大空間建筑防火性能化設(shè)計(jì)探討

1、大空間建筑防火性能化設(shè)計(jì)探討 摘要：本文首先簡述了防火性能化設(shè)計(jì)，其次分析了大空間建筑火災(zāi)防治特征，最后闡述了大空間建筑防火性能化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：性能化設(shè)計(jì) 大空間建筑 特征 大空間建筑的防火安全設(shè)計(jì)涉及建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、空調(diào)、給排水等多方面的內(nèi)容，在設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮火災(zāi)中的人身安全，同時考慮如何降低成本，減少火災(zāi)發(fā)生和火災(zāi)損失，防止火災(zāi)的擴(kuò)大和蔓延，利用防火性能化設(shè)計(jì)的思想，可以彌補(bǔ)現(xiàn)行規(guī)范的不足，進(jìn)一步適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。 一、 防火性能化設(shè)計(jì)概述 防火性能化設(shè)計(jì)方法是建立在消防安全工程學(xué)基礎(chǔ)上的一種新的建筑防火設(shè)計(jì)方法，它運(yùn)用消防安全工程學(xué)的原理與方法，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、用

2、途和內(nèi)部可燃物等方面的具體情況，對建筑的火災(zāi)危險性和危害性進(jìn)行定量的預(yù)測和評估，從而得出最優(yōu)化的防火設(shè)計(jì)方案，為建筑物提供最合理的防火保護(hù)。 防火性能化設(shè)計(jì)方法是當(dāng)前建筑防火領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，是人們關(guān)注的最前沿、最活躍的研究領(lǐng)域。建筑防火性能化設(shè)計(jì)最終達(dá)到的安全目標(biāo)是：（1）防止起火及火勢擴(kuò)大，減少財物損失；（2）保證安全疏散，確保生命安全；（3）保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不致因火災(zāi)而損壞或波及鄰房；（4）為消防救援提供必要的設(shè)施。 二、 大空間建筑火災(zāi)防治特征分析 由于建筑結(jié)構(gòu)的特殊性和使用功能的具體需要，大空間建筑的火災(zāi)發(fā)生與普通建筑有著明顯的差別，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 一是火災(zāi)控制難度大。大空間建

3、筑防火往往為了控制煙氣蔓延，在建筑物內(nèi)設(shè)置防煙分區(qū)，但是大空間建筑內(nèi)無法有效的采取分隔措施是一大難題。例如在館廳式建筑內(nèi)，解決迅速排煙問題是尤其重要的，應(yīng)研究有效的自然排煙和機(jī)械排煙的方法。中庭往往是大型高層建筑的組成部分，它將多個樓層相連。而中庭的底部通常是火災(zāi)最可能發(fā)生的位置，因此煙氣控制不僅要解決頂部排煙，還需解決防止煙氣由起火樓層流入中庭及由中庭反流到其他樓層的問題。 二是探測預(yù)警機(jī)制的局限。目前在普通建筑中廣泛使用的火災(zāi)探測器大都是以煙氣濃度或溫度為信號進(jìn)行探測的，且大都安裝在頂棚。大空間建筑中，一般層高比較高，空氣的稀釋，火災(zāi)煙氣到達(dá)十幾米或幾十米的高度時，其溫度和濃度都大大降低，

4、不足以啟動火災(zāi)探測器，能夠達(dá)到啟動探測器的時候，火災(zāi)已經(jīng)形成了很大的規(guī)模，或者已經(jīng)造成了很大的損失，延誤了早期滅火的有利時機(jī)。 三是人員的安全疏散相當(dāng)困難。大空間建筑相應(yīng)的就意味著是繁華的公共場所，人員高度密集式必然的，而且這些人員一般都沒規(guī)律，呈現(xiàn)自由活動的游離狀態(tài)。一旦發(fā)生火災(zāi)，在較短的時間內(nèi)將人們迅速安全疏散是一件極為困難的事情。無論在現(xiàn)場指揮、逃離通道設(shè)置方面，都已呈現(xiàn)混亂局面，加上人們心理素質(zhì)的高低不同，慌亂中的人們很難以聽從指揮，給疏散進(jìn)一步造成困難。 三、大空間建筑防火性能化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 針對大空間建筑的消防防治特征，其防火性能化設(shè)計(jì)主要應(yīng)包括人員安全疏散、建筑物的防火能力和有

5、效的防火滅火措施三個方面： （一）人員安全疏散。人員疏散的安全評判標(biāo)準(zhǔn)是在綜合考慮人員疏散速度、火災(zāi)煙氣流動速度、火勢蔓延時間、建筑物安全牢固的基礎(chǔ)上，人員疏散的所需安全疏散時間（RSET）小于可用安全疏散時間（ASET）。其中RSET涉及的參數(shù)主要包括人流密度、行走速度、出口流動系數(shù)等；ASET涉及的參數(shù)主要包括火災(zāi)增長系數(shù)、火災(zāi)熱釋放系數(shù)、煙氣蔓延速率、排煙系數(shù)、建筑強(qiáng)度衰減系數(shù)、煙氣能見度、空氣溫度、CO濃度等?；馂?zāi)中，在保證建筑物基本強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，對人員疏散影響最大的是煙氣能見度、煙氣濃度和空氣溫度。依據(jù)資料，允許逃生的空氣溫度不應(yīng)高于60，允許逃生的CO濃度不應(yīng)高于500ppm，允許

6、逃生煙氣能見度不應(yīng)小于13米。煙氣濃度可以通過自動噴水滅火系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時，由于大空間建筑空間高、體積大的特性，本身具有較強(qiáng)的蓄煙功能，而應(yīng)用排煙系統(tǒng)可能會破壞火災(zāi)中已經(jīng)穩(wěn)定的熱煙層。因此，最好是對此類大空間建筑的煙氣流動模式建立一個基于實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，通過對煙氣蔓延的模擬，建立一個可性能化設(shè)計(jì)的平臺，為排煙設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性依據(jù)。 （二）建筑物的防火能力。鑒于大空間建筑的功能特點(diǎn)，其承重構(gòu)件主要為鋼梁和鋼柱。因此，在對大空間建筑的性能化設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)將防止鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效作為設(shè)計(jì)的一個重點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)失效時的臨界溫度與鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的幾何形狀、截面系數(shù)、負(fù)載情況有關(guān)，因此，

7、可以通過對不同鋼結(jié)構(gòu)的模擬試驗(yàn)，建立數(shù)據(jù)庫模型，確定不同情況下鋼結(jié)構(gòu)的臨界溫度。從消防工程的觀點(diǎn)看，如果火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)在要求的耐火時間內(nèi)沒有達(dá)到臨界溫度，則不需要額外的防火保護(hù)；如果達(dá)到臨界溫度，則需要計(jì)算等效時間來確定鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)時間。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求，人員密集場所建筑耐火等級不應(yīng)低于二級，柱的耐火等級不應(yīng)低于2.5h，梁的耐火等級不應(yīng)低于1.0h，屋面承重構(gòu)件的耐火等級不應(yīng)低于1h。目前，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要分為薄型、超薄型、厚型三種，而超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料因其美觀及易施工、易裝修等特點(diǎn)，使用頻次最高，鋼結(jié)構(gòu)管材網(wǎng)架的內(nèi)循環(huán)水冷卻保護(hù)法還停留在研究探討階段。優(yōu)良的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料可以將

8、鋼結(jié)構(gòu)的耐火時間提高至3h以上。具體的耐火時間可以根據(jù)建筑物的設(shè)計(jì)等級來確定。 （三）有效的防火滅火措施。在傳統(tǒng)的探測報警設(shè)備中，感溫探測器只能探測8m及以下高度的空間，感煙探測器為12m及以下，火焰探測器及紅外光束感煙探測器為20m及以下。鑒于大空間建筑的構(gòu)造特性，功能區(qū)等固定房間可采用普通感溫（煙）探測器，而展覽區(qū)等大空間部位在實(shí)際施工中多采用雙波段火焰探測器、線型光束圖像感煙探測器、掃描式火災(zāi)探測器、主動時氣體探測器等配合自動水炮系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)。其中以圖像型火災(zāi)探測報警系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。一般認(rèn)為，在大空間建筑內(nèi)水系統(tǒng)滅火方式仍然是最適宜的滅火方式。對于快速響應(yīng)早期抑制噴頭（ESFR），噴

9、頭具有反應(yīng)快，水滴大，流量大，壓力高等特點(diǎn)，可適用于9-13m的大空間建筑，但作用效果受安裝結(jié)構(gòu)規(guī)整度、建筑高度的影響較大，消防用水量偏高，因此施工方在ESFR的有效性和可行性上考慮較多；自動消防炮具有定位準(zhǔn)確，滅火效率高，保護(hù)面積大，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，同時對非火災(zāi)區(qū)域造成的損失小，可結(jié)合室內(nèi)建筑裝修實(shí)際合理布置，但一次性投資較高，對人員密集場所還應(yīng)考慮到防止人身意外傷害的問題。 四、大空間建筑防火性能化設(shè)計(jì)的案例研究 晉江*海峽西岸國際采購與區(qū)域物流中心（一期） C-2 地上部分展廳工程6位于晉江市磁灶鎮(zhèn)，總用地面積 117300 平方米（約 175.95 畝），總 建筑面積227078.8

10、 平方米，建筑高度23.85 米，其中C-2 展廳地下室層數(shù)二層， 地下二層為設(shè)備用房、消防水池及汽車庫，建筑占地面積 61369 平方米，建筑面 積 120467 平方米，地下汽車庫停車位 1479 位，屬類地下汽車庫，耐火等級一 級；地下一層為展廳、倉儲間及設(shè)備用房，倉庫火災(zāi)危險性類別為丙類；C-2 展廳地上部分層數(shù)三層，地上一至三層均為展廳，建筑占地面積37151 平方米， 建筑面積 110442 平方米，耐火等級二級。 該建筑是一種新的建筑類型，其使用性質(zhì)是以電子商務(wù)為主要交易手段的商 品展示中心。主要經(jīng)營模式形態(tài)和特點(diǎn)為：以展示交易、電子網(wǎng)絡(luò)商務(wù)、異地倉 庫提貨，需要通透的大空間保證

11、人流的延續(xù)性。 場 景 面積（m2 ） 疏散人數(shù)（人） 所需疏散寬度（m ） 實(shí)際疏散寬度（m ） 中庭 地上一層 6641.6 20187.2 3388 8875 22.02 60.28 73.5 103.6 地上二層 6772 2879 18.7 15.05 地上三層 6773.6 2608 19.56 15.05 展廳 地上二層 6442 2738 17.8 15.13 （85） 地上三層 6531 2515 18.86 15.13（80.2） 注：地上一層至地上三層中庭貫通區(qū)域?yàn)橐粋€防火分區(qū) 表1 C2 地上展廳各防火分區(qū)疏散寬度統(tǒng)計(jì)表 地上商品展示中心類型展廳的其它區(qū)域，應(yīng)嚴(yán)格按照建

12、筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 （GB50016-2006）等現(xiàn)行防火技術(shù)規(guī)范進(jìn)行消防設(shè)計(jì)。 因此，本報告將運(yùn)用火災(zāi)安全工程學(xué)原理，根據(jù)晉江*海峽西岸國際采購與區(qū)域物流中心C-2 地上展廳的結(jié)構(gòu)功能、可燃物特性、消防設(shè)施等具體情況，采用消防工程學(xué)方法，對火災(zāi)危險性和危害性進(jìn)行定性和定量的分析研究，如何優(yōu)化使用防火卷簾，合理劃分防火、防煙分區(qū)、選擇防排煙方式以及排煙口、補(bǔ)風(fēng) 口位置布置是否合理，以保證大空間內(nèi)有足夠高的無煙區(qū)域，保障人員的安全疏散，需要進(jìn)行論證分析。 總體解決方案： 傳統(tǒng)的消防解決方法是用實(shí)體防火墻對大空間進(jìn)行有效的防火分隔，劃分為 兩個或兩個以上符合規(guī)范要求的防火分區(qū)，但這種做法不能滿足該展覽

13、廳大空間 建筑的使用功能需求。原方案采用了過大比例的防火卷簾進(jìn)行防火分隔，不符合 現(xiàn)行防火規(guī)范的技術(shù)要求，通過消防性能化設(shè)計(jì)，優(yōu)化調(diào)整特級防火卷簾使用比 例，重新、合理劃分防火分區(qū)，得到現(xiàn)有消防設(shè)計(jì)方案，減少了消防投入并能夠 保證項(xiàng)目的整體消防安全。 針對現(xiàn)有消防設(shè)計(jì)方案中存在的防火分區(qū)面積過大和疏散寬度不足等消防問題，根據(jù)該工程項(xiàng)目的具體特點(diǎn)，針對建筑不同業(yè)態(tài)形式，辨識火災(zāi)危險源，設(shè)定合理的火災(zāi)場景，分析各火災(zāi)場景的火災(zāi)動力學(xué)特性，評估現(xiàn)有消防安全措施的有效性，并在消防措施的協(xié)同配合與日常管理維護(hù)等方面提出意見和建議，旨在保證項(xiàng)目的整體消防安全，使火災(zāi)安全目標(biāo)、火災(zāi)損失目標(biāo)和設(shè)計(jì)目標(biāo)良好 結(jié)

14、合，有助于實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防治科學(xué)性、有效性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，并為本項(xiàng)目通過消防安全論證會提供技術(shù)支持。 火災(zāi)危險性研究的具體判定準(zhǔn)則是從火災(zāi)發(fā)生到危險狀態(tài)的時間 ASET是否大于從火災(zāi)發(fā)生到建筑物內(nèi)人員全部疏散完畢的時間RSET（參見圖1）。本項(xiàng)目中考慮的火災(zāi)危害包括了煙氣的溫度、能見度和CO 濃度，保證人員安全的目標(biāo)可以通過火災(zāi)早期探測和高效撲救滅火來達(dá)到。 可用安全疏散時間ASET 必需安全疏散時間RSET 探測報警時間疏散準(zhǔn)備時間 運(yùn)動疏散時間 圖2 建筑火災(zāi)人員安全判據(jù)示意圖 有關(guān)煙氣控制和安全疏散的可供選擇的解決方案的研究方法，是可用的安全 疏散時間（ASET ）足以超過需要的安全疏散時間（

15、RSET ），如果能滿足此條件， 則這個可供選擇的解決方案便可行。具體為： 1）通過設(shè)計(jì)合理的火災(zāi)場景，計(jì)算火災(zāi)條件下煙氣運(yùn)動情況，得出不同火 災(zāi)場景下煙氣威脅到人員安全疏散的時間，即可用的安全疏散時間ASET； 2 ）計(jì)算所選取的疏散場景計(jì)算區(qū)域內(nèi)的人員疏散情況，得出人員疏散至安 全區(qū)域的時間，即必需安全疏散時間RSET； 3）比較ASET 和 RSET的值，判斷其安全性，并分析排煙方式、滅火系統(tǒng)的有效性，同時提出可行性建議。 由于晉江*海峽西岸國際采購與區(qū)域物流中心 C-2 地上展廳的建筑形式和使 用功能特點(diǎn)，不允許也不可能在這些大空間區(qū)域設(shè)置大量的物理防火分隔，如防火墻、防火卷簾等，因?yàn)檫@將嚴(yán)重影響展廳的功能性和建筑表現(xiàn)形式，所以存在防火分區(qū)面積過大、疏散寬度不足和防排煙方式是否有效等問題，因此，需要科學(xué)地引入消防性能化設(shè)計(jì)，因地制宜、未雨綢繆地個案分析能較好的實(shí)現(xiàn)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)原則。 參考文獻(xiàn) 1高層建筑性能化防火設(shè)計(jì)案例匯編M.公安部消防局,2002. 2霍然,袁宏永.性能化建筑防火