超大型商业综合体的性能化防火设计

摘 要：随着城市化进程的加快，城市建设呈现出新一态势，建筑工程的消防设计也面临了诸多挑战。超大型商业综合体在中国各地不断涌现，给现行消防规范提出了多项亟待解决的问题，本文分析了实际工作中遇到的防火设计问题，引入性能化防火设计理念，利用火灾场景模拟软件，对提出的性能化设计解决方案进行了验证，成功地解决了超大型商业综合体防火设计中的问题。

关键词：综合体 防火 设计 性能化 方案

1 工程基本情况

该超大型商业综合体工程包括五星级酒店、高级百货、国际连锁超市、室内外商业步行街、电影城、5A写字楼、高级住宅等业态，是集购物、餐饮、文化、娱乐等，是多种业态于一体的大型城市综合体。本工程总建筑面积86.35×104 m2，其中地上65.35×104 m2；地下21×104 m2。业态包括五星级酒店4.09×104 m2，购物中心13.61×104 m2，写字楼13.6×104 m2，住宅楼25.94×104 m2，商铺6.8×104 m2，商务酒店0.85×104 m2。

其中商务酒店按一类高层设计，购物中心商务酒店与购物中心之间设置4m宽天井，相邻面购物中心较低一侧为防火墙，购物中心屋顶设置采光顶，采光顶距商务楼大于15m，保证楼板、天窗耐火等级不小于1.00h。所以购物中心按多层设计；高层商务酒店与购物中心一体形成环形消防车道，商务酒店自身不能形成环形，保证一个长边的火灾扑救面，并大于1/4总长度，在此范围内有两处进入高层建筑的人员出入口，设置停车场地。

2 需要进行性能化防火设计的问题

鉴于该工程商业部分使用功能的需要及其体量和造型设计的独特性，在现有的消防设计方案中主要存在一些现行规范未予明确规定或不能完全按照规范规定进行设计的问题，需要运用性能化设计方法进行分析论证，确证其消防安全设计是否可达到规范要求的同等水平。根据现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2006（下文简称《建规》），其主要存在的消防设计问题如下。

2.1 防火分区远远超出《建规》规定的数值

根据《建规》规定，在设有自动喷水灭火系统的情况下，每个防火分区允许最大建筑面积为5000m2。本工程的室内步行街是由若干个大小不一的小中庭组成，步行街一层至三层之间通过楼板分隔，楼板的不同部位有开口，故形成了若干个建筑面积不同贯穿3层的小中庭，各层建筑面积如表2-1所示。

表2-1 室内步行街建筑面积统计

项目 层数 建筑面积（m2） 合计（m2）

室内步行街 1 17702 52517

2 16183

3 18632

本超大型商业综合体内步行街一层至三层之间通过挑空楼板相互贯通，形成了一个巨大中庭，按照规范要求，在划分防火分区时可用防火卷帘将各层的开口与回廊进行分隔，但由于步行街面积远超过了规范规定的5000m2防火分区的要求，而对于如此大体量的综合性商业建筑，目前现行的国家标准尚无相关防火设计方面的规定；另按照现有建筑布局，各层回廊在疏散过程中起到关键作用，如按防火分区划分要求加设防火卷帘，必然会使回廊分隔成许多不贯通的走廊，在人员疏散时造成视线不通，违背人员从哪里来返回时还往哪里走的行为习惯，容易造成人员混乱，不利于疏散。但是如果不分隔将导致商业步行街防火分区面积过大，不满足《建规》第5.1.9条的规定。

2.2 安全疏散宽度基本满足《建规》要求，但疏散距离超规范要求

本超大型商业综合体工程人员安全疏散疏散宽度如如表2-2所示。

表2-2 各防火分区安全出口宽度统计

位置 防火

分区 业态 建筑

面积

（m2） 营业厅

面积

（m2） 计算

方式 疏散

人数

（人） 建规要求

疏散宽度

（m） 现有疏

散宽度

（m） 现有宽度与规范要求宽度比

一层 1-1 百货 4433.86 4139.86 0.5*0.85 1760 11.43 13.80 121%

1-2 4599.86 4791.86 2037 13.24 13.20 100%

1-3 商业 3607.34 3160.34 1343 8.73 15.60 179%

1-4 商业 3541.66 3398.66 1444 9.39 10.20 109%

1-5 商业 2371.87 2018.87 858 5.57 9.00 162%

1-6 酒楼 207.08 207.08 88 0.57 4.5 790%

1-7 305.50 305.50 130 0.84 9.6 1143%

步行街 内街铺

和走道 17702.36 17402.36 7396 48.07 46.30 96 %

小计 36769.53 15056 97.84 122.2 125%

二层 2-1 百货 4142.74 3917.74 0.5*0.85 1665 10.82 13.80 128%

2-2 4682.29 4508.29 1916 12.45 13.20 106%

2-3 国美 3469.00 3257.00 1384 9.00 13.20 147%

2-4 KTV 3792.60 3651.60 0.5 1826 11.87 16.80 142%

步行街 内街铺

和走道 16182.51 15882.51 0.5*0.85 6623 43.05 54 125%

小计 32269.14 13414 87.19 111 127%

三层 3-1 百货 4377.41 4177.41 0.5*0.77 1608 12.06 13.80 114%

3-2 4524.54 4350.54 1675 12.56 13.20 105%

3-3 大玩家 2098.77 1968.77 0.5 984 7.38 8.40 114%

3-4 电影院 3018.00 2978.00 固定座位数+400 2501 18.76 20.40 109%

3-5 酒楼 2870.90 2803.90 0.5*0.77 1080 8.10 8.30 102%

3-6 833.87 800.87 308 2.31 3.60 156%

步行街 内街铺

和走道 18632.26 18632.26 7058 52.93 54 102%

小计 36355.75 15214 114.1 121.7 107%

四层 4-1 百货 4958.00 4758.00 0.5*0.6 1427 14.27 13.80 97%

4-2 4982.26 4808.26 1465 14.65 13.20 90%

4-3 商管用房 1310.75 1208.75 363 3.63 6.60 182%

4-4 电影院夹层 2394.00 2262.00 679 6.79 12.90 190%

4-5 酒楼 2023.65 1956.65 587 5.87 8.30 141%

4-6 957.44 924.44 277 2.77 6.60 238%

小计 16626.1 4798 47.98 61.4 128%

部分疏散楼梯在首层的出口设在步行街内，人员需通过步行街公共区域到达室外，疏散距离大于15m，如图2-1所示，不能满足《建规》第5.3.13条的规定。步行街首层最大疏散距离大于37.5m，为64m，如图2-2。

图2-1 不能直通室外疏散楼梯示意图

图2-2 步行街首层疏散距离示意图

3 性能化防火设计解决方案

建筑物的消防安全目标可能包括人员生命安全、财产安全、建筑结构安全、建筑使用或商业运行的连续性和环境保护等。根据建筑物使用功能和结构形式、建筑高度等，不同建筑的消防安全目标可能有所不同，其性能目标也有所差异。针对本项目需要进行性能化防火设计的问题，制定出相应的性能化防火设计解决方案。

3.1 相关问题的解决方案

近年来，我国的大型商场设计理念已从传统单一的百货商店转向综合性的商业中心。这些现代化的商业中心往往集购物、休闲娱乐、运动、餐饮于一身。商业布局上，也有多种的形式，既有满足人们对不同风格和品牌需求的精品商业街的形式，又有适应家电、百货、超市业态的面积较大的主力店。

不同的业态和商业功能布局的可燃物和火灾荷载的分布特点、火灾和烟气蔓延特点、人流特点也不同。如本建筑内的步行街，由大小不一的中庭、公共走道及其两侧面积较小的一连串精品店组成，其中宽敞的中庭和走道组成的公共区域，占据了步行街的较大一部分面积，这部分公共区域主要是火灾荷载较低的人流通行空间。

由于这样的建筑和商业布局特点，如按规范要求数千平方米划分为一个防火分区，在连通各层的中庭开口处设防火卷帘在商业街中实施有很大困难，会造成人流通行空间隔断和使用大量大面积、大跨度的防火卷帘，增加消防设施本身的不可靠性。因此，需要在性能化分析评估的基础上对其新的设计理念进行论证并提出相应调整方案和加强措施，确证其消防安全功能是否可达到规范要求的同等水平。

3.2 将步行街走道设计为“临时安全区”

该购物中心室内步行街两侧商铺店面的间距为10m～15m。初步设计方案拟将室内步行街首层及环廊设计为“临时安全区”，以解决部分疏散楼梯必须疏散到室内步行街首层，而不能直接通向室外的问题。

根据火灾蔓延、烟气扩散机理，借鉴其他类似工程的做法，并考虑本建筑布局特点，现将初步设计方案和本报告对室内步行街要求的条件汇总如下：

1、步行街及各层环廊仅作为人流通行的走道使用，不应布置摊位、展示台等阻碍人员疏散的物品及任何可燃物体。

2、室内步行街两侧的商铺之间及与步行街公共区之间应采取防火分隔措施，并应符合下列规定：

1）将步行街两侧商铺分隔为以精品店为主的小商铺。对于非餐饮类商铺，建筑面积不应大于300m2；对于餐饮类商铺，建筑面积不应大于500m2，且使用燃气等明火的厨房和备餐区与营业区之间应采用耐火极限不低于2.00h的墙体和甲级防火门进行分隔。

2）步行街两侧商铺之间分隔墙体的耐火极限不应小于2.00h，隔墙应分隔到楼板底。

3）商铺与室内步行街公共区之间应采用耐火极限不小于1.00h的分隔物进行分隔。当采用防火玻璃进行分隔时，相关参数根据实验（见附录A）确定如下：

A、分隔玻璃构件应为平面玻璃，不应采用曲面、折面、波浪等异形玻璃，玻璃的厚度不宜低于12mm，可开启的玻璃门的厚度宜在10mm～12mm之间，高度不宜大于4.0m。

B、店铺的店招宜布置在玻璃外侧，且采用不燃烧材料。玻璃的上檐至楼板处应采用不燃材料进行封堵（吊顶至楼板处封堵构件耐火极限不应小于1h），其封堵材料在店铺内侧宜与玻璃平齐，如确有困难时，材料凸出宽度不应大于50mm；除可开启的玻璃门外，其他部位防火玻璃之间的缝隙应采用防火胶进行封堵。

C、应设置独立的自动喷水系统冷却保护。

D、自动喷水系统的喷头宜采用边墙型或窗式快速响应喷头，喷头动作温度为68℃，工作压力应经计算确定，但不应小于0.1MPa，喷水强度不应小于0.5L/s・m。当喷头距地面的高度大于4.0m时，每增加1.0m，喷水强度应增加0.1L/s・m（不足1.0m，按1.0m计）。用水量按保护长度和保护时间计算确定，保护长度按沿街玻璃铺面最长的店铺的实际长度的1.5倍且不小于30m确定，设计喷水时间不应小于1.0h。

E、喷头应安装在店铺内侧吊顶下方，喷头溅水盘与顶板的距离不应小于150mm，且不应大于300mm。喷头间距不应大于2.0m，也不宜小于1.8m，与玻璃的水平距离不应大于0.3m，喷头的安装如图3-1所示。

图3-1 室内步行街两侧商铺采用防火玻璃分隔示意图

图3-2 多个商铺的总建筑面积大于2000m2时的分隔要求

4）当步行街单侧多个商铺的总建筑面积大于2000m2时，为了控制火灾和烟气蔓延，每隔2000m2需要采用耐火极限不低于3.00h的防火墙进行分隔，防火墙两侧门窗洞口的水平距离不小于2m。如图3-2所示。防火墙上的通风排烟管需设置防火阀。

3、商铺、辅助用房等开向室内步行街公共区的门在火灾时应能自动关闭。建议采用带电磁门吸的双向弹簧门（不带定位器），平时采用电磁门吸使之常开，火灾时报警系统切断电源，使门自动关闭，关闭后能从两侧手动开启并再自动关闭。

4、百货商场或主力店等其他大型商业空间，应按建筑面积不大于5000m2划分为独立的防火分区，并采用防火墙与步行街公共区进行分隔，人流必需的开口可采用特级防火卷帘或甲级防火门替代防火墙，但每个防火分区与步行街连通的开口部位防火卷帘和防火门的总宽度不应大于10m。

5、首层不能直通室外的疏散楼梯至室内步行街的走道两侧应设置耐火极限不低于1.00h的墙体，不应采用防火玻璃。

6、疏散楼梯的出、入口通道应与楼梯梯段和前室门宽相一致。

7、商铺内均设置自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统以及机械排烟系统。

8、为防止由于一些移动可燃物，如给店铺上货的推车、节日的装饰、顾客的行李等发生火灾，在面积大于300m2的中庭内设大空间自动扫描定位喷水灭火系统。

9、步行街内的消火栓应设消防软管卷盘，间距不宜大于30.0m，消火栓充实水柱长度不小于13m。

10、步行街公共区及环廊内均应设置火灾探测器，净空高度大于12.0m的空间，宜采用红外光束感烟探测器或吸气式感烟探测器。

11、步行街内消防应急照明供电时间不应小于60min，且保证地面最低水平照度不应小于2.0Lx；步行街公共区还应设置疏散指示标志和消防应急广播系统。疏散指示应采用具有火灾时能优化疏散路径功能的集中控制型疏散指示系统。

12、步行街顶部设置独立的机械排烟系统，排烟量应按换气次数不小于6次/小时确定，其具体排烟量将通过下文分析确定。或在步行街屋顶天窗开设高侧窗自然排烟，开窗有效面积约1182m2，约占步行街首层地面面积的15%。

13、室内步行街公共区的地面和墙面装修应采用A级材料，其他部位的装修不应低于B1级；顶棚为不燃或难燃材料，其承重结构的耐火极限不低于1.0h。

14、购物中心消防作业面一侧的外墙，每层均应设置可供消防救援人员进入的窗口，窗口的净尺寸不得小于0.8m×1.0m，窗口下沿距室内地面不宜大于1.2m，每个防火分区的救援窗不少于1个，窗口的玻璃应易于破碎，并应设置可在室外识别的明显标志。

3.3 利用辅助疏散出口解决安全疏散问题

1、防火分区4-1、4-2分别应设计安全出口宽度14.27m、14.62m，现设计安全出口宽度分别为13.8m、13.2m，分别相差0.47m、1.45m。建议防火分区4-2向防火分区4-1增设宽1.5m的甲级防火门，防火分区4-1向屋顶增设宽1.2m的甲级防火门，作为辅助疏散出口，如图3-4所示。待详细装修时，辅助疏散出口应设置在人流走道上，或人流走道的两侧。

图3-4 辅助疏散出口示意图

2、除首层步行街外，其他商业区域人员最大疏散距离均应小于37.5m，由于受防火分区防火分隔构件的影响，部分疏散距离大于37.5m的区域应向相邻防火分区增设甲级防火门，作为辅助疏散出口，辅助疏散出口应设置在人流走道上，或人流走道的两侧，以易于被人员发现。

3.4 选用高性能自动灭火系统

相关试验研究表明，快速响应喷头比标准响应喷头动作快，能减少火灾损失20%，将最大热释放率降低45%，环境温度降低25%。因此，建议各商业区的自动喷水灭火系统的洒水喷头采用快速响应喷头。

3.5 设置集中控制型疏散指示系统

由于本建筑不同功能区的人员荷载相差较大，造成部分区域疏散楼梯宽度不足。本报告提出的设计方案采用了“借用开向相邻防火分区的甲级防火门作为疏散出口”的理念，以达到各防火分区疏散出口宽度满足规范要求；此外，步行街内的疏散距离相对偏长。为提高疏散出口的利用效率，快速引导人员疏散。在本建筑商业区地面设置具有火灾时能优化疏散路径功能的集中控制型疏散指示系统。

疏散指示标志的间距不宜大于5.0m；并在需要借用相邻防火分区疏散的路线、疏散距离大于30m的疏散路线、步行街首层设置疏散导光流标志，导光流疏散引导标志的间距不宜小于3m，转角处不宜小于1.5m。

此外，本建筑需要疏散的人员较多，所需疏散时间偏长，并考虑到后期救援的需要。故要求疏散走道的地面最低水平照度不应低于2.0Lx，楼梯间内的地面最低水平照度不应低于5.0Lx，并保证持续供电时间不小于60min。

4 场景模拟验证

经综合比较最终选用由美国国家标准与技术研究院（NIST）开发的FDS系统，对该超大型商业综合体进行了计算机火灾场景模拟，验证了上述性能化防火设计完全满足火灾时人员疏散、烟气流动、CO分布等设计目标，确保了该超大型商业综合体的消防安全。