大型商業(yè)購物中心中庭防火分隔與人員疏散消防設(shè)計

大型商業(yè)購物中心中庭防火分隔與人員疏散消防設(shè)計韓雷1，況凱騫2（1.山東省淄博市消防支隊，山東，淄博，2550002.廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院城市公共安全技術(shù)研究中心，廣東，廣州，511458）摘要：以某大型商業(yè)購物中心中庭區(qū)域的防火分隔方法是否滿足防火性能要求為工程案例,采用性能化防火設(shè)計的思想，設(shè)定了多個個最不利的火災(zāi)場景，針對這些火災(zāi)場景采用CFD方法，計算相應(yīng)的火災(zāi)動力學(xué)參數(shù)，并將計算的結(jié)果與人員疏散安全性能判據(jù)進行對比分析。研究結(jié)果表明,在該商業(yè)購物中心使用防火玻璃結(jié)合其他綜合分隔方法作為隔斷是可行的。關(guān)鍵詞：商業(yè)購物中心；性能化防火設(shè)計；防火玻璃；中庭；人員疏散CaseStudyonthePerformance-basedDesignofFireSeparationinAtriumandHumanEvacuationfortheShoppingMallLeiHan1,K.Q.Kuang2（1.FireDepartmentofZibo,Shandong,255000.2.ResearchCenterofUrbanPublicSafetyTechnology,InstituteofIndustryTechnologyofGuangzhou,Guangzhou,511458）Abstract：Acaseonwhetherthefireglassseparationwithadditionalfire-resistantpartitionmethodintheatriumofashoppingmallconformedtocertainfireperformancewasstudied.AfewscenariosweredesignedtocalculatethefireparametersbyCFDmethod.Thecalculatedresultswerecomparedtotheperformancecriteria.Theresultshowedthatusingfireglassastheseparationintheshoppingmallispractical,buttheeffectivenessofitsfireequipmentshouldbeensured.Keywords:Shoppingmall;performance-basedfireprotectiondesign;fire-resistantpartition;atrium;humanevacuation1引言近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種形式的商業(yè)建筑發(fā)展迅猛，經(jīng)營規(guī)模不斷擴大。商業(yè)建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且會成為社會不穩(wěn)定的重要因素。大型商業(yè)建筑具有建筑體量大、建筑內(nèi)部要求視覺通透性強、商業(yè)環(huán)境相對復(fù)雜等特點，其建筑結(jié)構(gòu)的主要特征包括[1-3]：占地面積大，建筑層數(shù)有所控制，建筑層數(shù)一般控制在10層以內(nèi)。多采用中庭貫穿結(jié)構(gòu)。綜合性商業(yè)建筑內(nèi)部商業(yè)環(huán)境氛圍要求較高，基于商品對室內(nèi)裝飾、燈光等環(huán)境要求和不同商位裝修等多種因素考慮，建筑在室內(nèi)設(shè)計時單個商鋪不設(shè)計開窗，而是在建筑的公共部分如中庭等設(shè)立玻璃天窗。防火分區(qū)和疏散人數(shù)較多。大型商業(yè)建筑一般均設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及自動噴水滅火系統(tǒng)，但由于其單層面積多在10000m2以上，因此每層均設(shè)置多個防火分區(qū)。而劃分防火分區(qū)一般多采用防火墻、防火卷簾，但在家電、家居商場的實際應(yīng)用中這些分隔方法可能與室內(nèi)商業(yè)環(huán)境要求相沖突。建筑商場內(nèi)多以商位招租為主要經(jīng)營模式，各商位業(yè)主為突出商品招攬生意，所以在攤位裝修及商品擺放上各有不同，致使整個商業(yè)建筑內(nèi)布局變化增加，疏散走道較復(fù)雜等在客觀上都增加了疏散時間。大型商業(yè)購物中心的中庭結(jié)構(gòu)，使得中庭、回廊及自動扶梯互相連接，創(chuàng)造出一個開放、通透的連續(xù)室內(nèi)空間，每個中庭頂部均有高側(cè)窗。中庭的這種開放通透的設(shè)置，使得廣場內(nèi)購物的人員能夠較輕松的認(rèn)清方向，對緊急狀況下的疏散非常有利。但由于中庭、走廊和自動扶梯的高低連接，給防火卷簾或水幕等分隔設(shè)施的設(shè)置造成較大困難，如中庭等區(qū)域設(shè)置防火卷簾進行分隔，有可能會阻礙商場內(nèi)的疏散路線，導(dǎo)致商業(yè)中心改變局部外觀，使建筑內(nèi)的人員迷失方向，而且在緊急情況下選擇疏散路線時，會擾亂人的方向感，并影響人群的流動。針對大型商業(yè)購物中心的這些特點，必須制定整體消防策略，綜合考慮防火分隔、人員疏散、煙氣控制、消防設(shè)置等各方面因素，進行整體消防安全性能化論證。筆者將以淄博市某大型商業(yè)購物中心為研究對象，綜合運用現(xiàn)有消防規(guī)范和基于性能化的火災(zāi)風(fēng)險評估方法，研究建筑中庭防火分隔措施的有效性以及對人員疏散的影響。2建筑概況與問題提出2.1建筑概況與功能定位淄博市某大型商業(yè)購物中心位于淄博市淄川區(qū)中心路段交匯處。建筑層數(shù)4層，建筑最高處32.5m，主要屋面高度22.5m?？傆玫孛娣e為71919.16m2，總建筑面積為150813m2，其中地上建筑4層，面積為116744m2，地下1層，建筑面積為34069m2。建筑耐火等級為一級，柱、梁、樓板、墻、樓梯、屋頂承重構(gòu)件和吊頂?shù)染捎貌蝗紵w。項目屬于綜合性商業(yè)建筑，各層功能為：地下一層為設(shè)備房、超市商鋪及車庫，地上一至四層為百貨、商鋪、車庫，四層局部為電影院。建筑平面呈通過中間大范圍中庭結(jié)構(gòu)連接的兩翼結(jié)構(gòu)（圖1）。建筑除各層車庫及超市區(qū)域（E、F、G）高度超過24m（為30.5m）外，建筑中其他區(qū)域總高度均未超過24m，各層車庫及超市區(qū)域與其他區(qū)域采用防火墻分隔。建筑北翼商業(yè)區(qū)、建筑東南面翼商業(yè)區(qū)以及連接兩區(qū)的中部設(shè)有多個中庭。中部中庭高度為32.5m，兩翼內(nèi)部中庭高度為22.5m。圖1建筑防火分區(qū)示意圖2.2項目存在的消防安全難點能見度不會對人員身體和疏散造成影響，因此可以認(rèn)為防火分隔方式是有效的。圖3三層近中庭店鋪火災(zāi)場景F-5測點位置溫度變化情況關(guān)于建筑中庭的防火分隔問題，在美國消防協(xié)會《生命安全規(guī)范》（NFPA101，LifeSafetyCode）第8.6.7節(jié)中提出了相應(yīng)的要求[10]，在本項目的防火分隔措施設(shè)置上，工程設(shè)置均符合NFPA的相關(guān)規(guī)定。同時根據(jù)人員疏散結(jié)果分析，在1.5倍計算疏散時間基礎(chǔ)上，且在發(fā)生火災(zāi)并有安全出口失效的情況下，發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)ASET均遠(yuǎn)大于RSET，能夠保證煙氣層界面的高度高于該疏散口地面上方人員安全高度，可以確保人員疏散的安全性。中庭內(nèi)部或與之相鄰的走廊部位，存在的可燃物較少，而且中庭又是人員活動頻繁，24小時值班有人的場所，很難想象在這個地方能發(fā)生有規(guī)模的火災(zāi)。水噴淋頭加防火玻璃（鋼化玻璃或防火玻璃）作為中庭防火分隔的做法，參考了NFPA101的有關(guān)規(guī)定，符合國際通用做法，同時，又有相關(guān)科研院所的相關(guān)實驗作為依據(jù)，與復(fù)合防火卷簾相比，這種做法更為經(jīng)濟、效果更為理想，是較為可行中庭防火分隔解決方案，已經(jīng)在一些大型商業(yè)建筑及會展中心工程中使用[11-14]。表3中庭及周邊區(qū)域采用防火玻璃分隔的工程案例建筑名稱建筑及中庭參數(shù)防火分隔方法廣州太古匯總建筑面積462388m2，其中地上面積293393m2。裙樓商業(yè)中心設(shè)計有多個中庭，每個中庭上有天窗。商場與回廊之間采用防火玻璃分隔。沿商場店鋪玻璃墻和玻璃門的一側(cè)，安裝加密噴淋保護。北京京澳中心主題建筑為兩棟高22層，66m*68m的方形大廈。兩棟建筑的1-5層位共享型中庭，中庭高24m，長68m，寬為13m。該中庭與3-5層主樓的辦公區(qū)相連。原設(shè)計擬采用復(fù)合防火玻璃，后改為水噴淋頭保護12mm厚鋼化玻璃的方案廣州正佳廣場基地東西長229m，南北長237m，建筑面積約為295950m2，地上七層，建筑內(nèi)部圍繞幾個七層通高的中庭，防火墻和防火固定玻璃墻作防火分隔，中庭走廊設(shè)置噴淋系統(tǒng)3.4.2中庭排煙根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定：凈空高度超過12m的中庭，應(yīng)設(shè)置機械排煙設(shè)施，這主要是考慮空間太高，煙氣由于“層化”現(xiàn)象而缺乏浮力，停止上升。這種現(xiàn)象取決熱壓、空間密閉性、空間體量等各種因素影響。根據(jù)計算結(jié)果分析:以火災(zāi)場景F-1為例，表4列出了此火災(zāi)場景下的中庭自然排煙煙氣運動和溫度變化模擬結(jié)果。表4火災(zāi)場景F-1-Y截面不同時刻的煙氣運動情況模擬時間動態(tài)截圖120s300s600s1200s表5火災(zāi)場景F-1-Y截面不同時刻的煙氣溫度分布模擬時間動態(tài)截圖120s300s600s1200s火災(zāi)場景F-1自然排煙的模擬結(jié)果顯示，地下1層中庭區(qū)域發(fā)生火災(zāi)后，煙氣在中庭空間內(nèi)迅速垂直上升，到達到頂層。自然排煙口全部聯(lián)動打開，煙氣由排煙口排出室外。計算結(jié)果顯示，從火源中心Y方向及各層2m處的能見度溫度截圖來看，20min內(nèi)，各層中庭區(qū)域回廊內(nèi)的能見度均大于10m，空氣層溫度除火源羽流外均不超過60°C。因此，在中庭最不利火災(zāi)場景情況下，中庭自然排煙環(huán)境可提供不小于20min的人體耐受時間，這段時間內(nèi)人員可以安全疏散。因此，目前設(shè)計中采用的中庭自然排煙策略能達到相應(yīng)的排煙效果和安全度。連接建筑各商業(yè)區(qū)域的中庭頂部設(shè)置的可開啟的高側(cè)窗，作為“近室外的準(zhǔn)安全區(qū)域”實際上將建筑劃分出了合理的防火分隔，頂部高側(cè)窗可全部打開進行自燃排煙，保證了“準(zhǔn)安全區(qū)域”的可能性[11]。中庭設(shè)置防火玻璃和可開啟窗戶后，中庭內(nèi)連接各單元之間的走廊可作為人員疏散最直接的方向，人員不僅可以垂直疏散，更可以水平向相鄰建筑區(qū)塊疏散，從而大大增強了疏散能力；同時窗戶的開啟，可將火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣迅速排出，防止高溫?zé)煔鈱θ藛T造成傷害，為人員疏散爭取時間。3.4.2人員疏散安全性中庭發(fā)生火災(zāi)時，由于中庭將各層貫通，疏散時考慮整座商業(yè)建筑將同時進行疏散，而位于火源附近的人員將優(yōu)先疏散。各層疏散寬度及疏散距離均按照規(guī)范要求設(shè)置。分析中運用計算結(jié)果偏保守的疏散軟件BuildingExodus對整個疏散過程進行模擬，可得到如下結(jié)論：整棟大樓中人數(shù)約35472人，所有人員疏散至室外時間約為17分30秒。各層人員疏散時間總結(jié)如表2。從疏散模擬中可以看出，地下1層由于部分人員可以直接疏散至室外，雖然疏散人員較多，但疏散時間并未延長很多，人員在5min之內(nèi)即全部進入室外或樓梯間。1層人員雖然可以直接疏散至室外地面，但由于樓上各層疏散人員均在樓梯間等待，因此人員在7min之內(nèi)即全部疏散至室外安全區(qū)域。而2-4層人員主要通過樓梯垂直疏散，各層人員在樓梯口安全走道處會出現(xiàn)短暫排隊現(xiàn)象，所有人員在11min內(nèi)全部進入樓梯間內(nèi)。各中庭區(qū)域僅做人員流通用途，人員較少，均能很快疏散完畢。當(dāng)建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，按照現(xiàn)有疏散樓梯的設(shè)置，也能保證了人員疏散的安全性。根據(jù)人員疏散模擬結(jié)果，圖4列出了最不利情況下（疏散過程中，人員不能越過著火區(qū)域進行逃生，同時乘以1.5倍的疏散時間）的ASET與RSET比較，由圖可以看出，在發(fā)生火災(zāi)并有安全出口失效的情況下，發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)ASET均遠(yuǎn)大于RSET，可以確保人員疏散的安全性。圖4火災(zāi)發(fā)生時最不利情況下：ASET與RSET時間比較4結(jié)論筆者采用了消防性能化設(shè)計的方法，對某大型商業(yè)購物中心的火災(zāi)危險性、防排煙措施的有效性和人員安全等方面進行了分析評估。通過分析論證，主要得出以下結(jié)論：通過相關(guān)消防安全裝備和設(shè)施，商業(yè)建筑形成了設(shè)定在商場和中庭之間：將火勢及煙氣控制在租戶區(qū)的店鋪范圍內(nèi)；將火勢及煙氣蔓延控制在著火樓層；排出流入中庭空間煙氣；的三道防線，有效防止在火災(zāi)發(fā)生時煙氣直接進入中庭。因此，經(jīng)過項目組的模擬計算證明中庭回廊和中庭之間不設(shè)置防火卷簾的防火分隔措施是可行的。中庭防火分隔措施雖然有所變化，但通過嚴(yán)格控制中庭內(nèi)部的火災(zāi)荷載，并未擴大中庭的危害。而從中庭的煙氣蔓延及人員疏散安全分析也可知，在選取的中庭可信最不利火災(zāi)場景下，RSET均小于ASET，且留有一定的安全余量，可見中庭的防火分隔措施能夠保障人員的安全。中庭自然排煙系統(tǒng)可以有效排除中庭火災(zāi)的煙氣。而通過煙氣模擬及人員疏散模擬，在選取的中庭可信最不利火災(zāi)場景下，RSET均小于ASET，且留有一定的安全余量，在各火災(zāi)場景下環(huán)境均不會影響人員疏散安全。通過消防性能化設(shè)計，經(jīng)送專家評審組評審，認(rèn)為本項目整體消防策略具有一定的合理性和可靠性，能夠達到國家相關(guān)消防規(guī)范所要求的安全等級。同時專家組還對項目提出了如下建議：建筑首層與地下部分應(yīng)完全分開。面向十字交叉通道的門均應(yīng)采用甲級防火門，單個商鋪面積不應(yīng)大于300m2，商鋪之間應(yīng)采用耐火時間大于2.00h的不燃燒實體墻進行分隔。十字交叉通道內(nèi)的中庭部分應(yīng)增設(shè)消防水炮滅火系統(tǒng)。應(yīng)增設(shè)漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)。參考文獻陳煒.大型商業(yè)購物中心中建筑消防設(shè)計探索.安徽建筑,2008.4.盧小平.廣州太古匯消防性能化設(shè)計探討[J].消防科學(xué)與技術(shù),2007:26(4).馬震聰.對大型購物中心消防處理的探索[J].GB.2006.GB50016-2006.建筑設(shè)計防