大型商业购物中心中庭防火分隔与人员疏散消防设计

大型商业购物中心中庭防火分隔与人员疏散消防设计韩雷1，况凯骞2（1.山东省淄博市消防支队，山东，淄博，2550002.广州中国科学院工业技术研究院城市公共安全技术研究中心，广东，广州，511458）摘要：以某大型商业购物中心中庭区域的防火分隔方法是否满足防火性能要求为工程案例,采用性能化防火设计的思想，设定了多个个最不利的火灾场景，针对这些火灾场景采用CFD方法，计算相应的火灾动力学参数，并将计算的结果与人员疏散安全性能判据进行对比分析。研究结果表明,在该商业购物中心使用防火玻璃结合其他综合分隔方法作为隔断是可行的。关键词：商业购物中心；性能化防火设计；防火玻璃；中庭；人员疏散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引言近年来，随着我国经济的快速发展，各种形式的商业建筑发展迅猛，经营规模不断扩大。商业建筑一旦发生火灾，不仅会造成巨大的经济损失，而且会成为社会不稳定的重要因素。大型商业建筑具有建筑体量大、建筑内部要求视觉通透性强、商业环境相对复杂等特点，其建筑结构的主要特征包括[1-3]：(1)占地面积大，建筑层数有所控制，建筑层数一般控制在10层以内。(2)多采用中庭贯穿结构。综合性商业建筑内部商业环境氛围要求较高，基于商品对室内装饰、灯光等环境要求和不同商位装修等多种因素考虑，建筑在室内设计时单个商铺不设计开窗，而是在建筑的公共部分如中庭等设立玻璃天窗。(3)防火分区和疏散人数较多。大型商业建筑一般均设置火灾自动报警系统及自动喷水灭火系统，但由于其单层面积多在10000m2以上，因此每层均设置多个防火分区。而划分防火分区一般多采用防火墙、防火卷帘，但在家电、家居商场的实际应用中这些分隔方法可能与室内商业环境要求相冲突。建筑商场内多以商位招租为主要经营模式，各商位业主为突出商品招揽生意，所以在摊位装修及商品摆放上各有不同，致使整个商业建筑内布局变化增加，疏散走道较复杂等在客观上都增加了疏散时间。大型商业购物中心的中庭结构，使得中庭、回廊及自动扶梯互相连接，创造出一个开放、通透的连续室内空间，每个中庭顶部均有高侧窗。中庭的这种开放通透的设置，使得广场内购物的人员能够较轻松的认清方向，对紧急状况下的疏散非常有利。但由于中庭、走廊和自动扶梯的高低连接，给防火卷帘或水幕等分隔设施的设置造成较大困难，如中庭等区域设置防火卷帘进行分隔，有可能会阻碍商场内的疏散路线，导致商业中心改变局部外观，使建筑内的人员迷失方向，而且在紧急情况下选择疏散路线时，会扰乱人的方向感，并影响人群的流动。针对大型商业购物中心的这些特点，必须制定整体消防策略，综合考虑防火分隔、人员疏散、烟气控制、消防设置等各方面因素，进行整体消防安全性能化论证。笔者将以淄博市某大型商业购物中心为研究对象，综合运用现有消防规范和基于性能化的火灾风险评估方法，研究建筑中庭防火分隔措施的有效性以及对人员疏散的影响。2建筑概况与问题提出2.1建筑概况与功能定位淄博市某大型商业购物中心位于淄博市淄川区中心路段交汇处。建筑层数4层，建筑最高处32.5m，主要屋面高度22.5m。总用地面积为71919.16m2，总建筑面积为150813m2，其中地上建筑4层，面积为116744m2，地下1层，建筑面积为34069m2。建筑耐火等级为一级，柱、梁、楼板、墙、楼梯、屋顶承重构件和吊顶等均采用不燃烧体。项目属于综合性商业建筑，各层功能为：地下一层为设备房、超市商铺及车库，地上一至四层为百货、商铺、车库，四层局部为电影院。建筑平面呈通过中间大范围中庭结构连接的两翼结构（图1）。建筑除各层车库及超市区域（E、F、G）高度超过24m（为30.5m）外，建筑中其他区域总高度均未超过24m，各层车库及超市区域与其他区域采用防火墙分隔。建筑北翼商业区、建筑东南面翼商业区以及连接两区的中部设有多个中庭。中部中庭高度为32.5m，两翼内部中庭高度为22.5m。图1建筑防火分区示意图2.2项目存在的消防安全难点根据对项目建筑结构分析，其在消防安全设计方面存在如下难点：1、面向中庭商铺营业面及公共回廊与中庭之间防火分隔未采用防火卷帘。2、建筑中部与两翼中庭排烟未采用机械排烟，而是采用在火灾时消防联动整体开启屋顶侧面玻璃窗的自然排烟方案。3、建筑E、F、G区域与其它区域采用防火墙或防火卷帘进行分隔，其它区域高度不超过24米。A、B、C区域按照《建筑设计防火规范》[4]进行设计，其它区域按照《高层民用建筑设计防火规范》[5]进行设计。。2.3为确保消防安全采取的特殊消防设计方法为确保本建筑的消防安全，在依据国家有关消防规范的基础上，采用了如下的特殊消防设计方案：1、建筑商业区域店铺（A-D）营业面与中庭回廊之间依据《建筑用安全玻璃第1部分：防火玻璃》（GB15763.1-2009）[6]规范采用耐火极限为1.0h的A类隔热型防火玻璃分隔。其他区域用特级防火卷帘或防火墙把店铺分隔为不大于4000m2的防火分区；整个中庭的防火分隔措施将采用消防性能化的方法进行论证。2、租户区的店铺之间的分隔砌至梁、板底部。中庭回廊的自动喷水灭火系统安装使用快速响应洒水喷头，连接各区中庭走廊内均不设置可燃物，不设商业性经营设施，只作为人员流动连通的准室外场所。3、中庭采用在火灾时消防联动整体开启屋顶侧面玻璃窗的自然排烟方案。中庭屋顶顶棚侧面玻璃窗可开启自然排烟口面积不小于中庭投影面积的20%。4、建筑地上商业区域A、B、C区域各防火分区按照《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）[7]要求设置了疏散楼梯，D、E、F、G区域借鉴《建筑设计防火规范》（整合版）设置了疏散楼梯和安全出口，疏散楼梯数量和宽度均满足新规范的要求。5、建筑内人员疏散将采用分区域分阶段的疏散策略，通过不同火灾规模和危险性大小，如有必要再疏散着火楼层所在的整楼层人员。疏散指示标志灯采用智能应急疏散指示控制系统。该系统出口标志灯具有频闪、语音功能，方向标志灯具有方向可调和频闪功能，可根据火灾的具体部位指示最佳疏散路径，使疏散指示更加准确、及时、高效，提高人员疏散的安全性。3消防设计难点定量分析与讨论作为淄博市拟建的单体建筑面积最大的商业购物中心（shoppingmall），本建筑体量较大，多个中庭贯穿地下1层直至建筑4层，因而在防火区域分隔及人员疏散安全性上均受到一定的影响，必须制定整体消防策略，综合考虑防火分隔、人员疏散、烟气控制、消防设置等各方面因素，进行整体消防安全性能化论证，并经专家论证定案。3.1消防安全设计目标本项目中，针对不同的消防问题，提出以下防火目标：防火分区：扩大的防火分区或替代的防火分隔方法其火灾蔓延性、烟气控制效果、人员疏散安全水平均达到或高于按规范设计的水平。自然排烟策略满足人员安全疏散要求，能提供安全的疏散环境，达到规范要求的安全度。确保人员快速疏散火场并将对建筑的干扰降到最低限度。一般条件下，人员安全疏散的判定准则是从火灾发生到危险状态的时间（AvailableSafetyEgressTime，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（RequiredSafetyEgressTime，RSET），参见图2。图2建筑火灾人员安全疏散判据示意图对于人员可用安全疏散时间（ASET），主要通过对人员对烟气层高度、温度、空间能见度等耐受性量化来决定的[8]。3.2火灾场景设置与计算结果火灾场景是对一次火灾整个发展过程的定性描述，该描述确定了反映该次火灾特征并区别于其他可能火灾的关键事件。火灾场景通常要定义引燃、火灾增长阶段、完全发展阶段和衰退阶段，以及影响火灾发展过程的各种消防措施和环境条件等。设定火灾场景就是在建筑物火灾风险评估与性能化防火设计中，针对特定的火灾安全目标，综合考虑火灾的可能性和潜在的后果，从可能的火灾场景中选择出供分析的火灾场景。确定火灾场景是火灾风险评估中的一个关键环节，其设置遵循“可信最不利”原则，即所确定的设定火灾场景可能导致的火灾风险最大，如发生自动灭火系统或排烟系统由于某种原因而失效等最不利情况。在设定火灾场景时，主要考虑火源位置、火灾发展速率和火灾的最大热释放速率、消防系统的可靠性等要素，项目建筑设计火灾场景如表1所示。表1火灾场景设计与计算结果表[9]编号火灾场景描述场景设计目的可用安全疏散时间F-1地下1层中庭起火，假设消防设施失效，排烟系统失效，火灾类型为完全发展的t2快速火灾，最大热释放速率稳定在4MW分析该区域烟气蔓延过程和中庭自然排烟效果，计算场景危险到达时间，为论证人员疏散的安全性提供比较依据。1200sF-21层中庭走廊区域起火，t2快速火，火源功率3.3MW。分析该区域烟气蔓延过程和中庭自然排烟效果，计算场景危险到达时间，为论证人员疏散的安全性提供比较依据。1200sF-31层中庭走廊区域起火，假设消防设施失效，排烟系统失效，火灾类型为完全发展的t2快速火灾，最大热释放速率稳定在4MW。同上894sF-43层防火分区商铺内起火，消防系统正常启动，t2快速火，分析该区域烟气蔓延过程，计算场景危险到达时1200s火源功率3.3MW间，为论证人员疏散的安全性提供比较依据。F-53层防火分区商铺内起火，假设消防设施失效，排烟系统失效，火灾类型为完全发展的t2快速火灾，最大热释放速率稳定在8MW。同上750s3.3人员疏散场景设置与计算结果本项目中考虑的火灾危害是指对人员的直接危害（如烟气危害）。紧密围绕如前所述的安全目标，根据3.2确立的可能的火灾场景，分析人员特性并结合设定的火灾探测时间与模拟计算得到的人员准备运动时间和运动时间，分析火灾危险性，即火灾烟气到达危险状态的可能性，最终评估人员能否安全疏散。人员疏散场景设置如表2所示：表2人员疏散场景设计与计算结果表编号场景描述楼层疏散时间/sS-1该疏散场景对建筑进行整体疏散，所有安全出口与对外出口均正常运行。1层:386s2层:620s3层:336s4层:244s-1层:293sS-2分区疏散，火灾发生在地下一层的防火分区E的中央，人员可以通过三个楼梯进行疏散。123sS-3火灾发生在一楼中庭走廊区域中央附近，防火分区A和防火分区B内的人员可以通过三个主出口向室外疏散。265sS-4火灾发生在三楼防火分区B的一家商店内，B分区内的