空间较大建筑防火性能研讨

摘 要：结合当前较大空间建筑简述了防火性能化设计，同时进一步分析了空间较大建筑火灾防治特征，最后阐述了空间较大建筑防火性能化设计的主要内容。

关键词：建筑防火；空间较大建筑；特点

中图分类号：U298.4 文献标识码：A

空间较大建筑的防火安全设计涉及建筑、结构、电气、空调、给排水等多方面的内容，在设计中应优先考虑火灾中的人身安全，同时考虑如何降低成本，减少火灾发生和火灾损失，防止火灾的扩大和蔓延，利用防火性能化设计的思想，可以弥补现行规范的不足，进一步适应社会经济发展的需要。

一、防火性能设计解析

防火性能化设计方法是建立在消防安全工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法，它运用消防安全工程学的原理与方法，根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，对建筑的火灾危险性和危害性进行定量的预测和评估，从而得出最优化的防火设计方案，为建筑物提供最合理的防火保护。

防火性能化设计方法是当前建筑防火领域最先进的技术，是人们关注的最前沿、最活跃的研究领域。建筑防火性能化设计最终达到的安全目标是：（1）防止起火及火势扩大，减少财物损失；（2）保证安全疏散，确保生命安全；（3）保护建筑结构不致因火灾而损坏或波及邻房；（4）为消防救援提供必要的设施。

二、空间较大建筑火灾防火特点详解

由于建筑结构的特殊性和使用功能的具体需要，空间较大建筑的火灾发生与普通建筑有着明显的差别，主要表现在以下几个方面。

1、火灾控制难度大。空间较大建筑防火往往为了控制烟气蔓延，在建筑物内设置防烟分区，但是空间较大建筑内无法有效的采取分隔措施是一大难题。例如在馆厅式建筑内，解决迅速排烟问题是尤其重要的，应研究有效的自然排烟和机械排烟的方法。中庭往往是大型高层建筑的组成部分，它将多个楼层相连。而中庭的底部通常是火灾最可能发生的位置，因此烟气控制不仅要解决顶部排烟，还需解决防止烟气由起火楼层流入中庭及由中庭反流到其他楼层的问题。

2、探测预警机制的局限。目前在普通建筑中广泛使用的火灾探测器大都是以烟气浓度或温度为信号进行探测的，且大都安装在顶棚。空间较大建筑中，一般层高比较高，空气的稀释，火灾烟气到达十几米或几十米的高度时，其温度和浓度都大大降低，不足以启动火灾探测器，能够达到启动探测器的时候，火灾已经形成了很大的规模，或者已经造成了很大的损失，延误了早期灭火的有利时机。

3、人员的安全疏散相当困难。空间较大建筑相应的就意味着是繁华的公共场所，人员高度密集式必然的，而且这些人员一般都没规律，呈现自由活动的游离状态。一旦发生火灾，在较短的时间内将人们迅速安全疏散是一件极为困难的事情。无论在现场指挥、逃离通道设置方面，都已呈现混乱局面，加上人们心理素质的高低不同，慌乱中的人们很难以听从指挥，给疏散进一步造成困难。

三、空间较大建筑防火性能化设计的具体剖析

针对空间较大建筑的消防防治特征，其防火性能化设计主要应包括人员安全疏散、建筑物的防火能力和有效的防火灭火措施三个方面：

1、人员安全疏散。人员疏散的安全评判标准是在综合考虑人员疏散速度、火灾烟气流动速度、火势蔓延时间、建筑物安全牢固的基础上，人员疏散的所需安全疏散时间（RSET）小于可用安全疏散时间（ASET）。其中RSET涉及的参数主要包括人流密度、行走速度、出口流动系数等；ASET涉及的参数主要包括火灾增长系数、火灾热释放系数、烟气蔓延速率、排烟系数、建筑强度衰减系数、烟气能见度、空气温度、CO浓度等。火灾中，在保证建筑物基本强度的基础上，对人员疏散影响最大的是烟气能见度、烟气浓度和空气温度。依据资料，允许逃生的空气温度不应高于60℃，允许逃生的CO浓度不应高于500ppm，允许逃生烟气能见度不应小于13米。烟气浓度可以通过自动喷水灭火系统和防排烟系统进行控制，同时，由于空间较大建筑空间高、体积大的特性，本身具有较强的蓄烟功能，而应用排烟系统可能会破坏火灾中已经稳定的热烟层。因此，最好是对此类空间较大建筑的烟气流动模式建立一个基于实验室或实际数据的数据库，通过对烟气蔓延的模拟，建立一个可性能化设计的平台，为排烟设计提供指导性依据。

2、建筑物的防火能力。鉴于空间较大建筑的功能特点，其承重构件主要为钢梁和钢柱。因此，在对空间较大建筑的性能化设计中，主要应将防止钢结构强度失效作为设计的一个重点。钢结构失效时的临界温度与钢结构的材质、结构的几何形状、截面系数、负载情况有关，因此，可以通过对不同钢结构的模拟试验，建立数据库模型，确定不同情况下钢结构的临界温度。从消防工程的观点看，如果火灾中钢结构在要求的耐火时间内没有达到临界温度，则不需要额外的防火保护；如果达到临界温度，则需要计算等效时间来确定钢结构的保护时间。根据《建筑设计防火规范》的要求，人员密集场所建筑耐火等级不应低于二级，柱的耐火等级不应低于2.5h，梁的耐火等级不应低于1.0h，屋面承重构件的耐火等级不应低于1h。目前，钢结构防火涂料主要分为薄型、超薄型、厚型三种，而超薄型钢结构防火涂料因其美观及易施工、易装修等特点，使用频次最高，钢结构管材网架的内循环水冷却保护法还停留在研究探讨阶段。优良的钢结构防火涂料可以将钢结构的耐火时间提高至3h以上。具体的耐火时间可以根据建筑物的设计等级来确定。

3、有效的防火灭火措施。在传统的探测报警设备中，感温探测器只能探测8m及以下高度的空间，感烟探测器为12m及以下，火焰探测器及红外光束感烟探测器为20m及以下。鉴于空间较大建筑的构造特性，功能区等固定房间可采用普通感温（烟）探测器，而展览区等空间较大部位在实际施工中多采用双波段火焰探测器、线型光束图像感烟探测器、扫描式火灾探测器、主动时气体探测器等配合自动水炮系统等先进技术。其中以图像型火灾探测报警系统应用最为广泛。一般认为，在空间较大建筑内水系统灭火方式仍然是最适宜的灭火方式。对于快速响应早期抑制喷头（ESFR），喷头具有反应快，水滴大，流量大，压力高等特点，可适用于9-13m的空间较大建筑，但作用效果受安装结构规整度、建筑高度的影响较大，消防用水量偏高，因此施工方在ESFR的有效性和可行性上考虑较多；自动消防炮具有定位准确，灭火效率高，保护面积大，响应速度快的特点，同时对非火灾区域造成的损失小，可结合室内建筑装修实际合理布置，但一次性投资较高，对人员密集场所还应考虑到防止人身意外伤害的问题。

四、空间较大建筑防火性能化设计的案例研究

中冶置业（营口）万隆广场有限公司 ，工程位于营口经济技术开发区昆仑山大街西，商业大厦南；工程总建筑面积353370.7m2，地上二十九层，地下三层，建筑高度99m，框剪结构；其中地下二、三层为车库，建筑面积为57514 m2；地下一层使用性质为商场，建筑面积为28426m2；地上商业一期(A区)为一至五层，建筑面积为89317.51m2，使用性质为商场；地上商业二期(B区)为一至六层，建筑面积为38257m2，使用性质为商场；一期（A区）1#楼为六至二十七层，建筑面积为24689.8m2，使用性质为住宅；2#楼为六至二十层，建筑面积为15908.12 m2，使用性质为住宅；3#楼为六至二十八层，建筑面积为25174.13 m2，使用性质为住宅；4#楼为六至二十八层，建筑面积为25104.35m2，使用性质为住宅；二期（B区）5#楼为七至二十九层，建筑面积为22639.56m2，使用性质为住宅；6#楼为七至二十九层，建筑面积为23491.23m2，使用性质为住宅 主要经营模式形态和特点为：以休闲、购物、娱乐商品展示为主，需要通透的空间较大保证人流的延续性。

地上商品销售中心类型的其它区域，应严格按照《建筑设计防火规范》 （GB50016-2006）等现行防火技术规范进行消防设计。 因此，本报告将运用火灾安全工程学原理，根据万隆广场结构功能、可燃物特性、消防设施等具体情况，采用消防工程学方法，对火灾危险性和危害性进行定性和定量的分析研究，如何优化使用防火卷帘，合理划分防火、防烟分区、选择防排烟方式以及排烟口、补风 口位置布置是否合理，以保证空间较大内有足够高的无烟区域，保障人员的安全疏散，需要进行论证分析。

总体解决方案：

传统的消防解决方法是用实体防火墙对空间较大进行有效的防火分隔，划分为两个或两个以上符合规范要求的防火分区，但这种做法不能满足该空间较大建筑的使用功能需求。原方案采用了过大比例的防火卷帘进行防火分隔，不符合现行防火规范的技术要求，通过消防性能化设计，优化调整特级防火卷帘使用比例，重新、合理划分防火分区，得到现有消防设计方案，减少了消防投入并能够保证项目的整体消防安全。 针对现有消防设计方案中存在的防火分区面积过大和疏散宽度不足等消防问题，根据该工程项目的具体特点，针对建筑不同业态形式，辨识火灾危险源，设定合理的火灾场景，分析各火灾场景的火灾动力学特性，评估现有消防安全措施的有效性，并在消防措施的协同配合与日常管理维护等方面提出意见和建议，旨在保证项目的整体消防安全，使火灾安全目标、火灾损失目标和设计目标良好 结合，有助于实现火灾防治科学性、有效性和经济性的统一，并为本项目通过消防安全论证会提供技术支持。

火灾危险性研究的具体判定准则是从火灾发生到危险状态的时间 ASET是否大于从火灾发生到建筑物内人员全部疏散完毕的时间RSET （参见图1）。本项目中考虑的火灾危害包括了烟气的温度、能见度和CO 浓度，保证人员安全的目标可以通过火灾早期探测和高效扑救灭火来达到。

有关烟气控制和安全疏散的可供选择的解决方案的研究方法，是可用的安全 疏散时间（ASET ）足以超过需要的安全疏散时间（RSET ），如果能满足此条件， 则这个可供选择的解决方案便可行。具体为：

1）通过设计合理的火灾场景，计算火灾条件下烟气运动情况，得出不同火灾场景下烟气威胁到人员安全疏散的时间，即可用的安全疏散时间ASET；

2 ）计算所选取的疏散场景计算区域内的人员疏散情况，得出人员疏散至安全区域的时间，即必需安全疏散时间RSET；

3）比较ASET 和 RSET 的值，判断其安全性，并分析排烟方式、灭火系统的有效性，同时提出可行性建议。

由于万隆广场建筑形式和使 用功能特点，不允许也不可能在这些空间较大区域设置大量的物理防火分隔，如防火墙、防火卷帘等，因为这将严重影响到其功能性和建筑表现形式，所以存在防火分区面积过大、疏散宽度不足和防排烟方式是否有效等问题，因此，需要科学地引入消防性能化设计，因地制宜、未雨绸缪地个案分析能较好的实现安全可靠、技术先进、经济合理的设计原则。

参考文献

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