高溫高超聲速風洞廠房防火設計策略

陳 珊 許 睿 王健琪 馬曉慧

(北京特種工程設計研究院，北京 100028)

1 高溫高超聲速風洞廠房概述

高溫高超聲速風洞廠房(以下稱超大風洞廠房)位于四川省綿陽市，在某部新區南端一處山坳里(見圖1)，三面山體環繞。廠房主體為2層，局部儲罐間6層(見圖2)。

該建筑占地建筑面積約7 600 m2，1層主要為管道層、附屬用房及設備基礎，大部分為半室外空間，局部為室內空間，安排有各類庫房、高低壓配電室及現場試驗室等(見圖3)。2層為三個聯通的試驗大廳，從北至南依次放置φ2 m,φ3 m,φ1 m三臺風洞洞體、測試設備、相關管道等(見圖4)。3層主要為高壓異丁烷儲罐間及高壓液氧儲罐間，4層～6層為儲罐間的檢修平臺，頂部有連廊相通。

超大風洞廠房在試驗前2 h加注異丁烷及液氧，試驗期間工作人員全部撤離廠房，指控人員在距離廠房不遠處的測控樓里操控。

2 主要存在的消防問題

2.1 項目的定性

我國現行的《建筑設計防火規范》只對廠房、倉庫和民用建筑的防火設計提出了要求，由于科研試驗類建筑既不同于生產廠房、倉庫，也不同于一般的民用建筑，因此無法完全依據《建筑設計防火規范》對其建筑性質進行定性及設計。

目前由中科院建筑設計研究院有限公司等8家單位參編的《科研建筑設計規范》征求意見稿中，第5.2.10條條文說明中提到：“科研試驗建筑雖不同于一般工業廠房，但在材料與構造的耐火性能以及火災的火勢形成、發展與擴散等基本特性方面，兩者基本一致。所以《建筑設計防火規范》中部分條文同樣適用于科研試驗建筑”。參考上述條款，將本項目定性為科研試驗室，在進行設計時主要參照《建筑設計防火規范》中廠房的相關要求進行防火設計，個別無法參考的問題則另外分析解決。

超大風洞試驗廠房中的高壓異丁烷儲罐間及高壓液氧儲罐間是整個廠房火災危險性較大的部分，異丁烷的閃點為-82.8 ℃，爆炸下限是1.8%，根據《建筑設計防火規范》第3.1.3條，異丁烷屬于甲類1，2項物品，液氧屬于乙類3項物品。那么，該建筑是否應該按照火災危險性最大的物品——異丁烷定性為甲類廠房。

《建筑設計防火規范》第3.3.6條規定：“當廠房設置中間倉庫時，必須符合如下規定：1)甲、乙類性質的中間倉庫必須靠外墻布置，并且儲存量不允許超過24 h的用量；2)甲、乙、丙類性質的中間倉庫必須采用防火隔墻和耐火極限不低于1.50 h的樓板與其他部位分隔……”超大風洞廠房里設置的異丁烷儲罐間及液氧儲罐間不屬于生產部分，這部分區域采用具有防火功能的防爆墻和防火樓板與其他區域進行了有效分隔，符合第3.3.6條的規定，可以依據此條款將其定義為廠房的中間倉庫。

接下來分析風洞主廠房：風洞主廠房進行試驗時，異丁烷和液氧通過輸送管道與風洞試驗爐相連，進行燃燒試驗測試，屬于“利用氣體、液體、固體作為燃料或將氣體、液體進行燃燒作其他用的各種生產”，按照《建筑設計防火規范》第3.3.1條規定，其火災危險性分類應為丁類。

那么，超大風洞廠房的火災危險性類別到底是按照主廠房定義為丁類，還是按照高壓異丁烷儲罐間的危險類別定義為甲類。

《建筑設計防火規范》第3.1.2條規定：“同一座廠房或廠房的任一防火分區內有不同火災危險性生產時，火災危險性較大的生產部分占本層或本防火分區建筑面積的比例小于5%，可按火災危險性較小的部分確定其火災危險性。”

中國建筑科學研究院防火研究所在進行火災危險性分析計算時，將燃料輸送管道的投影面積作為生產部分計算面積，管道部分所占面積不大于該層面積的5%，且設置在封閉的燃燒爐內，符合規范第3.1.2條中“采取了有效的防火措施”的要求。因此，該項目可按火災危險性較小的部分確定其火災危險性，即超大風洞廠房的火災危險性為丁類。

2.2 建筑高度的確定

根據甲方所提的工藝需求，風洞廠房屋面面層約27 m，儲罐間屋面高度大于29 m。建筑高度超過24 m的廠房，根據《建筑設計防火規范》第2.1.1條，應為高層廠房。根據規范第3.3.1條，丁類高層廠房最大防火分區面積為4 000 m2。這個超大風洞廠房面積為6 000 m2，必須分為兩個防火分區，就是說大廳里必須設一道防火墻將三個大廳分隔開來。這樣一來，根本無法滿足業主提出的“要做一個超大的、空間連通的試驗大廳”的要求。為了解決問題，甲方請來中國建筑科學研究院建筑防火研究所，專門為此項目做防火性能化設計，以期找到解決方案和對策。

防火所的參與與合作，使得我們之前多次給甲方提的“降低吊鉤高度”的建議在此時變為可行，吊鉤高度在中國建筑科學研究院防火研究所與甲方協商后由18 m改為15.5 m。

降低高度后的風洞廠房于是變為主體建筑高度不大于24 m的廠房。但試驗樓西側的儲罐間及檢修平臺，高度大于29 m，其建筑高度可否按主體實驗樓進行設計需另行分析。

《建筑設計防火規范》第A.0.1.5條規定：“局部突出屋頂的瞭望塔、冷卻塔、水箱間、微波天線間或設施、電梯機房、排風和排煙機房以及樓梯出口小間等輔助用房占屋面面積不大于1/4者，可不計入建筑高度”。中國建筑科學研究院防火研究所提交的《某風洞試驗室消防設計安全評估報告》認為，高壓異丁烷儲罐間、高壓液氧儲罐間用以儲存可燃高壓液體燃料，危險性較大，但這些輔助用房平時不存在可燃物品，在試驗時也處于無人狀態。只在實驗前期準備的兩個小時和進行實驗的十幾分鐘內會存放燃料，“雖然與一般建筑內的冷卻塔、電梯機房不同，但同樣屬于主體建筑的配套輔助用房，可參考上述條文進行高度計算，在滿足輔助用房占屋面面積不大于1/4的條件下，按主體試驗樓的高度作為建筑高度，因此本項目可按多層進行設計。”

據此，所有難題《某風洞試驗室消防設計安全評估報告》將本建筑定性為丁類多層科研試驗建筑，耐火等級為一級。

3 防火分區、安全疏散

3.1 防火分區

根據《建筑設計防火規范》第3.3.1條的要求，廠房耐火等級為一級的丁類多層廠房的防火分區最大允許建筑面積不限。因此，本建筑除了異丁烷儲罐間和液氧儲罐間外，其余1層、2層為一個防火分區，防火分區面積為13 845 m2。高壓異丁烷儲罐間、高壓液氧儲罐間因為儲存有甲、乙類危險物質，分別劃分為獨立的第二、第三防火分區，每個防火分區的建筑面積為239 m2，采用耐火極限不低于4 h的防火隔墻和1.5 h的樓板與主廠房進行了分隔，滿足了規范的要求。

3.2 人員安全疏散

根據《建筑設計防火規范》第3.7.4條的要求，丁類多層廠房內任一點至最近安全出口的直線距離不限。廠房1層附屬用房每間均設有直通室外的出口，2層廠房設有5處直通室外的疏散出口，對應4部室外疏散樓梯，疏散總寬度為6 m。廠房最大同時工作人數為30人，疏散口數量及疏散寬度均滿足規范的要求。

4 結語

在超大風洞項目中，通過與中國建筑科學研究院建筑防火研究所協同工作，學習了他們分析具體項目的經驗和方法：遇到棘手的防火問題，從梳理規范入手，深入研究對應的條文及說明，從中找到突破口，在科學的前提下，盡量降低建筑物的火災危險性類別。作為建筑師，絕不能照抄照搬。我們需謹記的是，規范是最低設計標準，出于對國家和人民生命財產安全的考慮，不能逾越防火規范這道紅線。