Tổng quan luận án

Công trình nghiên cứu "Tổ chức không gian lánh nạn trong kiến trúc nhà siêu cao tầng ở Việt Nam" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Trần Phương Mai tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội (năm 2022). Luận án thuộc chuyên ngành Kiến trúc, giải quyết bài toán an toàn cháy và thoát hiểm cho con người trong các công trình nhà siêu cao tầng tại đô thị Việt Nam.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong kiến trúc nhà cao tầng và siêu cao tầng, việc di chuyển từ các tầng trên cao xuống mặt đất khi xảy ra sự cố hỏa hoạn đặt ra thách thức nghiêm trọng đối với tính mạng con người, đặc biệt là nhóm người yếu thế, người khuyết tật, người già, trẻ em và người bệnh. Khi khoảng cách di chuyển theo phương đứng kéo dài hàng chục đến hàng trăm mét, việc sơ tán trực tiếp xuống mặt đất trong thời gian ngắn là khó khả thi. Do đó, việc thiết lập khu vực an toàn trung gian (không gian lánh nạn) để người sử dụng tạm trú trước khi tiếp tục thoát hiểm hoặc chờ lực lượng cứu hộ chuyên dụng tiếp cận là yêu cầu bắt buộc.

Văn bản luận án chỉ ra rằng dù Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình (QCVN 06:2020/BXD) đã quy định công trình có chiều cao trên 100 mét phải bố trí tầng lánh nạn, thực tiễn áp dụng tại Việt Nam vẫn bộc lộ nhiều khoảng trống và bất cập:

  • Quy chuẩn mới chỉ tập trung quy định tầng lánh nạn tập trung cho toàn bộ mặt bằng sàn. Đối với các công trình có diện tích sàn hẹp, mặt bằng trải dài hoặc đa diện tuyến, việc dành toàn bộ một sàn làm tầng lánh nạn là không khả thi.
  • Quy chuẩn đã đưa ra giải pháp thoát nạn theo phương đứng nhưng chưa đề cập đến giải pháp thoát người kết hợp đồng thời phương đứng và phương ngang (như kết nối qua cầu trên cao) nhằm tạo ra nhiều kịch bản thoát nạn linh hoạt.
  • Dù diện tích tầng lánh nạn không bị tính vào chỉ tiêu hệ số sử dụng đất và diện tích sàn xây dựng, các chủ đầu tư vẫn gặp trở ngại do chi phí đầu tư xây dựng lớn mà diện tích này không sinh lợi nhuận, dẫn tới tình trạng tìm cách thu hẹp hoặc chưa tuân thủ tối đa tiêu chuẩn. Văn bản chưa có hướng dẫn thiết kế tích hợp tầng lánh nạn với các chức năng tiện ích công cộng, cảnh quan xanh và tầng kỹ thuật để vừa đáp ứng an toàn vừa tăng hiệu quả sử dụng.
  • Kinh nghiệm thiết kế nhà siêu cao tầng thích ứng với khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam còn hạn chế. Các giải pháp mở giếng trời, thông gió tự nhiên hoặc đưa không gian xanh vào nhà cao tầng nếu không được xử lý chuẩn mực sẽ tạo thành các luồng hút gió khiến khói và lửa lan truyền nhanh hơn khi xảy ra cháy.

Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của luận án là nghiên cứu các giải pháp kiến trúc tổ chức không gian lánh nạn trong nhà siêu cao tầng ở Việt Nam theo các tiêu chí đảm bảo an toàn, hiệu quả kinh tế, nhân văn và bền vững.

Hệ thống mục tiêu nghiên cứu được tác giả xác định cụ thể gồm 4 mục tiêu:

  1. Đề xuất các giải pháp kiến trúc tổ chức không gian lánh nạn cho nhà siêu cao tầng tập trung trong và ngoài nhà, kết hợp với giải pháp thoát người đồng thời theo phương đứng và phương ngang.
  2. Đề xuất các giải pháp kiến trúc tổ chức không gian lánh nạn xanh sử dụng tối ưu hiệu quả của không gian lánh nạn khi kết hợp với các chức năng khác (vườn trên cao, các dịch vụ công cộng tiện ích, tầng kỹ thuật...) mang lại giá trị nhân văn và bền vững.
  3. Đề xuất các giải pháp kiến trúc tổ chức không gian lánh nạn phân tán (gian lánh nạn) trong nhà siêu cao tầng.
  4. Xây dựng tiêu chí đánh giá tổ chức không gian lánh nạn ở Việt Nam khi bố trí không gian lánh nạn theo tiêu chuẩn xây dựng và quy chuẩn hiện hành kết hợp với các đề xuất trên để đảm bảo hiệu quả theo các tiêu chí an toàn, kinh tế, nhân văn và bền vững.

Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Không gian lánh nạn trong công trình kiến trúc siêu cao tầng đa chức năng, chung cư và tổ hợp đa chức năng.
  • Phạm vi địa điểm: Các công trình nhà siêu cao tầng tại các đô thị lớn ở Việt Nam, tập trung tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Giới hạn thời gian nghiên cứu: Định hướng và dự báo phát triển đến năm 2050.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu và công trình đã được điểm lại

Trong quá trình xây dựng cơ sở khoa học, tác giả đã điểm lại lịch sử phát triển nhà cao tầng, hệ thống quy chuẩn kỹ thuật và các nghiên cứu an toàn cháy trên thế giới và tại Việt Nam:

  • Lịch sử kỹ thuật công trình cao tầng: Luận án ghi nhận mốc phát minh thang máy có phanh hãm an toàn của kỹ sư Elisha Graves Otis năm 1852 (đưa vào vận hành năm 1857 tại New York); bước ngoặt ứng dụng khung và dầm thép thay tường gạch chịu lực của kỹ sư William Le Baron Jenney năm 1885 cho tòa nhà Home Insurance Building tại Chicago (cao 10 tầng, 55 m); công trình Masonic Temple năm 1892 (cao 21 tầng, 92 m); cùng các nghiên cứu phân loại kết cấu của Wolfgang Schueller (năm 1976) và Ủy ban quốc tế về nhà cao tầng (CTBUH).
  • Phân loại nhà cao tầng: Dẫn xuất báo cáo tại Hội thảo quốc tế lần thứ 4 về nhà cao tầng tại Hồng Kông (tháng 11 năm 1990), phân chia công trình thành 4 cấp độ: Loại I (9–15 tầng), Loại II (16–25 tầng), Loại III (26–40 tầng), Loại IV (trên 40 tầng - Skyscraper; từ 60 tầng trở lên gọi là Super high-rise buildings).
  • Nghiên cứu an toàn và an toàn sinh mạng: Tiếp cận quan điểm của các nhà khoa học Nhật Bản, tiêu biểu là công trình của Shinichi Sugahara (Trung tâm Khoa học và Công nghệ Phòng cháy chữa cháy, Trưởng dự án Chương trình COE toàn cầu), định nghĩa an toàn theo Hướng dẫn ISO/IEC 50 và an toàn sinh mạng trước nguy cơ hỏa hoạn.
  • Diễn đàn và hội thảo chuyên môn: Dẫn liệu Diễn đàn trao đổi an toàn cháy cho nhà cao tầng tại Việt Nam ngày 5/8/2010 do Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng phối hợp với Tổ chức Underwriters Laboratories (UL - Hoa Kỳ) tổ chức, với sự tham gia của ông JC Sekar (Giám đốc điều hành UL Đông Nam Á), ông Ng Soon (Giám đốc thương mại UL Đông Nam Á), đại diện Bộ Xây dựng và Cục Cảnh sát PCCC và Cứu hộ (Bộ Công an).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trên thế giới đã nghiên cứu giải pháp tầng lánh nạn trung gian phục vụ hoạt động liên tục sau động đất (tại Nhật Bản) hoặc bố trí điểm dừng hỗ trợ người yếu thế (tại Hồng Kông, Đài Loan, Trung Quốc). Tuy nhiên, tại Việt Nam:

  1. Thiếu các giải pháp kiến trúc tổ chức lánh nạn thích ứng với khí hậu nhiệt đới gió mùa và điều kiện vận hành thực tế của các nhà siêu cao tầng phức hợp.
  2. Chưa có mô hình cụ thể cho việc kết hợp không gian lánh nạn với không gian cây xanh (vườn trên cao, mái xanh) nhằm chống hiện tượng hút khói lửa mà vẫn đảm bảo tính an toàn cháy trong 2 giờ.
  3. Chưa có cơ sở khoa học để áp dụng không gian lánh nạn phân tán (gian lánh nạn) cho các công trình hình khối kéo dài hoặc diện tích sàn hẹp, cũng như thiếu tiêu chí định lượng bằng điểm số để đánh giá tính hiệu quả và bền vững của không gian lánh nạn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết, khái niệm và khung phân tích

Luận án vận dụng các khái niệm và chuẩn mực kỹ thuật làm nền tảng phân tích:

  • An toàn: Tình trạng không bị nguy hiểm hoặc đe dọa nguy hiểm (theo ISO/IEC Hướng dẫn 50); hệ thống nguyên tắc bảo vệ sự bình an của con người (theo Shinichi Sugahara).
  • An toàn sinh mạng: Khả năng bảo vệ sinh mạng con người, phòng ngừa thiệt hại cá nhân thông qua kiểm soát các nguy cơ tiềm ẩn từ trật tự hệ thống.
  • An toàn cháy: Khả năng bảo vệ sinh mạng con người và tài sản dưới tác động trực tiếp và gián tiếp của hỏa hoạn.
  • Nhà siêu cao tầng (NSCT): Định nghĩa theo Cục Giám định Nhà nước về chất lượng công trình xây dựng (Bộ Xây dựng) là nhà có từ 40 tầng trở lên; đồng thời tuân thủ định nghĩa quy chuẩn theo QCVN 06:2020/BXD là công trình có chiều cao trên 100 mét.
  • Không gian lánh nạn (KGLN) và Tầng lánh nạn (TLN): Khu vực được ngăn cách bằng kết cấu chịu lửa đảm bảo an toàn tối thiểu 2 giờ, liên hệ trực tiếp với buồng thang bộ thoát hiểm (loại N1, N2, N3) hoặc lối thoát nạn ra bên ngoài để người sử dụng trú ẩn chờ lực lượng cứu hộ.
  • Kiến trúc xanh và Không gian lánh nạn Xanh - An toàn: Khái niệm kết hợp tiêu chí kiến trúc xanh (theo Hội Kiến trúc sư Việt Nam và Hội đồng Công trình Xanh Thế giới) với yêu cầu an toàn PCCC, tích hợp vườn trên cao (Sky garden), mái nhà xanh (Green roof) và cầu trên cao (Sky bridge / Skywalk).

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp 5 phương pháp nghiên cứu chuyên ngành:

  1. Phương pháp khảo sát: Thu thập thông tin gián tiếp từ cư dân sinh sống trong các nhà siêu cao tầng tại Việt Nam; khảo sát trực tiếp các kiến trúc sư, kỹ sư thiết kế và thi công; khảo sát các chủ đầu tư về khó khăn và thuận lợi trong cấp phép, xây dựng và khai thác công trình.
  2. Phương pháp thống kê, so sánh, đối chiếu: Tập hợp dữ liệu công trình trước thời điểm ban hành QCVN 06:2010/BXD và sau khi áp dụng QCVN 06:2020/BXD; thống kê, phân loại các vụ cháy điển hình tại Việt Nam và trên thế giới nhằm xác định nguyên nhân, địa điểm xuất phát cháy và mức độ thương vong.
  3. Phương pháp liên ngành: Tích hợp kiến thức kỹ thuật an toàn phòng cháy chữa cháy với giải pháp tổ chức không gian kiến trúc công trình siêu cao tầng.
  4. Phương pháp chuyên gia: Thực hiện phỏng vấn sâu các chuyên gia chuyên ngành và tổ chức thảo luận qua các hội đồng chuyên đề, hội thảo chuyên môn mở rộng giữa các ngành xây dựng, kiến trúc và PCCC.
  5. Phương pháp dự báo: Phân tích dữ liệu hiện trạng để đưa ra các phán đoán về quy mô phát triển dân số, hạ tầng đô thị, tiến bộ vật liệu và công nghệ xây dựng tại các đô thị lớn của Việt Nam đến mốc năm 2050.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

Dữ liệu nghiên cứu bao gồm:

  • Dữ liệu quy chuẩn, tiêu chuẩn: QCVN 06:2020/BXD, dự thảo sửa đổi QCVN 06, TCXDVN 323:2004.
  • Hồ sơ thiết kế thực tế của các tòa nhà siêu cao tầng tại Việt Nam: Keangnam Hanoi Landmark Tower, Bitexco Financial Tower, Lotte Centre Hanoi, Landmark 81, Tòa nhà Thiên niên kỷ (Hà Đông), Sky Forest Ecopark, tháp đôi Xuân La (Tây Hồ), dự án 70 Tây Sơn (Quy Nhơn).
  • Báo cáo thống kê tình hình cháy nổ từ Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn cứu hộ (Bộ Công an).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tổ chức không gian lánh nạn trong kiến trúc nhà siêu cao tầng

Chương 1 hệ thống hóa quá trình phát triển nhà siêu cao tầng trên thế giới và tại Việt Nam, đồng thời phân tích thực trạng hỏa hoạn liên quan đến công tác thoát nạn.

Thực trạng phát triển nhà siêu cao tầng

Trên thế giới, cuộc đua chiều cao phát triển từ Bắc Mỹ sang Châu Á và Trung Đông. Luận án khảo sát các công trình tiêu biểu: Chrysler Building (319 m, 77 tầng), Empire State Building (401 m, 102 tầng, chứng nhận LEED), Willis Tower (527 m, 108 tầng), Petronas Twin Towers (451,9 m, 88 tầng), Taipei 101 (509,2 m, 101 tầng, chứng nhận LEED Platinum), Burj Khalifa (828 m, 164 tầng) và các dự án như tháp Kingdom Tower (trên 1.000 m tại Jeddah), Nakheel Harbour & Tower (dự kiến 200 tầng tại Dubai).

Tại Việt Nam, từ các công trình cao tầng truyền thống như Tháp Báo Thiên (năm 1057, cao 12 tầng, khoảng 80 m) hay khách sạn 14 tầng tại Sài Gòn (thập niên 1960), nhà cao tầng và siêu cao tầng bắt đầu phát triển nhanh sau thời kỳ đổi mới. Luận án tổng hợp hiện trạng tổ chức không gian lánh nạn tại 7 công trình siêu cao tầng tiêu biểu:

Tên công trình Địa điểm Số tầng / Chiều cao Công năng Hiện trạng tầng lánh nạn (TLN) / Gian lánh nạn (GLN) Đặc điểm kiến trúc liên quan
Bitexco Financial Tower (2010) TP. Hồ Chí Minh 68 tầng / 258,5 m TTTM, Nhà hàng, Rạp chiếu phim, Văn phòng, Khách sạn TLN tại tầng 29 và 30 Sân đỗ trực thăng tầng 52 (vươn ra 40 m); Đài quan sát tầng 49
Keangnam Landmark Tower (2011) Hà Nội 72 tầng DVCC, Văn phòng, Khách sạn, Căn hộ cao cấp Không có TLN Có vườn trong sảnh café TF2
Lotte Centre Hanoi (2013) Hà Nội 65 tầng Văn phòng, Khách sạn, TTTM, Rạp chiếu phim GLN tại tầng 33 Khối đế đa năng
Landmark 81 (2018) TP. Hồ Chí Minh 81 tầng / 461,3 m Căn hộ thương mại, Officetel, TTTM, Nhà hàng, Khách sạn TLN tại tầng 21, 46 và 65 Tầng 46 kết hợp thang máy cứu hỏa, MEP và TLN
Tháp Thiên niên kỷ (2020) Hà Đông, Hà Nội 44 tầng Dịch vụ thương mại, Văn phòng, Căn hộ TLN tại tầng 17 Có cầu trên cao; sân vườn và dịch vụ công cộng
Số 70 Tây Sơn (đang hoàn thiện) TP. Quy Nhơn 47 tầng / 170 m Chung cư, Dịch vụ thương mại Không có TLN / GLN Mặt bằng khối tháp chung cư điển hình
Tháp đôi Xuân La (đang hoàn thiện) Tây Hồ, Hà Nội 41 tầng / 164 m Văn phòng, Khách sạn, Nhà ở GLN tại tầng 15 của tháp A và tháp B Cầu trên cao và DVCC tại các tầng 30–36

Đánh giá thực trạng cho thấy: 5/7 công trình khảo sát có thiết kế gian lánh nạn hoặc tầng lánh nạn. Kết cấu chủ đạo là bê tông cốt thép, 4/7 công trình sử dụng tường kính bao che (curtain-wall), 2/7 công trình có sân vườn trên cao và 2/7 công trình sử dụng cầu nối trên cao. Tuy nhiên, các công trình chủ yếu do tư vấn nước ngoài thiết kế, chưa khai thác sâu yếu tố khí hậu bản địa nhiệt đới gió mùa và còn sao chép hình thức.

Phân tích thực trạng các vụ cháy nhà cao tầng

Tác giả thống kê 7 vụ cháy chung cư cao tầng tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2016–2018:

STT Công trình Địa điểm Thời gian xảy ra Vị trí phát cháy Hậu quả / Ghi nhận thực tế
1 Chung cư Rainbow Linh Đàm Hà Nội 31/10/2016 Căn hộ tầng 8 Cháy do sự cố điện
2 Topaz Tower (Saigon Pearl) TP. Hồ Chí Minh 17/04/2017 Căn hộ tầng 18 Cháy do thiết bị điện
3 Chung cư Golden Westlake Tây Hồ, Hà Nội 25/12/2017 Căn hộ tầng 18 Sự cố lửa
4 Chung cư Carina Plaza Quận 8, TP. HCM 23/03/2018 Tầng hầm 13 người chết, 60 người bị thương; khói lan qua giếng trời
5 Tòa nhà Park Spring Quận 2, TP. HCM 01/04/2018 Căn hộ tầng 8 Cháy do chập điện sinh hoạt
6 Chung cư CTY6 (Ecocity) Thanh Trì, Hà Nội 06/05/2018 Căn hộ Sự cố phát sinh do nguồn lửa
7 Tòa nhà Bắc Hà - Fodaco Hà Đông, Hà Nội 25/05/2018 Căn hộ tầng 8 Chưa rõ nguyên nhân cụ thể

Phân tích số liệu chỉ ra:

  • Về nguyên nhân: 3/7 vụ do sự cố điện (tương đương với thống kê toàn quốc, nguyên nhân do điện chiếm 56%); 2/7 vụ do sự cố lửa hở (toàn quốc chiếm 35%); 2/7 vụ do nguyên nhân khác hoặc chưa rõ (toàn quốc chiếm 9%). Phụ tải điện gia tăng đột biến vào các đợt nắng nóng gay gắt là nguyên nhân chính gây quá tải hệ thống dây dẫn.
  • Về thời gian và vị trí: Các vụ cháy xảy ra tập trung vào mùa hè (tháng 5 đến tháng 7). Điểm phát cháy chủ yếu nằm trong căn hộ (3 vụ tại tầng 8, 2 vụ tại tầng 18, 1 vụ tại tầng hầm). Vụ cháy Carina Plaza gây thương vong lớn nhất (13 người chết, 60 người bị thương) do lửa khói từ tầng hầm lan truyền nhanh theo giếng trời thiết kế không đúng quy tắc ngăn khói, cửa buồng thang thoát hiểm bị mở làm mất khả năng chống nhiễm khói.
  • Thực trạng lánh nạn: Toàn bộ 7 công trình xảy ra cháy đều không có tầng lánh nạn, không có gian lánh nạn và hệ thống thang bộ thoát hiểm thiếu tính đồng bộ. Các nạn nhân tử vong đều do ngạt khói và khí độc chứ không phải do tác động trực tiếp của ngọn lửa.

Về kinh nghiệm quốc tế, luận án phân tích hai sự cố điển hình:

  • Cháy căn hộ tầng 65 Marina Bay Suites (Singapore, năm 2014): Đám cháy bốc lên từ sảnh thang máy dịch vụ. Khi lực lượng bảo vệ đi thang máy chữa cháy lên tầng 65 để kiểm tra, cửa thang máy bị nhiệt làm biến dạng, kẹt cứng không thể đóng lại, khiến 2 nhân viên tử vong vì ngạt khói và nhiệt.
  • Sự cố Tòa tháp đôi WTC (Hoa Kỳ, ngày 11/9/2001): Tháp Bắc bị máy bay đâm phá hủy toàn bộ 3 trục thang bộ tại khu vực va chạm, cô lập hoàn toàn người ở các tầng trên; tại tháp Nam, 1 trục thang bộ và hệ thống thang máy còn vận hành trong giai đoạn đầu đã hỗ trợ cứu thoát 99% người ở các tầng phía dưới vùng va chạm.

Chương 2: Cơ sở khoa học tổ chức không gian lánh nạn trong kiến trúc nhà siêu cao tầng ở Việt Nam

Chương 2 xác lập hệ thống các cơ sở pháp lý, kỹ thuật, tự nhiên và xã hội tác động đến việc tổ chức không gian lánh nạn.

  1. Cơ sở quy chuẩn và pháp lý:

    • Đánh giá QCVN 06:2020/BXD: Quy định công trình trên 100 mét phải có tầng lánh nạn với kết cấu chịu lửa đảm bảo 2 giờ. Tuy nhiên, quy chuẩn thiếu hướng dẫn cho kịch bản sơ tán theo phương ngang và chưa cụ thể hóa giải pháp cho công trình có mặt bằng hẹp.
    • Các yêu cầu về thang bộ thoát hiểm không nhiễm khói: Phân tích quy chuẩn áp dụng cho buồng thang loại N1 (lối vào qua vùng đệm hở ngoài trời), N2 (buồng thang có áp suất không khí dương khi cháy) và N3 (lối vào qua khoang đệm có áp suất không khí dương).

  2. Cơ sở lý hóa đám cháy và lan truyền khói:

    • Phân tích cơ chế tam giác cháy (nhiệt, oxy, chất cháy), các giai đoạn phát triển của hỏa hoạn và quá trình lan truyền khói trong trục đứng. Hiện tượng hiệu ứng ống khói (stack effect) trong các tòa nhà siêu cao tầng đẩy nhanh tốc độ lan truyền của khí độc lên các tầng trên, đòi hỏi không gian lánh nạn phải được tạo áp suất dương và ngăn cách tuyệt đối bằng màn ngăn khói và cửa chống cháy tự động.

  3. Cơ sở kỹ thuật và công nghệ công trình:

    • Hệ kết cấu chịu lực: Đánh giá ảnh hưởng của các hệ kết cấu siêu cao tầng đến không gian kiến trúc: hệ lõi cứng (shear wall core), hệ khung giằng (braced frame), hệ dầm gánh (outrigger trusses) và hệ lưới biên kim cương (diagrid). Không gian lánh nạn thường được tích hợp tại vị trí các tầng dầm outrigger hoặc tầng kỹ thuật nhằm tận dụng chiều cao dầm kết cấu lớn.
    • Hệ thống thiết bị PCCC: Quy chuẩn hóa hệ thống báo cháy từ 1–2 loop (cho công trình quy mô vừa) đến 10 loop (cho nhà siêu cao tầng); hệ thống đầu phun chữa cháy tự động Sprinkler; hệ thống chữa cháy bằng khí, bọt hóa chất và màn ngăn nước tự động dập lửa.
    • Thiết bị hỗ trợ thoát nạn: Luận án khảo sát các công nghệ hỗ trợ như máng trượt cứu hộ (có cơ chế giảm tốc), hệ thống dây thả chậm, thang máy chuyên dụng chống cháy có khoang đệm tạo áp và sân đỗ trực thăng cứu hộ trên mái (tham khảo công trình Burj Al Arab).

  4. Cơ sở điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội tại Việt Nam:

    • Khí hậu nhiệt đới gió mùa với đặc trưng nóng ẩm, mưa nhiều và áp lực gió bão lớn trên tầng cao. Việc thiết kế tầng lánh nạn kết hợp cây xanh và thông gió mở phải tính toán hướng gió chủ đạo để tránh tạo luồng dẫn khí cấp oxy cho đám cháy.
    • Nhu cầu tối ưu hóa hiệu quả đầu tư bất động sản: Chi phí xây dựng nhà siêu cao tầng rất lớn, nếu tầng lánh nạn bị bỏ trống hoàn toàn sẽ gây lãng phí tài chính cho chủ đầu tư. Do đó, việc nghiên cứu tích hợp công năng phụ trợ hợp pháp là cơ sở thực tiễn để giải pháp thiết kế đi vào đời sống.

Chương 3: Mô hình và giải pháp tổ chức không gian lánh nạn trong kiến trúc nhà siêu cao tầng ở Việt Nam

Chương 3 là phần đóng góp cốt lõi của luận án, đưa ra các nguyên tắc, kịch bản thoát người, mô hình kiến trúc và bộ tiêu chí đánh giá.

Bốn nguyên tắc thiết kế không gian lánh nạn

  1. Nguyên tắc an toàn: Không gian lánh nạn phải được bảo vệ bằng vật liệu chống cháy, tường ngăn và cửa có giới hạn chịu lửa tối thiểu 2 giờ; có hệ thống cấp khí sạch tạo áp ngăn khói xâm nhập; tiếp cận trực tiếp với buồng thang bộ thoát nạn và có thông tin liên lạc 2 chiều với trung tâm điều khiển PCCC.
  2. Nguyên tắc kỹ thuật: Đảm bảo tải trọng kết cấu, tích hợp hợp lý hệ thống kỹ thuật cơ điện (MEP), hệ thống cấp nước chữa cháy, máy bơm tăng áp và nguồn điện dự phòng ưu tiên.
  3. Nguyên tắc đa chức năng: Khai thác diện tích lánh nạn thành không gian sinh hoạt tiện ích thường nhật cho cư dân (khu nghỉ ngơi, sinh hoạt cộng đồng, sân vườn, phòng đọc) nhằm đảm bảo sự quen thuộc về không gian khi xảy ra biến cố, tránh tâm lý hoảng loạn.
  4. Nguyên tắc dựa trên tính toán và xây dựng kịch bản thoát người: Xây dựng phương án sơ tán đồng thời theo phương đứng (thang bộ, thang máy cứu hộ) và phương ngang (cầu nối sang tháp lân cận), phân bổ diện tích lánh nạn tương ứng với mật độ cư dân từng phân đoạn tầng.

Các kịch bản thoát người và bài học quốc tế

Luận án hệ thống hóa kinh nghiệm quốc tế:

  • Nhật Bản: Bố trí tầng lánh nạn trung gian như một giải pháp toàn diện để duy trì tính an toàn và tính liên tục trong hoạt động kinh doanh (BCP - Business Continuity Planning) sau hỏa hoạn và động đất.
  • Trung Quốc và Đài Loan: Sử dụng tầng lánh nạn kết hợp tầng kỹ thuật tại tháp Jin Mao Tower (năm 1999) và tháp Taipei 101; tổ chức các tầng lánh nạn định kỳ cách nhau 15 tầng làm điểm dừng nghỉ chân cho người yếu thế trước khi tiếp tục sơ tán.
  • Hồng Kông: Bố trí tầng lánh nạn trung gian thoáng gió tự nhiên hoặc phân tán mỗi 7 tầng một lần để giảm thiểu áp lực dòng người dồn ứ trên thang bộ.

Đề xuất các mô hình và giải pháp kiến trúc

  1. Mô hình không gian lánh nạn xanh:

    • Ứng dụng 3 dạng vườn trên cao (Sky garden) và mái nhà xanh (Green roof) làm vùng đệm sinh thái kết hợp lánh nạn.
    • Đưa ra 4 phương án bố trí tầng lánh nạn kết hợp sân vườn và dịch vụ công cộng. Cây xanh sử dụng phải là các chủng loại giữ ẩm cao, khó bắt cháy; bố trí khoảng lùi và vật liệu lát chống cháy ngăn hiện tượng bén lửa.
    • Thiết kế mái xanh giật cấp bậc thang và công viên trên mái để tạo khu vực tập kết an toàn trên đỉnh công trình khi lối thoát xuống mặt đất bị cô lập (tham khảo mô hình tại Quận Shibuya, Tokyo).

  2. Mô hình tích hợp không gian lánh nạn vào tầng kỹ thuật (MEP):

    • Tận dụng tầng lắp đặt dầm gánh outrigger và thiết bị cơ điện để phân vùng gian lánh nạn. Gian lánh nạn được ngăn cách tuyệt đối với khoang máy bằng tường chịu lửa 2 giờ, có lối vào và hệ thống hút khói, tạo áp độc lập.

  3. Mô hình kết nối không gian lánh nạn với hình thái kiến trúc mặt ngoài:

    • Nhà siêu cao tầng tháp đơn và tháp đôi: Thiết kế gian lánh nạn mở ra loggia hoặc ban công thoáng ở mặt đứng để hỗ trợ thoát khói thụ động và tạo vị trí nhận diện cho lực lượng cứu hộ từ bên ngoài.
    • Nhà siêu cao tầng đa tháp và tổ hợp lớn: Thiết kế hệ thống cầu trên cao (Sky bridge) kết nối các tòa tháp ở cùng cao độ tầng lánh nạn (tương tự đồ án tháp đôi Xuân La và Thiên niên kỷ Hà Đông). Cầu trên cao đóng vai trò là hành lang thoát nạn phương ngang, cho phép chuyển người trực tiếp từ tòa tháp đang cháy sang tòa tháp an toàn mà không cần di chuyển xuống đất.

  4. Giải pháp không gian lánh nạn phân tán (Gian lánh nạn - GLN):

    • Đề xuất thay thế tầng lánh nạn tập trung bằng các gian lánh nạn phân tán tại từng tầng hoặc theo nhóm tầng cho các công trình có diện tích mặt bằng nhỏ, dạng tuyến dài (như giải pháp bố trí gian lánh nạn tại tầng 21 của dự án Sky Forest Ecopark). Gian lánh nạn nằm tiếp giáp lõi thang thoát hiểm N1/N2/N3 và kết nối trực tiếp với ban công mặt ngoài.

Đề xuất tiêu chí đánh giá không gian lánh nạn bằng thang điểm số

Tác giả xây dựng bộ tiêu chí chấm điểm nhằm định lượng mức độ hiệu quả của việc tổ chức không gian lánh nạn:

  • Đánh giá tính an toàn PCCC và kết cấu (thời gian chống cháy 2 giờ, hệ thống tạo áp, khoảng cách tiếp cận thang bộ).
  • Đánh giá tính kinh tế (tỷ lệ diện tích kết hợp chức năng phụ trợ, chi phí vận hành).
  • Đánh giá tính nhân văn và bền vững (mức độ tiếp cận của người khuyết tật, tỷ lệ diện tích phủ xanh, chất lượng vi khí hậu và mức độ đáp ứng tiện ích sinh hoạt thường nhật).
  • Ứng dụng kiểm chứng thang điểm vào công trình siêu cao tầng thực tế (Tòa nhà Thiên niên kỷ - Hà Đông, thời điểm khảo sát tháng 5/2022).

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Chiến lược sơ tán kết hợp đứng - ngang: Luận án đề xuất giải pháp tổ chức không gian lánh nạn tập trung trong và ngoài nhà, kết hợp tuyến thoát hiểm theo phương đứng (thang bộ chống nhiễm khói, thang máy chữa cháy) với phương ngang (cầu nối trên cao giữa các khối tháp). Giải pháp này rút ngắn thời gian sơ tán của cư dân trên các tầng cao và mở rộng kịch bản ứng cứu trong điều kiện đô thị Việt Nam.
  2. Mô hình không gian lánh nạn xanh - đa chức năng: Luận án chứng minh tính khả thi của việc tích hợp không gian lánh nạn với tầng kỹ thuật (MEP), tiện ích dịch vụ công cộng và hệ thống vườn trên cao, vườn trên mái. Giải pháp này chuyển đổi không gian lánh nạn từ một diện tích tĩnh, đóng kín, lãng phí kinh tế thành không gian sinh thái hữu ích, phục vụ đời sống cộng đồng hàng ngày nhưng vẫn đáp ứng tiêu chuẩn an toàn chịu lửa trong 2 giờ.
  3. Giải pháp không gian lánh nạn phân tán: Đề xuất mô hình gian lánh nạn quy mô nhỏ bố trí phân tán cho các công trình siêu cao tầng có hình khối đặc thù, diện tích sàn nhỏ hoặc mặt bằng kéo dài, khắc phục hạn chế của mô hình tầng lánh nạn tập trung trọn vẹn một sàn.
  4. Bộ tiêu chí định lượng đánh giá không gian lánh nạn: Xây dựng hệ thống bảng điểm tiêu chí đánh giá hiệu quả thiết kế không gian lánh nạn, kết hợp giữa tiêu chuẩn an toàn PCCC với các giá trị kinh tế, nhân văn và kiến trúc bền vững.

Đóng góp thực tiễn và kiến nghị giải pháp

  • Kiến nghị bổ sung Quy chuẩn xây dựng: Tác giả kiến nghị các cơ quan quản lý (Bộ Xây dựng, Cục Cảnh sát PCCC & CNCH) xem xét bổ sung vào Quy chuẩn QCVN 06 quy định chi tiết cho mô hình gian lánh nạn phân tán; cho phép bố trí các chức năng ở hoặc dịch vụ tiện ích phù hợp trên cùng tầng có gian lánh nạn nếu đảm bảo khoảng đệm và giải pháp cách ly chống cháy độc lập.
  • Hỗ trợ công tác thiết kế: Cung cấp cho các kiến trúc sư bộ công cụ cấu trúc mặt bằng và mặt cắt tổ chức tầng lánh nạn, chi tiết liên kết cầu trên cao và giải pháp chọn lọc cây xanh trên cao hạn chế bắt cháy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Căn cứ trên phạm vi và giới hạn được tác giả công bố trong văn bản:

  • Dữ liệu khảo sát công trình thực tế tập trung vào 7 tòa nhà siêu cao tầng tại Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và Quy Nhơn; số lượng mẫu khảo sát chuyên sâu chưa bao phủ toàn diện các dự án tổ hợp đa năng tại các đô thị khác như Đà Nẵng, Hải Phòng.
  • Nghiên cứu tập trung vào góc độ giải pháp kiến trúc và dây chuyền công năng thoát người; các tính toán chuyên sâu về kết cấu chịu lực chi tiết của hệ dầm outrigger khi chịu nhiệt độ cao và mô phỏng số động lực học chất lưu (CFD) về hướng gió cho toàn bộ mặt đứng công trình mới dừng ở mức nguyên lý và tham khảo tiêu chuẩn.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số về động thái di chuyển của khói lửa khi tiếp xúc với các chủng loại cây xanh nhiệt đới trồng trên các vườn treo ở độ cao trên 100 mét.
  • Tiếp tục hoàn thiện bảng tiêu chí chấm điểm thành phần mềm hoặc quy trình đánh giá tự động phục vụ công tác thẩm duyệt thiết kế kiến trúc và nghiệm thu PCCC cho các công trình siêu cao tầng tại Việt Nam trong các giai đoạn phát triển tiếp theo.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị ứng dụng cụ thể cho các nhóm đối tượng:

  1. Kiến trúc sư và tư vấn thiết kế công trình: Tham khảo các sơ đồ cấu trúc mặt bằng tầng lánh nạn (Bảng 3-2), giải pháp phân chia gian lánh nạn kết hợp tầng kỹ thuật MEP (Hình 3-15, 3-16, 3-17) và thiết kế cầu nối trên cao (Skywalk) hỗ trợ thoát nạn phương ngang.
  2. Cơ quan quản lý nhà nước và ban soạn thảo quy chuẩn (Bộ Xây dựng, Cục Cảnh sát PCCC & CNCH): Sử dụng các lập luận khoa học và kiến nghị thực tiễn của luận án làm căn cứ xem xét, bổ sung các điều khoản sửa đổi cho QCVN 06 đối với thể loại công trình siêu cao tầng trên 100 mét.
  3. Chủ đầu tư và đơn vị phát triển bất động sản: Vận dụng mô hình tầng lánh nạn đa chức năng kết hợp vườn trên cao và không gian tiện ích sinh hoạt cộng đồng để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng đất, giảm tải lãng phí tài chính mà vẫn tuân thủ đầy đủ quy chuẩn phòng cháy.
  4. Giảng viên, học viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kiến trúc: Cung cấp nguồn tư liệu tổng quan hệ thống hóa về lịch sử phát triển nhà siêu cao tầng, phân tích dữ liệu 7 vụ cháy chung cư cao tầng tại Việt Nam và cơ sở thiết kế kiến trúc bền vững thích ứng an toàn sinh mạng.

Câu hỏi thường gặp

1. Theo quy chuẩn hiện hành tại Việt Nam, công trình có quy mô như thế nào thì bắt buộc phải bố trí tầng lánh nạn?

Theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình (QCVN 06:2020/BXD) được trích dẫn trong luận án, công trình có chiều cao trên 100 mét bắt buộc phải bố trí tầng lánh nạn. Ngoài ra, theo TCXDVN 323:2004, nhà ở có chiều cao từ 9 đến 40 tầng được xếp vào nhóm nhà cao tầng, và công trình từ trên 40 tầng thường được xác định là nhà siêu cao tầng.

2. Không gian lánh nạn trong nhà siêu cao tầng phải đảm bảo khả năng chịu lửa trong thời gian bao lâu?

Theo các tiêu chuẩn quốc tế và quy định được luận án viện dẫn, không gian lánh nạn phải có kết cấu chống cháy bao che đảm bảo an toàn cho con người trú ẩn trong khoảng thời gian tối thiểu là 2 giờ để chờ lực lượng cứu nạn, cứu hộ tiếp cận hỗ trợ.

3. Nguyên nhân gây cháy phổ biến nhất tại các chung cư cao tầng ở Việt Nam theo thống kê của luận án là gì?

Dựa trên phân tích 7 vụ cháy chung cư cao tầng giai đoạn 2016–2018 (trong đó có vụ cháy Carina Plaza làm 13 người chết, 60 người bị thương), sự cố liên quan đến hệ thống điện và thiết bị điện chiếm tỷ lệ cao nhất với 3/7 vụ (tương đương tỷ lệ 56% trên phạm vi toàn quốc). Nguyên nhân thứ hai xuất phát từ việc sử dụng lửa hở (bếp gas, xăng dầu, đốt vàng mã, tàn lửa) chiếm 35%. Số người thương vong trong các vụ hỏa hoạn chủ yếu do ngạt khói độc chứ không phải do bỏng lửa.

4. Cầu trên cao (Sky bridge) đóng vai trò gì trong giải pháp thoát nạn do luận án đề xuất?

Cầu trên cao được đề xuất như một tuyến thoát hiểm theo phương ngang tại cùng cao độ giữa các khối tháp siêu cao tầng mới hoặc giữa khối tháp mới và khối tháp cũ. Khi xảy ra hỏa hoạn tại một tòa tháp, cư dân có thể di chuyển ngang qua cầu sang tòa tháp lân cận an toàn mà không bắt buộc phải đi bộ hàng chục tầng thang xuống mặt đất, giúp rút ngắn thời gian sơ tán và giảm tải dòng người trên thang bộ.

5. Vì sao tác giả đề xuất giải pháp gian lánh nạn phân tán thay cho tầng lánh nạn tập trung?

Giải pháp tầng lánh nạn tập trung trọn vẹn một sàn chỉ phù hợp với công trình có diện tích sàn lớn và hình khối tập trung. Đối với các công trình có diện tích sàn nhỏ, mặt bằng trải dài, đa diện tuyến hoặc số lượng người trên mỗi tầng không quá lớn, việc dành toàn bộ một sàn làm tầng lánh nạn gây lãng phí diện tích và khó bố trí. Việc bố trí các gian lánh nạn phân tán tiếp giáp lõi thang bộ thoát hiểm và ban công ngoài trời giúp đáp ứng yêu cầu an toàn tại chỗ cho từng khu vực mà vẫn phù hợp với điều kiện thực tế của công trình.

Kết luận

Luận án tiến sĩ "Tổ chức không gian lánh nạn trong kiến trúc nhà siêu cao tầng ở Việt Nam" của tác giả Trần Phương Mai đã giải quyết bài toán an toàn sinh mạng trước nguy cơ hỏa hoạn trong các công trình cao trên 100 mét tại các đô thị lớn. Công trình xác lập hệ thống cơ sở khoa học liên ngành giữa kiến trúc và kỹ thuật phòng cháy chữa cháy, đồng thời đưa ra các đề xuất về mô hình không gian lánh nạn xanh, giải pháp kết hợp thoát hiểm phương đứng với phương ngang qua cầu trên cao và phương án gian lánh nạn phân tán. Hệ thống tiêu chí đánh giá bằng thang điểm số do luận án xây dựng góp phần định lượng hóa hiệu quả thiết kế, cân bằng giữa yêu cầu bảo vệ con người với tính kinh tế và giá trị kiến trúc bền vững.