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    • 从美国9.11事件谈北京  CBD超高层建筑群等防 灾安全问题

    • 作者:xiaofangyuan
    • 发布时间:2014-3-26 18:57:47
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          摘要:建不建高层 、超高层建筑的争论,在国际上已延续半个多世纪;在北京也已争论了二、三十年,但高层、超高层建筑并未因争论而减少,却越来越多。9.11事件恐怕也不会迅 速冷却高层、超高层建筑热,北京、上海都在准备要建世界最高建筑。本文作者曾是我国《高层民用建筑设计防火规范》编制组的成员,对高层、超高层建筑的消防问题深有感触。作为一名消防工作者,需要面对现实。如何保障 高层、超高层建筑的安全,依然是个值得进一步研究的课题(如钢结构防火)。为此,作者对首都将要建设的CBD超高层建筑群和重 要标志性建筑,结合9.11事件提出了加强防 灾救灾的若干建议,特别是钢结构防火与安全检测的意见;同时,对首都现代化建设中城市基础设施防灾方面的许多新问题也提出了建设性意见。这对城市规范设计、防火减灾和安全管理等都有参考价值,值得引起有关部门的注 意。
      震惊世界的 9.11恐怖事件,使闻名 于世的美国纽约曼哈顿地区高达110层的世界贸易中心 等
    7栋建筑轰然倒塌, 在那工作的数千名各国人员和参加救灾的纽约300多名消防队员和警 察一起遇难。
      当前,美国有 关部门正在调查——曾经是世界最高的标志性建筑为什么不堪一击?
      目前,美国和 一些国际军政要员都在研究与实施反恐怖这一21世纪的新课题;而 工程技术界正在研究分析或讨论世贸中心轰然坍塌这个对超高层建筑安全具有重大影响的新问题。本文围绕这一惊天大案,从消防防火角度等谈谈本市中央商务区(CBD)超高层建筑群及 其他重要标志性建筑等的防灾问题。
      一、钢结构不 耐火是纽约世界贸易中心坍塌的重要原因
      纽约世界贸易 中心筹建于20世纪60年代,建成于 20世纪70年代。世贸中心建 设时由六栋建筑组成,共93万平方米。其中: 两栋姐妹楼为主楼,各有110层、高411.5

    m,面积各为
    44.6万平方米,每栋主 楼有99部电梯;该中心落 成后,有世界800多个贸易公司约 5万人进入办公,有 100多个商店及供 2万人同时用餐的许 多餐厅,还有一个火车站、二个地铁站。纽约世界贸易中心的建成,代表厂那个时代世界科技与建筑材料、建筑结构和建筑设备发展的新水平,是著名的日裔美国建筑师雅马萨奇等的得意之作。据介绍,世贸中心设计时考虑了“ 飓风”和波音707等当时最大飞机的 撞击,但没有想到会被波音767、757飞机撞击及大量航 空燃料的烧击,致使世贸中心南北两主楼在恐怖分子飞机撞击后一个多小时相继坍塌。据报道,整个救灾清理工作要延续到2002年,灾后修复重建 需要花费几百亿美元。
      国内外一系列 城市灾害表明,对房屋建筑而言,最严重的灾害就是火灾、地震、飓风、台风以及战争等自然与人为的灾害。现代科技对抵御飓风、台风、地震的能力日益增强.世贸中心的建筑结构为筒中筒钢结构,较好地解决了抗风、抗震等 问题。但从9.11事件看,火灾问题 尚未真正解决。在平时或非常时期,火灾仍是城市诸灾害中危害频度最大、死伤人员最多的灾害之一。许多火灾案例说明,建筑火灾人员伤亡以烟害为主;而9.11恐怖事件表明,钢 结构不耐火,是世贸中心坍塌、人员大量伤亡的重要原因。美国防火规范对建筑物的抗火能力(耐火等级)的分级为3小时、2小时两级,对承重 墙和支承多层的柱、主梁等承重构件规定其耐火极限为4小时;日本的防火 规范要求低些,其相应构件的耐火极限为2~3小时;我国的《高 层民用建筑设计防火规范》规定高层民用建筑结构的耐火极限,大致与美、日相似,但略低于美国的规定,如一级耐火等级建筑的防火墙、柱和承重墙、楼梯间墙及梁的耐火极限为3小时和2小时,没有 1小时的规定。从 9.11事件看,虽然美国 有4小时的规定,但世 贸中心被飞机撞击引发火灾后,仅一个多小时大楼就坍塌了。为什么世贸中心化火能力如此之差!我们分析,以下若干因素可能起了重要作用:一是飞机巨大的撞击力,使钢结构表面的防火保护层发生松动、开裂以致脱落,使钢 结构有直接被火烧的可能;二是世贸中心建成已近三十年,原有钢结构的防火保护材料的防火性能可能己经大大减弱;三是大量航空燃料进人大楼.流到那里烧到那里;四是在飞机巨大的撞击下,楼内的供配电、消防设备等等可 能失灵,难以自动灭火、控制火势蔓延,无法降温和阻止钢结构变形。在上述种种因素的综合作用下,火灾的高温使钢结构强度迅速下降、变形扩大,无法支持一百多层建筑自身的重量而迅速下塌。总之,火灾直接烧烤钢结构和 防火保护层被破坏或失效,高温使钢结构软化,强度丧失,难以支持建筑物的巨大重量,应是世贸中心轰然坍塌的根本原因。这也是我们在进行现代化城市建设中.特别是在高层、超高层钢结构建筑中应该认真对待的问题;同时 ,也是我国《建筑设计防人规范》领域有关钢结构防火处理方面值得借鉴的突出的典型案例,应该深入研究。
      二、加强北京 CBD超高层建筑区域等 的防灾规划设计
      前些时候,报 刊等有关媒体报道了北京中央商务区的规划,其规模约4平方公平方公里。 居国内之首,世界少有(近日,又报道北京还将在亚运村附近建设北京的世贸中心;上海要建世界最高的高层建筑)。但有关北京CBD区域或中关村科技 园区、奥运村等防灾方而的规范设计、安全对策等,尚未见报道。结合美国9.11事件,提出几点建 议:
      1.研究与提高我国 高层、超高层建筑钢结构的耐火能力
      大家都知道, 钢结构具有强度大、重量轻、力学性能尤其是抗风、抗震好等优点,因而高层、超高层建筑和一些有特殊要求的工业与民川建筑采用钢结构的不少(目前,我国又是世界钢产量第一的国家,有关部门正在研究进一步在房屋建筑中 扩大钢结构的使用范围);但从防火角度看,钢结构虽然是不燃烧体,但很不耐火、这就是钢结构的最大弱点,这一结论已被无数火灾案例和科学试验所证明,无防火保护的钢结构(即露明的钢结构)在火灾的作用下.约一刻钟 (15分钟)左右就会烧 损或破坏。因此,国内外都要求对高层、超高层建筑以及受高温作用(或受高温威胁)的钢结构的建(构)筑物都要求进行防火处理。目前,国内外通常是采取对钢结构表面喷或涂刷防火材料或包裹耐火材料等办法保护钢结构不 被火焰直接烧烤而提高其抗火能力(在一些工业设施中,还有采取向钢结构或金属贮罐等喷水降温等办法保护的)。但现今的防火喷、涂材料,大多用化学粘结剂使喷、涂材料粘结于钢材表面,随着时间的延伸其防火性能会逐渐 下降以致失效(即粘结剂老化、材料松动、分离、脱落等),加上振动、冲击等影响,加速涂料与结构分离或出现裂缝等,这样钢结构就有被火直接烧烤的可能或因涂料自身耐火件性能的降低而影响钢结构建筑的耐火极限以致倒 塌。仅京津地区就有多起钢结构火灾的典型案例,如:1975年,天津体育馆( 与建于50年代的北京体育馆 相似)因维修通风管道,电气焊引燃风道保温材料而发生大火,致使体育馆上(钢屋架)在失火约一刻钟时就全部倒塌;三年前,北京玉泉营环岛家具城(钢结构)因电气设备发生火灾,由于建设时施工单位听从业主的错误意见 ,擅自将钢结构防火喷涂的耐火极限从规定的1小时降为0.5小时,且喷涂质量 又不好,致使家具城在失火后不到半小时就全部烧塌,造成特大火灾损失,80年代末,北京国贸 中心(超高层建筑,钢结构)在施可工时中,因电气焊引发火灾,火灾持续了二个多小时,幸亏国贸中心的钢结构已进行了防火处理,且喷涂质量较好,钢结构未受大的影响(火灾后将炭化发泡的防火保护层铲除,重喷新的防火 保护层),得以继续施工。
      国内外钢结构 建筑火灾正反两方面的经验表明,钢结构防火喷涂的质量、时效、涂层粘结力、使用中是否有松动、开裂或是否受到大的冲击、震动等等关系甚大;同时,建筑物内(或构筑物附近)可燃、易燃液体流淌、可燃气体扩散燃烧等等 ,也都会直接影响到钢构件的防火安全,应该引起有关部门的重视。为此,有关部门应加强研究,进一步采取可靠的安全措施,保障钢结构建(构)筑物的消防安全。从目前的情况看。特别要研究耐火性能好、时效长、粘结力高 的新的钢结构防火材料;研制耐高温价廉物美的金属、非金属钢结构复合防火材料及轻质、高强、耐火的混凝土等新材料,进一步提高地结构的耐火能力,应是我国建筑界、工程界和消防界的新课题。
      从《建筑设计 防火规范》角度,结合美国9.11事件是否应对高层 、超高层钢结构建筑物(包括工业建筑和重要设备和重要交通桥梁等构筑物)的防火构造、耐火极限等等提出进一步要求(如输油、输气管道不应敷设在大型钢结构桥梁上过江过河,或应采取可靠的防火安全措施方可设在大桥上 过江过河;再如大型钢结构桥梁应该考虑大型运输易燃易爆物品车辆大火成船舶人灾对大桥的影响等防灾安全措施),改善与提高钢结构的耐火能力,适当提高重要钢结构建筑的耐火等级或重要钢结构构件(如柱、梁、屋架、楼 板)的耐火极限。
      2 钢结构建(构)筑 物应定期进行耐火检测
      目前,北京采 用防火保护的钢结构建筑物约有数百栋、近千万平方米。在设计与施工中.一般只按照防火规范有关耐火等级的要求喷(涂)规定厚度的防火涂料,但这此建筑物到底能耐火多少年,或使用多少年应当进行耐火检查或科学测试, 目前国家、地方或行业管理部门均无具体规定。从美国9.11事件,从保障钢结 构建(构)筑物的长远安全看,应该做出必要的规定。如:1)按照不同的性质 ,不同耐火等级,确定经过防火处理的钢结构建(构)筑物定期耐火检查、测试的年限(如十年、二十年、二十年、五十年等等);2)为方便耐火检查 、测试,应在设计、施工时,对关键构件、节点创造(或预留)进行耐火检查、测试的条件,并应设置明显的标志;3)对难以进行检查 、测试的重要隐蔽部位,宜采取做试件的办法,并应将试件放置在与建(构)筑相同的场所(或部位),方便定期进行外观检查(如涂层变化、松动、开裂、风化等情况)与科学测试(检验耐火极限下降情况)。为钢结构建(构 )筑物的定期维修年限与耐火的真实能力积累科学数据。
      3.提高高层、超高 层建筑和地下建筑的防灾抗灾能力
      当前,城市建 筑的发展是向高空和地下两极发展,高层建筑、地下建筑越来越多;又由于高层(含超高层建筑,以下同)建筑、地下建筑自身的种种特殊性,容易引发火灾等重大灾害事故,因此要求我们在规划建设CBD区域或其他区域的 高层建筑、地下建筑时,要考虑好消防防灾和灭火救灾等有关防灾、救灾技术措施与对策,从根本上提高高层建筑和地下建筑的安全度,增强其防灾抗灾能力。除前面涉及的钢结构耐火问题外,特别要处理好以下有关事项:
      l)高层建筑、地下 建筑的安全疏散设施必须可靠及长期有效才能确保高楼大厦、地下建筑平时和火灾等非常时期人员的安全疏散。
      防烟楼梯、疏 散走道应保持通畅,疏散照明、指示标志、火灾报警、灭火设施、防烟排烟等等应长期有效;装修设计、装修施工不应破坏原设计的安全格局及报警、灭火设施,必须从安全防灾出发,使用不燃、无毒(或低毒)的装修材料,严 格控制可燃、有毒、发烟量大的材料。进行耐火、阻燃处理时,要选用时效长的材料;要提倡在一栋建筑物内采用机械防烟与自然防烟(如带凹廊形式的自然防烟前室)相结合的防烟楼梯,真正提高防烟楼梯的安全度(如日本东 京新宿中心的一些超高层建筑,大多设置一个机械和一个自然防烟的楼梯间及前室,这种组合方式,比两个自然防烟方式或两个机械防烟楼梯的安全度高);对超高层建筑,一定要做好避难层(或避难间)和屋顶停机坪等避难救 灾设施;要从严掌握玻璃幕墙的设置,必要时一定要严密防火措施,如每层外墙应设窗槛墙或相应的阻止火势蔓延的其它有效设施,幕墙安装必须牢固,预防或减少因火灾、大风、地震等引发次生灾害。
      2)合理安排、处理 建筑物所需的热源、冷源、电源、气源等相关设施的安全防灾问题。
      当建设工程不 可能利用城市或区域集中采暖、供热设施,需要自行解决,不论采用燃油、燃气锅炉、直燃机采暖、供热、制冷(亦或采取电制冷、燃气制冷)或利用燃油、燃气自备发电等,都应合理布置这些设施,即要有(或预留)符合防火 安全要求的场所。除电制冷外,这些场所应尽量与主体建筑分开布置;必须布置在主体建筑(或地下)时,应考虑燃油、燃气场所自身安全及相应安全设施的可靠性(即要考虑这些安全设施是否长期有效),特别要避免没有自然 通风、采光或没有建筑防爆泄压条件的场所安排燃气设施、暗厨房等。对盛装油品等可燃液体设施的场所,要有自动灭火和防止液体流淌扩大蔓延的措施;对燃气场所,要有建筑防爆泄压、〔自动报警、事故排风、电气防爆以及 快速切断气源装置;对建筑物内外输送可燃气体、可燃液体的管道要安全布置,避开人员集中部位和容易引发火灾等灾害事故的场所,要增设防护套管、防震伸缩、补偿等设施;对储存可燃液体、可燃气体的地上金属储罐、容器 等,要有自动灭火冷却、降温、防变形倒塌等措施;在平时或事故时,重要消防用电设备要保障正常供电,做到末端自投。同时,消防用电设备的电气线路应与非消防用电线路分开布置,为火灾时及时切断非消防用电设备电源和 防止扩大火灾蔓延、减少损失以及为消防扑救与安全救灾创造必要条件。
      3)CBD区域、重要公共建 筑、城市标志性建筑和居住区建筑周围等,要有通畅的消防救灾道路和一定的防火安全距离。
      消防救灾道路 应成环状,距被保护对象宜为5~6m,消防救灾道路的 路面和路下各种沟、管的盖板要有承受大型消防车等救灾车辆装备的能力,一般不应小于30吨(具体可依城市 实际配备的救灾装备确定)。特别要注意高层主体或裙房建筑周围向外扩展的地下室顶板和商务区、居住区高架花园顶板的承载能力也应适应大型救灾车辆装备通行和工作的需要,否则,必将严重影响高层建筑的灭火、救人等各 种救援的需要。上述区域和城市重要建筑等与有碍其安全、容易引起火灾、爆炸、中毒等大面积灾害的设施(如城市液化石油气储配站、大然气储配站、气化站、高中压调压站和大型油罐、油库及化学有毒、爆炸物品库房等)应 保持足够的防灾安全距离。特别要注意个要将重要建筑、居住区等布置在液化石油气储配站附近,因为这类设施燃烧爆炸波及面很大,一般在几百米至几千米。目前,本市有些开发项目距离这些设施较近,已存在一些隐患,应引 起规划、设计和城市开发部门的注意。对市区的危险设施宜采取迁离、改变使用性质或设置绿化安全隔离区;也可暂缓安排建设邻近项目或停建、改建。总之,要为现代化、国际化大都市、为人民群众创造优美、舒适和安全的环 境。
      4)加强消防站、急 救站等城市救灾设施的建设和提高城市生命线工程的安全度
      A.CBD、高科技园区、大 型商业文化区、居住区和郊区卫星城及新型城镇等均应同步规划建设消防站、急救站等城市基础救灾设施。目前,北京市消防站布点与建设还很不完善,欠帐很多,与国家《消防站建设标准》和天津、上海等城市比较均有较大差 距,与国外同等规模现代化城市比较差距更大,应抓紧落实总体规划防灾建设,不能再欠新账。
      B.要提高防灾设施 自身的安全度。消防站、急救站等城市救灾设施,是平时和非常时期进行灭火救灾、救人的城市基础设施、救灾设施(还包括水源、通信、道路桥梁、消防救灾、车辆装备等等),其重要性决定了这些救灾设施(指站房、救灾车 辆的车库等)自身防火防震要求应有别于(或略高于)其他建筑,否则就难以完成国家所赋予它的救灾使命。历史上有很多深刻教训,如美国的旧金山大地震,消防站全部倒塌。大火三天三夜不灭;我国唐山地震,消防站也都倒 塌,群众徒步到消防站报警(因有线设施全部破坏,无法用电话报警),到消防站见到房屋倒塌,人员伤亡、车辆砸毁,只能伤心的走了;北京远郊区一座大型企业发生重大燃烧爆炸事故,贮气罐爆炸的冲击波使相距100余米处的企业消防 站车库大门变形,消防车无法出动,贻误了灭火战机。为此,我国现行的《消防站建设标准》,对城镇消防站的防火、抗震等防灾要求作出了专门规定:其站房、车库的耐火等级不应低于二级;抗震设防要求——对低烈度地区( 如6度、7度区)要求提高 1度设防;对高烈度 地区(如8度、9度区)规定地震力 不提高,但其防震构造要求按提高1度处理,并要求对 站房、车库的框架、大门等的变形要进行验算,以保障大震时消防站不倒塌,消防车库大门不发生大的变形,消防车可以迅速出动投人灭火救灾工作。
      北京市处于强 烈地震区(设防烈度为8度),是个有一千 几百万人口的国际大都市,中央党、政、军所在地,位于我国一百多座设防城市之首,消防站、急救站等城镇救灾设施的防灾、抗震极为重要。但目前北京的消防站等在自身防震安全方面还存在不少问题:一是还有一些消防站( 唐山地震前建设的)还未进行全面的抗震加固,很不安全;二是唐山地震后建设的一些消防站也不符合现行国家《消防站建设标准》要求(即构造措施和变形要求不合格),也要加固;三是有关部门对救灾设施自身安全的重要性 认识不足。今后建设新消防站等救灾建筑时,要高度重视其自身的防灾抗震能力,提高施工质量。救灾设施自身的安全直接有关城镇防灾安全大局,设计、施工和市政管理以及消防部门等均应抓好此项工作。急救站应同消防站一 样要求加强防灾抗震等自身安全的能力。
      C.加强城市生命线 工程和救灾队伍业务与装备水平
      (a)水、电、燃气和 油料、热力、通讯(包括国家、地区和城市各种信息网络等等)是现代化城市正常运转和人民群众工作生活的必需,亦即人们常说的城市生命线工程,充分说明了它的重要地位;其中油、气罐站装置,输油输气管道、设备还往往 会引发燃烧爆炸事故和人员伤亡。因此,城市生命线工程的自身安全与日常运行安全,防止跑、冒、滴、漏和各种事故,加强与完善这些设施的防灾工作,特别是提高这些工程在平时及非常时期的设防安全,提高工程质量、加强 运行安全管理具有重要意义。作为现代化、国际化城市,必须制定生命线工程防灾规划与救灾预案,加强演练。有关基础信息资料、防灾救灾对策,各种应急措施方案,救灾机构分工和各有关部门职责以及参加救灾的军警部队等 信息均应输人城市防灾救灾中心,在城市或地区最高领导或分管市长的统一领导下,应对可能发生的各种灾害事故,确保城市安全。
      b)当前,尤其要加 强首都城市高压电缆隧道网的、防灾与救灾准备。随着城市现代化建设的迅速发展,北京四环路以内城市地下高压电缆隧道网已有二、三百公里。连结
    30多座110 kV至 220
    kV变电站和二个热电 厂,电缆总长达数千公里。由于种种原因,本市地下高压电缆隧道存在较多不安全因素,又缺少有效救灾设施、装备。比较突出的如:高压电缆隧道普遍没有强制通风设备,电缆过热、绝缘老化、龟裂,电缆油渗漏以及隧道渗水 、漏水,金属材料腐蚀等等,随时都有引发重大事故的可能,迫切需要加强防火、防灾与综合治理。如:做好通风降温、防水、防腐和各种有效的防火分隔、封堵,防止延烧等基础性防灾工作;同时,要加强电缆预测预警工作, 将电缆火灾控制与消灭在孕育阶段,防患于未燃;此外,要加强研究负荷调整,提高运行安全度。发达国家大多采取较低负荷运行,安全系数较大,而我们往往是满负荷甚至超负荷运行,加剧了不安全因素。
      D.加强救灾业务与 装备建设
      过去,人们常 说北京消防防灾救灾有四大难题——一即高层建筑、地下建筑、石油化工油气罐站及古建筑。而现在的难题已远不止这四方面,如CBD超高层区域建设与 运行管理,中关村等高科技园区建设与生产;随着计算机技术与信息技术的发展,信息中心、网络中心如雨后春笋发展极为迅速,城市通信方式、通信手段不断更新。首都的通信中心、信息中心、金融中心、指挥中心以及调度中 心等设施的大量建设,这些中心的地位与作用日益强化。信息技术使世界变小,使千家万户、使各大企业、世界各国紧密相连,从研制、开发、生产、销售、供应到维修服务已连为一体,一些设施(中心)如果发生火灾,将造成 巨大损失与影响,真所谓“一发动千金”。如前几年东南某市和西南某地区通信大楼发生火灾,使整座城市对内对外通信联络全部中断达数十小时,造成重大损失与无法挽回的影响。而前述新型产业、新型技术、新型设备,其防 灾救灾均不同于过去,需要新的防灾技术措施,新的救灾装备,都需要有专业技术知识并经过专门培训的防灾救灾人员。目前北京的情况,北京的防灾救灾设施还很脆弱,还有较大差距,还不适应信息技术、信息社会、现代高新 技术发展的需要。因此,政府和有关部门应大力加强新兴技术、新兴产业、信息中心、网络中心防灾救灾的研究和开发新型救灾技术装备,大力开展专业人才的培养、训练,适应新形势、新任务和世界经济一体化对防灾救灾的需 要。
      三、加强城市 标志性建筑的防灾工作
      北京是世界著 名的文化古都,又是正在向国际化大都市边进的特大型城市,从过去到现在,各个不同历史时期都有一些重要标志性建筑,如:故宫、天安门、人民大会堂、革命历史博物馆、毛主席纪念堂、中华世纪坛等等。目前,已经动工或 准备动工的有国家大剧院和西直门立体交通枢纽工程。这两项工程都是通过国内外招标由外国设计的国家和北京市的重点工程,也是新时期具有鲜明特色的重要标志性建筑。一个位于大安门广场、大会堂西侧的国家大剧院,另一 个位于西直门立交桥西北侧的西直门立体交通枢纽。这两个工程不仅防灾而且在救灾方面均有一系列特殊性和一些先天存在的复杂因素,不加强防灾研究与管理,都容易引起重大事故、国家大剧院布置在一个巨大钛合金椭圆形壳 体内,人员聚集的几个剧场均位于地面以下,数千人进出与观看节目均在地下,防火、防烟、排烟、报警、灭火、安全疏散等要求很高,一旦某些设施故障、失灵或发生火灾等,均将严重威胁大剧院人员的生命安全。而西直门立 体交通枢纽是将地铁、城市铁路、国家铁路和地区公共交通组合一起的国内第一个大型立体交通枢纽。该枢纽地下三层、地上(最高)24层、总建筑面积二 、三十万平方米,外观为通透豁亮的玻璃建筑。该工程功能复杂,不仅有众多的交通设施,还有大型超市和地下停车库、酒店及高档办公楼、公寓式写字楼、指挥中心等。每天进出人流将达一、二十万人。其突出问题是法国建筑 师采取全玻璃幕墙、全通透式概念设计,一栋高层主体周边均采取悬臂结构,对防震抗震不利;还要采取一系列防止水平和纵向蔓延的防火措施,随着时间的推移,能否保障长期有效,还有待实践检验。
      标志性建筑不 仅具有政治、经济、文化、历史的意义,而且又是吸引国内外游人的重要公共场所,其安全防灾更为重要。建议政府及有关部门组织专家与相关部门,研究制订可靠对策与安全技术措施,精心设计,精心施工,投入使用后精心管 理,确保标志性建筑的长远安全。

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