002高密度城市中心区的立体化应急防灾系统构建

曾 坚 王 峤 臧鑫宇

【摘要】随着城市化的不断推进，城市建设发展迅速，城市尤其是城市中心区逐渐形成高密度的状

态。在全球范围内灾害多发的环境下，高密度城市中心区具有的脆弱性使其在受灾时极易引起灾害的扩大蔓延并造成重大损失。高密度城市中心区的重要地位为其防灾规划提出了较高的标准，同时其自身的特殊属性及灾害特征又对其防灾规划提出了具体的特殊要求。因此，高密度城市中心区防灾是城市防灾领域中亟待解决的重点和难点问题。针对高密度城市中心区具有的立体化和一体化特征，本文提出高密度城市中心区的防灾应在垂直方向上将其空中、地面、地下不同标高层相互联系，同时在水平方向上将建筑空间与城市空间统一考虑，构建高密度城市中心区空中、地面、地下空间相结合的立体化应急防灾系统。

【关键词】高密度 城市中心区 立体化 应急防灾系统

当前，全球已进入了以城市为主的时代。城市化引起大量人口进入城市，给城市特别是城市中心区带来了巨大的压力。城市空间需持续增加，为不断新增的城市人口提供生活、工作、游憩等场所，而土地资源的紧缺正是我国城市建设中面临的重大难题。因此，以可持续发展和节约型社会的引导，在城市可用地范围内通过紧凑型城市布局形成高密度的环境是我国城市发展的必然选择。城市中心区是城市中人口最稠密、各类要素集中的区域，同时也是城市人口增加最显著的区域，这决定了城市中心区必然会在高密度环境中发展。

近年来，世界范围内灾害发生次数不断增加，并表现出灾害发生次数与人口增长的相似趋势（图1、图2）。高密度城市中心区作为城市的核心，其重要地位为其防灾规划提出了较高的标准，同时其自身的特殊属性及灾害特征又对其防灾规划提出了具体的特殊要求。另外，高密度城市中心区自身系统具有较强脆弱性，一方面自身灾害隐患颇多，另一方面在受灾时极易引起灾害的扩大和蔓延，造成重大的人员伤亡、严重的经济损失和恶劣社会影响。因此，高密度城市中心区防灾是城市防灾领域中亟待解决的重点和难点问题。

[1]

图1世界范围内的自然灾害发生次数（1980-2011） 图2灾害发生和人口增长的关系

1.高密度城市中心区的空间环境特征

在高密度发展趋势下，城市中心区面临着日益加重的人地矛盾，从而引发内部功能和空间进行重组，城市中心区开始全面立体化发展。其立体化发展强调突破二维空间，向垂直和水平共同构成的三维空间发展

[2][3]

。

城市中心区立体化发展的水平维度表现为建筑物的边界向外扩展，采用硬质的建筑连接体（如廊道、天桥）或柔质的构筑物及环境等吞噬建筑物之间的空隙，将室外空间逐渐转化成为建筑的一部分。高密度的不断压力促使建筑之间联系更加紧密，之间的连接体更加便捷、直接。城市中心区建筑经历了从单一体到建筑群、建筑综合体、城市综合体等多个发展阶段，最终形成建筑空间与城市空间的一体化发展，使建筑成了缩微的城市。

城市中心区立体化发展的垂直维度包括向高空和地下发展两方面。向高空发展使高层建筑成为高密度城市中心区的主要建筑形式，另外，城市地上空间分层发展还包括建筑屋顶平台、建筑之间连廊、高架道路桥梁、步行天桥等形式。各种分层发展形式最大限度地在垂直维度上占领城市中心区空间。垂直发展的另一个方向是向地下发展，地下发展与地上发展在垂直方向趋向不同的向度，但其立体化发展的理念是一致的。而与向高空发展的高层建筑相比，地下空间更具有与地面空间相似的连续性特征，易于与中心区地面空间作为整体开发。

综上所述，高密度城市中心区空间呈现出建筑空间和城市空间的一体化发展以及空中、地面、地下空间的立体化发展的特征。

2.高密度城市中心区立体化应急防灾系统

目前我国许多城市已经或正在经历城市中心区全面立体化发展的阶段，城市中心区由传统的地面二维平面拓展成为三维立体系统，这在增加了城市中心区可利用空间的同时也使得城市中心区空间和功能更为复杂，从而对城市中心区的防灾提出了更高要求。因此，传统二维空间的防灾方式已不能满足高密度城市中心区的防灾需求，应建立与其发展相适应的立体化防灾系统。高密度城市中心区的立体化防灾空间主要可分为三个层面，即空中防灾系统、地面防灾系统和地下防灾系统（图3）。 图3 高密度城市中心区立体化应急防灾系统 3.高密度城市中心区空中防灾系统 3.1屋顶平台和停机坪 建筑屋顶平台一般为火灾荷载较少且面积较大的开放空间，并且建筑屋顶楼板具有一定的耐火极限，因此屋顶平台可作为避难空间。除此以外，建筑屋顶还可作为直升机停机坪。航空紧急救援是目前发达国家应对重大灾害和事故等普遍采用的形式之一，一般在医院、主要商业中心、大型公建等主要建筑上设置直升机停机坪。空中紧急救援系统可为快速、准确、有效地处理灾害影响，及时实施救援，减少、避免人员伤亡和重大损失起到重要作用。消防直升机能够进行空中指挥、联络、收集情报、运送灭火器材和人员等行动，在营救高层建筑火灾的受灾人员时十分有效。在地震灾害中，直升机能够方便进入现场并搜救、运送医疗人员、医疗器材以及受伤人员，我国四川雅安地震中即通过直升机从事了大量的物资空投和伤员运送工作。在反恐行动中，直升机可配合地面警力共同行动，达到准确有效的效果。

[4]

3.2高层建筑避难层

避难层主要在超高层建筑中设置，《高层民用建筑设计防火规范》规定，建筑高度超过100米的公共建筑均应设置避难层或避难间，两个避难层间不宜超过15层，避难层净面积不应小于避难人均0.2m。超高层建筑发生火灾等灾害时，外部救援困难，且人员疏散距离远，疏散用时长，人员难以在安全疏散时间内疏散完毕，而利用避难层，人员可临时避难，进行短暂停留，等待救援或火灾被扑灭。因此避难层能够保证避难人员的安全，并为消防救援赢得时间。

避难层正下方应保留一定空地便于消防车和云梯车停靠，不同楼层避难层应尽量朝一个方向，便于救援工作的快速开展。如利用空中花园作为避难层，应保证避难空间足够大，其家具和设备须保证固定且放置位置不会阻塞逃生路线和电梯入口。避难层内应严格控制可燃物的使用，避免使用可燃物作为装修材料，避难层周围及上下层不应设置可燃物多、火灾危险性大的房间。

[6]

[5]

2

3.3普通建筑内部防灾单元

当地震灾害发生时，建筑内部卫生间作为布局最紧凑的空间，具有较强的结构稳定性，可以作为临时避难空间使用。日本普通住宅和旅馆中通常使用整体式卫生间，即卫生间由一体成形的材料制成，具有一定的抗震能力，作为建筑内的防震避难空间（图4）。另外，可通过设置卫生间前室形成一定大小的防火隔间，作为建筑内的防火避难空间。防火隔间墙体使用实体防火墙，采用不燃材料与其他部位分隔开，并设置能自行关闭的常开式甲级防火门。防火避难空间内应有能直接与外界联系的机械排烟装置以及必要的灭火设备，同时在室内进行消防用电设备配置，保证灾时消防用电的来源。

[7]

图4 日本宾馆的一体式卫生间 资料来源：作者拍摄

4.高密度城市中心区地面防灾系统

地面防灾系统由防灾隔离系统和应急避难系统组成。防灾隔离系统由道路隔离空间、绿化隔离空间、不燃建筑等要素构成，主要防止作为主灾害或次生灾害的火灾扩大和蔓延。应急避难系统包括应急避难场所和应急避难道路。

4.1防灾隔离系统：

火灾是高密度城市中心区的易发灾种，并且是地震等灾害常易引发的主要次生灾害，且火灾在高密度环境下极易发生蔓延。日本针对高密度地区火灾极易蔓延的特征提出了防灾环境轴的建设，防灾环境轴包括三种隔离要素，即城市道路、公园绿地、沿路不燃建筑。在高密度城市中心区可通过用地调整和建筑改造等措施形成防灾环境轴，作为火灾延烧阻断带和避难空间。

道路具有一定阻隔燃烧的效果，日本防灾研究提出超过12米的道路可以有效控制火灾蔓延（图5）。绿化隔离空间同样具有避震防火的作用，且在常态下可对高密度环境改善和空间补偿，减少渐进性灾害的孕育和发生。沿路不燃建筑包括耐火建筑物和准耐火建筑物。对不燃建筑的要求包括对建筑占地面积、间口率、建筑高度的最低值、建筑后退距离等条件的。不燃建筑的高度应不低于5米，5米以下部分应做防火处理；间口率应在0.7以上（图6）。防灾环境轴中道路宽度应在6米以上，单侧不燃建筑带应达到30米（图7）。

①

图5 （左）地震引起大火（右）道路宽度与防止火灾蔓延的关系

图6（左）防灾环境轴的组成要素（右）不燃建筑的要素

图7 防灾环境轴

4.2应急避难场所：

应急避难场所是指在灾害发生后供居民紧急疏散和临时避难的安全场所，可分为以开放空间为主的室外应急避难场所和以防灾型建筑为主的室内防灾据点。

4.2.1应急避难场所类型

以开放空间为主的室外应急避难场所，其必要特征是地势平缓、有大面积空地或绿化用地，以防灾公园的形式为主，也包括广场、空地、停车场、体育场等。经科学规划、建设与规范化管理，其配套设施和设备在灾时能够发挥作用。开放空间是应急避难场所的主要构成部分，作为高密度城市形态中的有效疏解空间，不仅具有各种与城市生活相关的功能，而且其本质属性可在常态、灾时、灾后均对城市防灾系统构建起到积极作用。

以防灾型建筑为主的室内防灾据点主要为一些抗震设防高的有避震疏散功能的建筑物，包括体育建筑、影剧院、展览馆、会展中心等重要大型建筑，中小学教学用房和食堂等公共建筑以及社区中心等。防灾据点内部设有防灾仓库储备各种物资和器材，在灾时可发挥四方面的作用：作为房屋受灾人员的避难场所；作为进行人员急救的场所；储存灾害应急防灾物资和器材，用于灾害发生时居民的自救和互助；作为防灾分区内与和各防救灾部门的联络网点。

中小学校建筑在建设时对用地、功能、空间等具有较严格要求，且规划布局充分考虑了服务半径均衡设置，在灾时转变为防灾据点具有很大优势。首先，《中小学校设计规范》和《城镇防灾避难场所设计规范》在指标设置上有一定的相关性，小学服务半径不宜大于500m，可与紧急避震疏散场所相对应；中学的服务半径应不宜大于1000m，而固定避难场所服务半径为500m-2.5km，基本上可以中学对应固定避难场所层级进行设置（表1）。其次，中小学校作为防灾据点有利于未成年人生理和心理的安全保护，并且便于通过学校的辐射圈组织周围社区自救互救和志愿者救援等。另外，学校的教室、场馆等较大室内空间和操场、绿地等较大空地可满足周围受灾人员避难和临时安置的需求。中小学按照需要已配置了消防、供电、供水、能源，以及监控、通讯等设施，基本可满足避难场所的要求，适当进行平灾结合的转换改造，可作为功能完备的防灾据点。另外，以社区中心作为防灾据点可围绕社区居委会或会所建筑建设，以居住小区、居住区作为各级单元，一方面作为平时防灾宣传的固定地点，另一方面灾时可作为前往避难场所前临时集合和进行紧急救助的地点。

[9]

[8]

表1 中小学服务半径与紧急、固定避难场所服务半径比较

《中小学校设计规范》 小学 500m 《城镇防灾避难场所设计规范》 紧急避难场所 500m 中学 1km 固定避难场所 短期 500m-1km 中期 1km-1.5km 长期 1.5km-2.5km 4.2.2应急避难场所层级

日本防灾规划中通常将应急避难场所分为广域防灾据点、广域避难场所、一次避难场所及街心公园（表2），另外还将危险地带（石油企业）与城市的隔离缓冲绿带以及具有避难功能的绿色大道这两类线形绿地开放空间纳入到应急避难场所体系中。东京防灾规划中具体规定了5类应急避难场所，包括临时集合场所、防灾据点、副据点、福利应急中心（福祉避难所）和广域避难场所。其中临时集合场所为公园等指定的临时集合地点，具有临时集合和为转移到广域避难场所前观察灾情的作用；防灾据点以中小学为主，并利用临近的公共设施设置副据点作为辅助防灾据点；福利应急中心为需要照顾的老年人或残疾人等提供帮助。我国2012年3月制定的《城镇防灾避难场所设计规范——征求意见稿》规定避难场所分为紧急、固定和中心三个等级（表3）。

表2 日本城市应急避难场所层级

层级 广域防灾据点 面积 50公顷以上 服务范围 按每50-150万人 一所标准设置 广域避难场所 10公顷以上 服务半径为2公里 发生火灾等时受灾人员的避难场所以及人员到达广域防灾据点的中转站，以及收容附近居民的场所 一次避难场所 街心公园 1公顷以上 服务半径为500米 紧急避难场所或到广域避难场所的中转站 主要作为平时防灾活动空间

表3 我国城市应急避难场所层级

中心避难场所 固定避难场所 长期 中期 短期 有效避难面积（hm） 2②

作用 区域间灾害的阻隔，及伤员急救、灾后重建的基地 疏散距离(km) 避难容量（万人） 人均避难面积（m/人） 不限 1.0-6.4 0.2-2.0 0.04-0.5 依情况而定 4.5 3.0 2.0 1.0 0.5 2大于20，一般50以上 5-10 5-20 1-5 0.2-1 不限 1.5-2.5 1-1.5 0.5-1 0.5 紧急避难场所 参考以上城市应急避难场所层级设置，针对高密度城市中心区的特点，可建构高密度城市中心区的地面应急避难场所体系，由郊野防灾公园、中心避难场所、固定避难场所、紧急避难场所和防灾据点、临时防灾据点构成（表4、表5）。

（1）郊野防灾公园：

郊野防灾公园与广域防灾据点相对应，利用城市近郊地带的郊野公园进行改造，阻止火灾蔓延，及为灾后恢复和城市复兴提供帮助。

（2）中心避难场所：

中心避难场所选取全市级大型公园、大型广场、大型体育场及具有一定规模的大学校区等大面积面状开放空间，作为进行急救、重建家园和复兴城市等各种减轻灾害程度活动的主要基地，设置防灾、救灾、医疗抢救和伤员运送中心等，并为灾后无家可归者提供居留场所。

（3）固定避难场所：

固定避难场所与广域避难场所相对应，主要包括区级公园、广场、绿地、体育场、中小学的大面积块状开放空间，作为供灾民较长时期集中生活和提供救援的地点，以及由固定避难场所引导进入层次较高的中心避难地的过渡性避难场所。

（4）紧急避难场所：

紧急避难场所与东京防灾规划中的防灾据点、副据点同属一个层级，主要包括社区公园、城市绿地、城市广场、大中型户外停车场等，可作暂时修整、聚齐亲友，将灾民临时集合并转移到固定避难场所的过渡性场所，并可短时安置部分无法进入大中型避难场所的人群。

（5）防灾据点：

防灾据点主要为抗震设防高的有避震疏散功能的建筑物，包括体育建筑、影剧院、展览馆、会展中心等重要大型建筑，中小学教学用房和食堂等以及社区中心等，作为供灾民较长时期集中生活和提供救援的地点。

（6）临时集合场所：

临时集合场所包括毗邻居住区、办公区、商业区等人员聚集区的宅旁绿地、小区绿地广场、小型户外停车场、宅旁开放空间，以及高层建筑物中的避震层（间）等，是灾时第一时间可到达的避难场所，作为观望灾情做出判断的最初空间，平时作为防灾活动的据点。

表4 应急避难场所设置对比

城镇防灾避难场所设计规范 日本避难场所设置 中心避难场所 广域防灾据点 高密度城市中心区（地面）应急避难场所 郊野防灾公园（室外空间） 中心避难场所（室内空间） 固定避难场所 紧急避难场所 广域避难场所 一次避难场所 防灾据点、副据点、福利应急中心 —— 临时集合场所 临时集合场所（室内、室外） 固定避难场所（室内、室外） 紧急避难场所（室外空间） 防灾据点（室内空间）

表5 高密度城市中心区（地面）应急避难场所体系

类型 面积或宽度 室外开放空间 郊野防灾公园 中心避难场所 50公顷以上 2000米以上 避灾服务半径 避灾发生时段 发生火灾蔓延时 两周以上 中心避难 全市级大型公园、大型广场、大型体育场、具有一定规模的大学校区的大面积块状开放空间 固定避难场所 紧急避难场所 临时集合场所 10公顷以上 1公顷以上 500平米左右 2000米以内 500米以内 300米以内 5-15分钟内 3-5分钟内 临时集合 紧急避难 半日至两周 固定避难 区级公园、广场、绿地、体育场、中小学的大面积块状开放空间 社区公园、城市绿地、城市广场、大中型户外停车场 毗邻居住区、办公区、商业区等人员聚集区的宅旁绿地、小区绿地广场、小型户外停车场、宅旁开放空间等。 室内空间 临时集合场所 —— —— 防灾据点 —— —— 半日 以上 3-5分钟内 临时集合 固定避难 抗震设防高的有避震疏散功能的建筑物 建筑物中的避难单元、避难空间、避难层等 郊野避难 城市近郊地带的郊野公园 避难方式 空间类型 4.3应急避难道路：

应急避难道路的功能包括联系各应急避难场所，以及保证安全通行和运输，并起到防火隔离的作用。日本防灾规划中规定宽度在10米以上的道路作为应急避难道路，将应急避难道路分为干线避难道路和辅助避难道路，干线避难道路间隔约1公里，辅助避难道路间隔约500米。根据我国相关规定及高密度城市中心区特点，可将应急避难道路系统按照与应急避难场所相对应的等级分为4个等级，与应急避难场所共同构成应急避难的安全地图（表6）。

表6 高密度城市中心区（地面）应急避难道路系统

特殊避难通道 宽度 20m以上 服务半径 2000米以上 层级 固定与中心避难场所间联系通道 作用 灾区与非灾区、各防灾分区、各主要防救据点联系通道 一级避难通道 二级避难通道 三级避难15m以上 8m以上 8m以300米以内 2000米以内 500米以内 紧急和固定避难之间联系通道 前往紧急避灾疏散场所的道路 转移避难人员及物要点 提高道路及桥梁耐震等级；优先保持畅通，进行交通管制 结合防灾安全轴进行设置 [1]

资、器材的运输道路 联系应急避难场所 保证必要的消防通道和消防机械操作空间 防止道路两旁坠落物 通道 出入口与对外交通 下 —— —— —— 外界与城市联系和救援的通道 —— 联系避难通道 每个方向应均有两个以上道路出口 宜采取地下过街道的形式 过街设施 —— 5.高密度城市中心区地下防灾系统

我国许多城市均具有一定的地下空间建设基础，针对高密度城市中心区地面可用空间的较为紧缺的条件，应充分利用已有地下空间建立地下防灾系统。地下防灾系统主要包括点、线、面三种形式，点状地下空间中的地下室（地下建筑）和地下停车库因其分布灵活而广泛，可作为地下综合防灾系统第一层级的紧急避难场所。而地下广场、地铁站等作为城市地面上下空间的结合点，可作为第二层级的中转避难场所，与线状地下空间如过街通道、地铁线路等紧密连接。城市大型地下空间及地下综合体，或大型公共绿地下的地下空间，按照人防建设的要求进行设计，可作为地下综合防灾系统的第三层级。通过线状地下空间将各级点状地下空间联系，并统一协调各层深度的地下空间，构建高密度城市中心区的地下综合防灾系统。在该系统中，受灾人员首先利用临近的点状地下空间作为紧急避难场所，并通过以中转避难场所向外发散的线状地下空间进行安全转移，最终到达人防据点，实现较长时间的避难

[10]

（表7）。

表7 高密度城市中心区地下防灾系统

空间类型 空间形式 紧急避难场所 中转避难场所 人防活动据点 避难路径 防灾功能 点状地下空间 地下室、地下停车库 地铁站 地下音乐厅、体育馆 线状地下空间 地下过街通道、地下商业街 地下机动交通道路（地铁、地下快速路等） 救灾路径 地下综合管廊（共同沟） 面状地下空间 地下防灾综合体 地下空间网络 网络化地下防灾系统 保障灾时生命线系统的正常运转 同一层面的地下防灾系统 将不同深度的地下防灾系统相结合 6.结语

针对高密度城市中心区立体化和一体化发展的空间形式，在三维层面上建立高密度城市中心区应急防灾系统，将城市中心区可利用的防灾空间进行整合，形成与其相适应的应急防灾系统，有利于城市中心区脆弱性的减轻和适灾能力的加强。在高密度城市中心区应急防

灾系统建设中，应注意各防灾空间开发利用的总体协调，将高密度城市中心区空间作为整体考虑，对空中、地面、地下统一规划、合理布局、高效利用，促使其形成稳定的系统结构，引导城市中心区的长期健康、有序发展。

图表来源：

图1：资料来源：2011 natural catastrophes worldwide - Disaster rofiles[R].NatCatSERVICE,2012. 图2：资料来源：mitigating the impacts of disaster: policy directions[R]. enhancing urban safety and security. Global report on human settlements 2007.

图3：作者绘制；图4：作者拍摄；

图5：资料来源：道路防災情報·災害速報[DB/OL].国土交通省_道路局, http://www.mlit.go.jp/road/bosai/dourokuukan/index_6.html

图6、7：资料来源：都市安全課_参考资料[R].国土交通省, http://www.mlit.go.jp/index.html 表1、2、3、4：作者绘制；

表5、6：资料来源：王峤,曾坚.高密度城市中心区的防灾规划体系构建[J].建筑学报(S2), 2012(8)：144-148.

表7：资料来源：曾坚,王峤,臧鑫宇.高密度城市中心区地下防灾系统构建[J].建筑学报(S2). 2013(9): 56-60.

注释：

①间口率=建筑面宽/基地面宽

②日本的避难场所体系中，一次避难地主要为第一时间到达的应急避难场所，包括临时集合场所、防灾据点和副据点、（福利应急中心）等；广域避难场所和广域防灾场所为从一次避难地中转到达的第二层级的避难场所。

参考文献：

[1] 王峤，曾坚：高密度城市中心区的防灾规划体系构建[J].建筑学报(S2)， 2012(8)， 144-148. [2] 董春芳.高密度建筑学[M].北京:中国建筑工业出版社，2012.

[3] 张为平.逻辑:、亚洲式拥挤文化的典型[M].东南大学出版社，2009.

[4] 陈艾阳.成立“国家航空紧急救援中心”的设想[C].郑州:2008中国科协防灾减灾论坛论文集，2008:316-326.

[5] 刘敏，卢兆明，袁国杰等.小议空中花园式的避难层[C].武汉:2007年中国科学技术协会年会论文集， 2007:515-518.

[6] 谢金.浅析高层建筑物避难层、避难间设计[J].城市建设理论研究(电子版)，2012(18).

[7] 蔡庭嘉.陈贵川，刘杰艺，等.浅谈卫生间的功能优化[J].城市建设理论研究(电子版)，2011(35). [8] 曾坚， 王峤.高密度城市中心区常态防灾规划策略研究 [J/OL].中国科技论文在线，2012-11-5. [9] 马东辉，翟亚欣，范波等.中小学校作为避难疏散场所的规划对策研究[J].灾害学，2010，25(z1):40-45. [10]曾坚，王峤，臧鑫宇.高密度城市中心区地下防灾系统构建[J].建筑学报(S2).2013(9):56-60.

作者简介：曾 坚（1957— ），男，天津大学建筑学院教授、博士、博士生导师，中国城市规划学会常务理事，中国规划学会居住区规划委员会委员；

王 峤（1984— ），女，天津大学建筑学院博士研究生，国家注册城市规划师； 臧鑫宇（1980— ），男，天津大学建筑学院博士研究生，国家注册城市规划师。