大空間商業建筑防火設計研究

巫昀玲

(內江市公安消防支隊, 四川內江 641000)

大空間商業建筑規模大、空間高、結構特殊、火災危險高。這些建筑在結構形式、使用功能、建筑材料、空間大小等方面都與傳統建筑有相當大的不同，對于火災的預防和救援提出了新的要求，現有的“處方式”防火設計規范已經不能滿足當前很多大空間商業建筑的防火要求。因此，性能化防火設計逐漸成為大空間商業建筑消防設計發展的一種趨勢，得到越來越廣泛的應用。

1 大空間商業建筑的特征與火災特點

1.1 大空間建筑的特點

大空間商業建筑面積大，在巨大的營業空間內，布局復雜，管理模式多樣，經營項目復雜，服務功能多樣，商品種類多，擺放復雜，商品種類可達上萬種甚至幾萬種，商品擺放按樓層分類，以可移動的松散式的貨架擺放為主，貨架高度一般為1.5 m以上，顧客可以在貨架之間自由走動購物。雙休日，節日期間，人流密度大，而且婦女兒童居多。

大空間商業用火用電用氣多，著火因素復雜。大空間商業建筑在營業期間用電量非常之大，除了照明外，電梯、空調、食品加工、冷凍等電氣設備的用電量都很大。有餐飲的建筑內還大量用火、用氣等。這些都增加了發生火災的危險性。

管道豎井多，中庭高大，通道及豎向空間復雜。大空間商業建筑內部有很多管道和豎井，使整個建筑多處上下貫通。各種管道井、豎井等，在火災情況下都可能成為火勢蔓延的重要通道。中庭是大空間商業建筑內部貫通上下層，并營造出具有室外自然環境美的室內共享空間，是大空間商業建筑的內部核心。火災條件下，中庭是火勢向上、向各層蔓延的主要通道，其火勢擴大蔓延速度之快是難以預料的。中庭是煙氣頃刻間席卷整幢建筑的主要空間。

大空間商業建筑的消防安全管理一般都較好，但也有個別疏于消防安全管理，存在重大火災隱患的情況，如消防通道不暢、消防設施和器材維護管理差、裝修裝飾不規范、違章用火用電嚴重、員工消防安全意識差、教育培訓不到位等。

大空間商業建筑都能按國家規范要求設置固定消防設施。主要包括：自動監控系統、火災自動報警系統、自動滅火系統、消防給水系統、安全疏散和防火分割系統、防排煙系統、火災照明和疏散指示標志、應急廣播系統和消防電源等。這些固定消防設施的操作復雜，管理要求高，需要由經過培訓有資質的專職人員操作。

1.2 大空間建筑的火災特點

大空間建筑的火災特性與普通建筑有著明顯的差別。

(1)大空間建筑空間體積龐大,防火分隔困難[1],一旦發生火災,由于具有充足的氧氣供應,且在空間高度上火災高溫氣流不受限，迅速上升擴展蔓延至其他可燃物體,從而極有可能發展成為重大火災,造成巨大的人員傷亡和經濟損失。

(2)早期探測初期滅火較難，大型建筑頂棚比較高,空間較大,早期火災煙氣在上升過程中,沿途煙氣溫度及密度大大降低,達不到感煙、感溫探測器和自動噴水滅火裝置所需要的啟動值,從而不能發現并控制早期火災安全疏散困難。

(3)大空間煙氣擴散迅速,使建筑物內能見度很快降低,此類建筑因空間過大,人員由空間中任意一點到達室外出口的距離大,因此疏散時間亦長。且該類建筑大多為公用建筑,人員對逃生路線不熟,難以找到安全出口,易給人員造成恐慌心理,從而造成更大人員傷亡及財產損失滅火和撲救比較困難。

(4)高大建筑主體部分被其它部分包圍,消防人員很難直接進入到現場進行撲救,且煙氣易擴散到整個建筑,難以判斷火源的準確位置。且由于火勢發展快,蔓延途徑多等,給搶救物資和撲滅火災造成了困難。

(5)面對新型建筑,我們缺乏撲救大空間建筑物火災的實踐經驗,指揮水平不高。且滅火面積較大,消防供水量不足,如未設消防電梯,消防人員因攀登數層高樓體力不足,不能及時到達起火層,同時消防器材也補充困難,均會影響撲救。

2 常規消防設計要素及問題

2.1 常規消防設計要素

國家針對建筑防火，專門制定了消防技術標準及規范，以保障建筑具有防火功能，這種規范或者標準的制定是依據建筑的火災特征制定的，具有明顯的針對性，因此也被稱為“處方式”防火設計。國家相關部門在總結多年的消防設計的經驗前提下，充分借鑒發達國家的建筑防火設計，目前的消防技術規范已經比較成熟，能夠應對普通建筑的防火需求，在火災發生后能取得較好的火災救治效果。通過制定統一的消防技術規范，使得各個單位能依據現有的標準設計消防方案，從而有助于提升建筑的防火性能，這對于降低火災的危害能力具有重要意義，并且在普通建筑中，還會在今后很長一段時間內繼續采用這些常規的消防防火設計規范。

2.2 消防設計面臨的問題

“處方式”消防設計規范具體表現出下列缺點[4]，需要不斷改進。

(1)規范條文之間出現了矛盾與偏差的問題。

(2)不能與現代建筑設計防火要求相貼合，很多新型的建筑結構以及新的建筑材料的使用，使得傳統的消防規范無法應對這些場所的消防需求。

(3)綜合性較差，沒有從整體上進行消防設計，極易導致浪費。

(4)“處方式”防火設計存在著一些空白，影響了建筑的整體安全。

(5)長時間的處方式防火設計情況下，無法產生更加優秀的設計人員。

(6)不能最大程度表現出環境與人對建筑安全的影響程度。

(7)很多強制性的規范要求建筑采用固定種類的建筑材料和施工工藝，導致建筑設計的發展進步十分緩慢，影響建筑工藝、材料等行業的發展。

綜合來講，現代建筑體現出復雜的功能，類型也更加多樣化，這對于消防設計提出了更高的要求。對于大空間建筑而言，不能僅僅將常規消防規范作為參考依據，以符合消防標準作為消防設計的目的，而是應當充分結合建筑的消防需求現狀，設計出貼合自身需求的消防方案，從而保證大空間建筑的防火需求，避免因為一味迎合消防標準而造成消防資源的浪費，并且完全按照消防標準進行消防方案的設計也可能無法取得較好的消防效果[2,3]。

3 性能化防火設計要點

3.1 確定安全目標

對于大空間建筑而言，防火性能化設計安全目標如下：第一，有火災預防機制，能有效控制火災的發生概率；第二，具有傳感器系統和警報功能，能及時發現火情并通過警報系統向管理者發送火災信息；第三，人員安全保障機制，通過構建人員逃生系統，保持較快的人員疏散速度；第四，盡量降低經濟損失，控制火災的影響范圍。

人員安全保證條件包括三個方面：第一，對于起火區域，應控制煙氣層的高度在安全高度以上，并保證輻射熱強度不會超過人的耐受極限。當煙氣層高度較低時，煙氣溫度、毒性、濃度應不會超出人體承受極限；第二，對于非起火區域，應控制煙氣層的高度在安全高度以上，煙氣層輻射強度不會超過人體承受極限；第三，疏散樓梯、安全出口等位置應當沒有煙氣侵入。

3.2 性能指標的選取

性能指標應能夠體現由火災或消防措施造成的人員傷亡、建筑及其內部財產的損害、生產或經營被中斷、風險等級等的最大可接受限度。常見的性能指標包括：輻射熱及其作用效應、毒性和能見度等，如熱解氣體含量、能見度以及熱暴露水平；火災蔓延、煙氣損害、防火分隔物受損和結構的完整性和對暴露于火災中財產所造成的危害等，如構件和材料的溫度、環境或構件內部的溫度分布。一項設計目標可能需要多個性能指標來驗證，而一個性能指標也可能需要多個參數值予以支持。但并不是每一個性能指標都能采用這種方式表達，有時可以采用“處方式”規范中的數值要求等。

3.3 火災場景的設定

火災的發展過程特點通過火災場景進行重現，包括火災的引燃起因、火勢增長、火勢減弱至熄滅等過程，并涉及到煙氣、輻射熱等多種參數的描述。按照以下原則進行火災場景的確定：充分總結場景重現對象的特征，按照總結的特征設計最貼近實際的火災場景，并設計最高損害程度、最大火災危險性等極限場景作為備選。例如發生火災時堵塞了全部安全出口、排煙、給水系統失靈等。火災場景設計還要綜合考慮周邊環境，比如鄰近樓層、周邊存放的物品、逃生通道等，設計多種場景情況，并按照火災發展概率進行分析。進行火災場景設計時，應考慮著火房間結構布局、外部環境、火源位置、房間開口、建筑火災自防自救以及部署的消防力量直接影響了火災的發展，需要對火災發展歷史認真分析。

3.4 關鍵參數的確定

(1)火災探測時間：煙氣流動、火焰長度、火場溫度是影響探測火災時間的主要因素。使用不同的探測設備，也會導致探測時間有所差別。一般探測時間最長的系統為自動噴水系統，其次為火災感溫探測設備，而感煙探測儀則是測時耗時最短的。在探測方式方面，線型感煙探測器的報警時間與探測器安裝高度以及間距相關。

(2)逃生時間提前量：在檢測到火情之后，到準備疏散人員具有一定的時間差，不同的建筑設計有不同的逃生時間提前量。

(3)疏散開始時間：疏散的開始時間即為火災探測時間、逃生時間提前量二者之和。

(4)人員數量：已知人員分布密度以及建筑區域面積，即可得到人員數量。通過預判建筑的人員分布密度、容納面積以及座位、人數之間的關系，可以促使雙方經過協商解決問題。人員行進速度不同的人員逃生速度不同，應當綜合區域內的人員年齡、性別等特征進行人員行進速度的預測。人員密度設置低于0.5 人/m2時，一定數量的人同時可以快步行走達到70 m/min并能夠順暢通行。

4 性能化設計中應該注意的問題

4.1 人員疏散

在火災中，人員在對逃生路線的選擇上，往往避生就熟，傾向于從最近的、最常出入的安全出口或樓梯疏散，萬一出口被封死，則慌不擇路，找不到其它緊急疏散出口。設置相對偏僻的出口因無人問津而失去其應有的作用，因此，在疏散的設計中，除了堅持雙向疏散的原則外，還應結合火災中人的心理和行為特點，將常用通道和緊急疏散通道合并設計，給人員逃生安上“雙保險”。從上面的討論中可以看出，火災中人的行為特點是我們進行安全疏散設計的一個非常重要的依據，只有從人的行為特點出發才能更加合理地設計疏散線路，從而更好地保護人的生命安全。

4.2 疏散引導

在緊急情況下，火災警報只是一種向人們傳達火險來臨的常規信號，并不能絕對保證受到火災威脅的人員順利逃生。正常情況下，人們對于火災警報的反應大多比較遲鈍，總想著警報響起之后會有什么其它內容，以及應采取什么措施。特別是對于身處鬧市集鎮中的人群來說，不僅無助于逃生疏散，還可能會引發集體恐慌，甚至發生擁擠踩踏事故。如果通過事故廣播及時通報現場情況，告知逃生路線，并輔以同步的疏散指令，將會取得事半功倍的效果。另外，開發智能的語音疏散指示系統，正確引導人們疏散，也是保證順利完成安全疏散的重要措施。

4.3 機械排煙系統的補風

機械排煙系統的排煙和補風應該相適應，否則排煙系統難以發揮有效地作用[6]。GB 50045-95《高層民用建筑設計防火規范》規定設置機械排煙系統的地下室，應同時設置送風系統，且送風量不宜小于排煙量的50 %。但是，對于地上大空間商業建筑的補風方式和補風量沒有明確的規定，在有的性能化設計中也僅提出所需排煙量，對補風量或補風方式沒有說明。特別是常規的商場排煙系統設計中排煙口和補風口通常都布置到頂部，這對于控制煙層高度和提高排煙效率是不利的。另外，由于現代大空間商業建筑的室內采光也越來越多地依賴于人工照明，配置了中央空調系統，采用全封閉的玻璃幕墻或固定的落地玻璃窗，有的雖然在外墻上設置了可開啟的外窗，但是常常被貨架或室外廣告展板封堵，這使地上大空間商業建筑與地下大空間商業建筑的排煙條件區別不大，所以在排煙系統設計中不能簡單地以建筑在地上或地下做區。

5 結束語

總之，對于大空間商業建筑進行防火設計的時候，我們需要了解大空間商業建筑的特征與其發生火災特點。與常規消防設計要素相比較，發現其問題；并提出了大空間建筑性能化防火設計要點，包括安全目標的確定、性能指標的選擇，火災場景的設定和關鍵參數的確定等。特別注重人員的疏散與引導，機械排煙系統的補風等問題。減少火災發生，保障大型商業建筑在開展商業活動時的安全性，避免人員及財產在發生火災時受到嚴重的損失。