的改善,使得现有规范与当前消防形势发展不相适应。超高层建筑火灾扑救的难题之一是垂直供水困难。现有的超高层建筑在设计时没有充分考虑消防车辆的实际供水和供压缩空气泡沫能力,故没有设置直通楼顶的固定消防竖管。在较高楼层发生火灾后,一旦内部消防水泵不能发挥作用,消防队员不得不面对垂直铺设消防水带至着火层的不利局面,从而延误扑救火灾的最佳时机,很可能会造成火势蔓延扩大甚至人员伤亡。因此,可以在超高层建筑中设置直通顶层、覆盖每一楼层的应急消防竖管,每根应急消防竖管必须设置相应的止回阀,并在各层设置消火栓接口,在室外地面设置水泵接合器。除此之外,应在高度相隔合适的楼层预留与手抬泵接力供水的接口,该接口必须既可以与上部接通和断开,又可以接入手抬泵接力供水。特别需要指出的是,应急消防竖管应单独设置,不得与其他任何管道相通,只能供发生火灾后应急供水使用。对于在建或消防给水系统尚未投入使用的超高层建筑也应参照设置临时应急消防竖管,做到建筑建到多高,应急消防竖管就跟进到多高。这一点在发达国家相关消防法律法规中已经有明确的规定。当前,超高层建筑普遍采用易燃保温材料和熔点相对较低的金属合金作为外墙装饰和封堵材料,而在央视“2·9”火灾和新疆乌鲁木齐国贸大厦“3·2”火灾中正是这些材料酿成悲剧。针对超高层建筑着火后容易出现举高消防车打不着、内部灭火无法打到位的情况,有专家建议,在超高层建筑的顶层和中部,即现有举高消防车作战极限高度的建筑外围设手动喷水装置,并可为之设置独立的高位水箱和水泵,或与现有消防水箱水泵相结合,也可预留接口与应急消防竖管的消火栓连接,这一设想可能会有效控制超高层和普通高层建筑外墙装饰材料火灾的快速蔓延。事实上,随着科学技术的发展、自动化控制程度的提