陳 華
同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司 上海 200092
唐山體育中心-基礎(chǔ)配套設(shè)施項(xiàng)目位于唐山市路南區(qū)新岳道南側(cè)、政通路東北側(cè),本項(xiàng)目規(guī)劃用地面積為64468.26㎡,總建筑面積為94635㎡,其中地上建筑面積61000㎡(水樂(lè)園10680㎡,商業(yè)24570㎡,酒店25750㎡),地下建筑面積33635㎡。容積率0.95,建筑密度30%,建筑高度24m(室外地坪至屋頂面層),綠地率7.19%,總停車數(shù)624 輛,耐火等級(jí)為二級(jí)。(圖1)
基礎(chǔ)配套設(shè)施項(xiàng)目主要功能為水樂(lè)園、商業(yè)、酒店、地下車庫(kù)、設(shè)備用房和人防地下室。地下為設(shè)備用房、水樂(lè)園洗浴更衣、商業(yè)設(shè)施和機(jī)動(dòng)車停車庫(kù),地上為水樂(lè)園、商業(yè)和酒店[1]。
《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016-2014(2018 年版)(下文簡(jiǎn)稱“建規(guī)”)第5.3.1 條規(guī)定:一、二級(jí)耐火等級(jí)的單、多層民用建筑每個(gè)防火分區(qū)最大允許為2500㎡,當(dāng)設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí),每個(gè)防火分區(qū)最大允許可增大到5000㎡。
唐山體育中心-基礎(chǔ)配套設(shè)施項(xiàng)目水樂(lè)園(下文簡(jiǎn)稱“水樂(lè)園”)的戲水區(qū)建筑面積9180m2為滿足使用功能要求,不能按規(guī)范的要求布置防火墻、防火卷簾等硬性設(shè)施強(qiáng)制劃分為多個(gè)建筑面積滿足規(guī)范要求的防火分區(qū),空間上無(wú)法分隔。
根據(jù)《建規(guī)》第5.3.1 條條文說(shuō)明,本項(xiàng)目的水樂(lè)園空間高大,且部分區(qū)域?yàn)閼蛩畢^(qū),火災(zāi)荷載較小,因此,需要對(duì)其防火分區(qū)劃分及防火分隔方式進(jìn)行分析,以滿足建筑整體消防安全水平。
《建規(guī)》第5.5.17.4條:“一、二級(jí)耐火等級(jí)建筑內(nèi)疏散門或安全出口不少于2 個(gè)的觀眾廳、展覽廳、多功能廳、餐廳、營(yíng)業(yè)廳等,其室內(nèi)任一點(diǎn)至最近疏散門或安全出口的直線距離不應(yīng)大于30m;當(dāng)疏散門不能直通室外地面或疏散樓梯間時(shí),應(yīng)采用長(zhǎng)度不大于10m 的疏散走道通至最近的安全出口。當(dāng)該場(chǎng)所設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí),室內(nèi)任一點(diǎn)至最近安全出口的安全疏散距離可分別增加25%?!?/p>
根據(jù)規(guī)范規(guī)定一、二級(jí)耐火等級(jí)的大空間在設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)疏散距離不應(yīng)大于37.5m,水樂(lè)園戲水區(qū)最不利點(diǎn)疏散距離為88m,超過(guò)規(guī)范規(guī)定的37.5m。另外,規(guī)范未對(duì)室內(nèi)大型水樂(lè)園的疏散距離明確規(guī)定,考慮到水樂(lè)園空間大,高度高,功能布局需要聯(lián)通,在滿足人員安全疏散的要求下,對(duì)疏散距離適當(dāng)放寬進(jìn)行進(jìn)一步研究驗(yàn)算[2]。
(1) 水樂(lè)園戲水區(qū)與配套區(qū)分別劃分為不同的防火分區(qū),防火分區(qū)之間采用防火墻進(jìn)行分隔,確需連通部位設(shè)置甲級(jí)防火門、窗。
(2) 戲水區(qū)內(nèi)部零售、餐飲等配套功能房間1.50h 樓板和2.00h 防火隔墻或A 類防火玻璃進(jìn)行分隔,開(kāi)口處門采用防火門(甲級(jí))或防火卷簾(特級(jí))。每個(gè)零售店的面積控制在20㎡,并配備自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。冷熱食品加工間使用電熱器具加工食品,不使用燃?xì)狻?/p>
(3) 水樂(lè)園戲水區(qū)進(jìn)一步采用防火隔離帶劃分為兩個(gè)建筑面積不大于5000㎡的防火區(qū)域,就是在大空間內(nèi)布置一個(gè)較空曠的公共空間,防止在該空間相鄰兩側(cè)的火災(zāi)蔓延,隔離帶設(shè)置要求如下:
① 防火隔離帶的寬度不能小于9m(不能有其他突出物),并根據(jù)室內(nèi)布置布置情況及通過(guò)熱輻射計(jì)算等因素進(jìn)行綜合分析,驗(yàn)證。防火隔離帶如圖2所示;

圖2 防火隔離帶位置
② 防火隔離帶兩端應(yīng)能直接通向室外安全出口或輔助疏散出口;
③ 在日常使用中,為確保隔離區(qū)域的位置和范圍,防火隔離帶兩側(cè)應(yīng)劃定明顯的標(biāo)示,僅作為人員疏散的通道使用;
④ 禁止在隔離帶范圍內(nèi)設(shè)置任何可燃物,防火隔離帶兩側(cè)也應(yīng)盡量布置火災(zāi)危險(xiǎn)性較小的物品,為防止火災(zāi)時(shí)可燃物坍塌,倒向隔離帶內(nèi),應(yīng)避免兩側(cè)集中大量布置可燃物;
⑤ 防火隔離帶上空設(shè)置的構(gòu)筑物等應(yīng)采用不燃材料;
⑥ 防火隔離帶范圍內(nèi)地面、墻面等部位的裝修材料應(yīng)采用不燃材料;
⑦ 防火隔離帶作為人員的安全疏散通道,其消防應(yīng)急照明的應(yīng)急工作時(shí)間應(yīng)滿足《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51309-2018 的規(guī)定,且不小于60min,并保證疏散走道地面水平照度不應(yīng)低于10.0lx;
⑧ 防火隔離帶地面的主要疏散路徑上設(shè)置保持視覺(jué)連續(xù)的燈光疏散指示標(biāo)志,其間距不大于3.0m,轉(zhuǎn)角處不大于1.0m。
⑨ 隔離帶頂部設(shè)置自然排煙窗并能兼顧所有點(diǎn)位排煙,排煙窗的面積為隔離帶地面面積的25%以上,隔離帶寬度大于9m時(shí)可按9m進(jìn)行核算排煙窗的面積[3]。
(4) 防火隔離帶、主疏散通道采用不同顏色或標(biāo)識(shí)區(qū)別于其他區(qū)域的地面。
(5) 水樂(lè)園戲水區(qū)內(nèi)主材以GRG、混凝土塑石和仿木、玻璃鋼GRC 為主,耐火等級(jí)不低于A 級(jí),戲水設(shè)施耐火等級(jí)不低于B1 級(jí)。
(6) 休息區(qū)桌椅采用不燃或難燃材料制作。
(7) 水樂(lè)園內(nèi)采用的裝修材料為不燃材料,部分地方可以種植景觀綠植外,不能布置任何沒(méi)有關(guān)系的固定可燃物,景觀綠植的設(shè)置符合以下要求:
① 景觀綠植應(yīng)種植含油量低、抗火性強(qiáng)的樹(shù)種,不應(yīng)種植抗火性弱的樹(shù)種。
如:云南含笑、亮毛杜鵑、球花石楠、油茶、暴馬丁香,茶條槭,長(zhǎng)白忍冬,五角槭,五味子,繡線菊,珍珠梅、大葉黃楊、海桐、白玉蘭、阿丁楓、竹子,元寶楓,桂花,槺椴,廣玉蘭,山楂等抗火性強(qiáng)的樹(shù)種。
② 每處景觀綠化植物面積不能小于100㎡,兩處之間的距離不能小于9m。
③ 景觀綠化植物頂部可以設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),也可以設(shè)置大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。如果使用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),建議需加密噴頭布置,噴頭間距縮小到1.8米;如果使用大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),每點(diǎn)至少能有2 股水柱保護(hù)[4]。
(1) 設(shè)置客流統(tǒng)計(jì)系統(tǒng),確保同一時(shí)刻進(jìn)入戲水區(qū)的人員(包括工作人員)數(shù)量不大于設(shè)計(jì)值。
(2) 設(shè)置兩條避難走道,將水樂(lè)園進(jìn)入避難走道的入口作為安全出口,如圖3所示,保證建筑內(nèi)任一點(diǎn)到安全出口的直線距離不大于50m。

圖3 避難走道設(shè)置
《建規(guī)》第6.4.14條避難走道的設(shè)置符合下列規(guī)定:
① 避難走道樓板的耐火極限不應(yīng)低于1.50h;
② 避難走道內(nèi)部裝修材料的燃燒性能應(yīng)為A級(jí);
③ 防火分區(qū)至避難走道入口處應(yīng)設(shè)置防煙前室,前室的使用面積不應(yīng)小于6.0㎡,開(kāi)向前室的門應(yīng)采用甲級(jí)防火門,前室開(kāi)向避難走道的門應(yīng)采用乙級(jí)防火門;
④ 避難走道內(nèi)應(yīng)設(shè)置消火栓、消防應(yīng)急照明、應(yīng)急廣播和消防專線電話。
(3) 對(duì)疏散走道內(nèi)的應(yīng)急照明也有要求:照度不能小于5lx,并且能持續(xù)供電的時(shí)間也不能小于60分鐘[5]。
(1) 水樂(lè)園戲水區(qū)設(shè)置消防炮滅火系統(tǒng),并確保任一點(diǎn)至少有2 門水炮進(jìn)行保護(hù),為避免對(duì)人員的影響,應(yīng)采用帶有霧化功能的產(chǎn)品。
(2) 本工程的室內(nèi)消火栓箱內(nèi)均配置消防軟管卷盤。
(3) 配套區(qū)設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),其噴頭均采用快速響應(yīng)噴頭。
(4) 水樂(lè)園大空間區(qū)域采用自然排煙方式,按不大于2000㎡劃分防煙分區(qū),每個(gè)防煙分區(qū)排煙口數(shù)量不低于其建筑面積2.5%的有效排煙窗。自然排煙口的布置確保任一點(diǎn)到排煙口的水平距離不大于30m,設(shè)置的自然排煙窗應(yīng)為整體生產(chǎn)的自然排煙窗,且應(yīng)能滿足以下整體性能要求:
① 排煙窗應(yīng)能在接到開(kāi)啟信號(hào)后60s 內(nèi)自動(dòng)打開(kāi)并處于完全開(kāi)啟位置;
② 在300℃的環(huán)境條件下能保持在設(shè)計(jì)開(kāi)啟位置不少于30min;
③ 具備防失效保護(hù)功能,在主開(kāi)啟動(dòng)力源失效的情況下也能夠自動(dòng)開(kāi)啟;
④ 具備與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制功能、遠(yuǎn)程控制開(kāi)啟功能;
⑤ 具備現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作開(kāi)啟的功能。
(5) 非消防電源設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
(6) 消防控制的用電要求應(yīng)滿足:a.按一級(jí)負(fù)荷設(shè)置,b.主要干線電纜采用礦物絕緣等級(jí),c.支線及配線電纜采用低煙無(wú)鹵耐火等級(jí),d.其他照明線路電纜采用低煙無(wú)鹵阻燃等級(jí)。
(7) 建筑內(nèi)設(shè)置1 個(gè)微型消防站,滿足《消防安全重點(diǎn)單位微型消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》的要求,并設(shè)置1 臺(tái)推車式高壓細(xì)水霧滅火裝置;并建立微型消防站的集中管理制度和與屬地消防救援中隊(duì)聯(lián)勤聯(lián)動(dòng)機(jī)制[6]。
(8) 其他防火設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家工程建設(shè)消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
考慮火災(zāi)場(chǎng)景,合理布置火源點(diǎn)在建筑物內(nèi)的位置。在對(duì)水樂(lè)園戲水區(qū)的防排煙控制設(shè)施和人員疏散設(shè)施的有效性進(jìn)行分析,對(duì)于火災(zāi)場(chǎng)景的選取,依據(jù)水樂(lè)園是火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場(chǎng)所,室內(nèi)可燃的物品比較多,同時(shí)設(shè)定起火后對(duì)人員疏散產(chǎn)生的最大不利影響,在水樂(lè)園室內(nèi)不應(yīng)少于設(shè)置2個(gè)火源位置,編號(hào)如下:
火源位置1:位于漂流河入口處休閑座椅發(fā)生火災(zāi)。
火源位置2:位于水寨池處水吧內(nèi)的桌椅發(fā)生火災(zāi)。
根據(jù)相關(guān)試驗(yàn),可燃物品要被引燃,需要的最小熱流為10kW/m2。當(dāng)火災(zāi)的輻射熱為10kW/m2時(shí),相當(dāng)于在煙氣層的溫度達(dá)到360℃~400℃時(shí)的狀態(tài)。因此將360℃作為火災(zāi)在防火區(qū)域之間蔓延的極限溫度,即煙氣層溫度比360℃大時(shí),火災(zāi)將通過(guò)熱輻射在防火區(qū)域之間進(jìn)行蔓延;當(dāng)煙氣層溫度比360℃小時(shí),可以認(rèn)為火災(zāi)不會(huì)通過(guò)熱輻射的方式在防火區(qū)域之間蔓延。提出如下判定標(biāo)準(zhǔn):
1)著火區(qū)域內(nèi)的頂棚煙氣溫度比600℃小時(shí),地面熱輻射熱通量小于20kW/m2;
2)著火區(qū)域以外區(qū)域內(nèi)的可燃物所接受的熱輻射比10 kW/m2小時(shí),煙氣溫度小于360℃。
采用由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)開(kāi)發(fā)的FDS分析軟件,通過(guò)數(shù)值方法求解湍流方程來(lái)分析燃燒過(guò)程中的煙氣擴(kuò)散和熱傳導(dǎo),包含燃燒模型、熱輻射模型和熱解模型等。
火災(zāi)的熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以通過(guò)分析預(yù)測(cè)煙氣的流動(dòng)狀態(tài)并獲得。針對(duì)設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景運(yùn)用場(chǎng)模擬軟件FDS 對(duì)建筑內(nèi)煙氣運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)用于驗(yàn)證本建筑內(nèi)的消防設(shè)施能否阻止火災(zāi)煙氣達(dá)到影響人員疏散安全的極限值。在模擬計(jì)算時(shí)初始條件如下:
1)火源位置:設(shè)定火源位置1、2;
2)建筑模型:以建筑實(shí)際尺寸建模;
3)環(huán)境條件:環(huán)境初始溫度23℃,初始風(fēng)速0m/s;
4)壁面邊界條件:絕熱;
5)湍流模型:大渦模擬模型;
6)燃燒模型:混合分?jǐn)?shù)模型;
7)假設(shè)火源:火災(zāi)初期發(fā)展規(guī)律根據(jù)分析的火災(zāi)增長(zhǎng)規(guī)律設(shè)定;
由于建筑內(nèi)人員在疏散時(shí)是想著遠(yuǎn)離著火點(diǎn)(火源)的方向疏散,因此本報(bào)告在確定人員實(shí)際疏散時(shí)間時(shí),以遠(yuǎn)離著火點(diǎn)(火源)的各個(gè)安全出口附近區(qū)域的各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)為依據(jù)。
通過(guò)上述各火災(zāi)場(chǎng)景計(jì)算,結(jié)果:在模擬出1800秒時(shí)間內(nèi),各安全出口10m范圍內(nèi)清晰高度:
1)最低能見(jiàn)度比最初設(shè)定的最低能見(jiàn)度10米高;
2)最高溫度比最初設(shè)定危險(xiǎn)溫度60℃低;
3)CO濃度比最初設(shè)定危險(xiǎn)濃度500ppm低。
1)水樂(lè)園內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí),在排煙系統(tǒng)有效啟動(dòng)的情況下,建筑內(nèi)的煙氣可維持在清晰高度之上,由于該建筑空間高大,蓄煙能力較強(qiáng),當(dāng)排煙系統(tǒng)失效時(shí),建筑內(nèi)也可在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)維持安全的疏散環(huán)境;
2)在設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景下,隔離帶另一側(cè)的最高溫度為85℃,小于易燃物品被引燃的溫度360℃。
疏散設(shè)計(jì)應(yīng)滿足綜合判定標(biāo)準(zhǔn):
人員允許疏散時(shí)間TASET>人員必需疏散時(shí)間TRSET
疏散人數(shù)以及人員類型的定義:以較準(zhǔn)確的人員密度分析是合理的人員疏散研究的基礎(chǔ),建筑的使用功能不同,以及在同一建筑內(nèi)不同區(qū)域,人員密度也不同,不同類型的人員其疏散行為也不盡相同。樂(lè)園設(shè)衣帽柜700 個(gè),并通過(guò)檢票按1100 人控制樂(lè)園內(nèi)的同時(shí)聚集人數(shù)。
SFPE《消防工程手冊(cè)》對(duì)人員疏散參數(shù)(疏散速度、人流量、有效疏散寬度)的系統(tǒng)歸納,被消防安全工程界廣泛采納。該手冊(cè)認(rèn)為人員的行走速度是人員密度的函數(shù):當(dāng)人員密度在0.54~3.8 人/m2之間時(shí),人員疏散速度可用公式表示:S=k(1-0.266D)式中:k-常數(shù),可按表取值; D-人員密度,人/m2。根據(jù)《消防工程手冊(cè)》k取值1.40,不同類型的人員有不同的疏散速度。蘇格蘭愛(ài)丁堡大學(xué)研究成果不但給出了4 類人員(成年男士、成年女士、兒童和老者)的平均形體尺寸,還給出了4 類人員的步行速度建議推薦值。根據(jù)研究結(jié)果表明,在水平和沿坡道、樓梯上下行疏散速度上成年女士、兒童和老者分別為成年男士的85%、66%和59%。
找出火災(zāi)發(fā)生后最不利于人員安全疏散的情況是疏散場(chǎng)景的設(shè)計(jì)總體原則。通??紤]火災(zāi)發(fā)生在某一疏散出口附近,使該出口堵塞不能用于人員疏散。根據(jù)火災(zāi)場(chǎng)景,設(shè)置了相對(duì)應(yīng)的2個(gè)設(shè)定疏散場(chǎng)景。
為了能方便、統(tǒng)一地描述人員疏散的必需疏散時(shí)間,消防安全工程大致將必需疏散時(shí)間簡(jiǎn)化為三個(gè)階段:報(bào)警時(shí)間TA、響應(yīng)時(shí)間TR和疏散行走時(shí)間TM。即人員疏散的必需疏散時(shí)間TRSET 可按公式TRSET=TA+TR+1.5×TM。
一般情況下,軟件模擬所得的時(shí)間為TM。由于在實(shí)際疏散過(guò)程中,還存在一些不利于人員疏散的不確定性因素,因此,有必要對(duì)行走時(shí)間考慮一定的安全補(bǔ)償。保守將人員疏散安全系數(shù)取為1.5。
本項(xiàng)目中設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),能夠?qū)馂?zāi)起到很好的監(jiān)控作用。水樂(lè)園內(nèi)存在人員活動(dòng),能夠及時(shí)感知和發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。因此,將建筑內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警時(shí)間確定為60s。
將人員響應(yīng)時(shí)間確定為120s。這個(gè)時(shí)間是針對(duì)處于非著火區(qū)的人員,他們只能通過(guò)建筑內(nèi)廣播信息進(jìn)行疏散響應(yīng);而對(duì)處于著火區(qū)域的人員,由于能直接通過(guò)自身感官判斷火災(zāi)發(fā)生,因此,其響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該非???,則人員響應(yīng)時(shí)間的取值是一個(gè)很保守的選擇[7]。
各場(chǎng)景下不同區(qū)域的必需疏散時(shí)間TRSET是將模擬計(jì)算的疏散行走時(shí)間乘以1.5 倍安全系數(shù),加上報(bào)警時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間。
防火設(shè)計(jì)最重要的目標(biāo)是在疏散要求中保障人員生命安全。通過(guò)對(duì)不同火災(zāi)場(chǎng)景下的火災(zāi)環(huán)境與人員疏散的狀況聯(lián)系起來(lái)綜合分析,確認(rèn)人員的疏散是否安全。
根據(jù)表1本項(xiàng)目通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬人員疏散進(jìn)行計(jì)算得到的所需的安全疏散時(shí)間(TRSET),與各火災(zāi)場(chǎng)景下的環(huán)境可提供安全時(shí)間(TASET)進(jìn)行比較,來(lái)判斷各區(qū)域內(nèi)人員疏散的安全性。(表1)

表1 人員疏散安全性判定
通過(guò)對(duì)人員的疏散分析與模擬,在未考慮水樂(lè)園設(shè)備回位時(shí)間及工作人員救援時(shí)間的情況下,得到如下結(jié)論:內(nèi)部所有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)都能夠有效運(yùn)行的情況下,各個(gè)設(shè)定的火災(zāi)場(chǎng)景和疏散場(chǎng)景建筑內(nèi)的人員在火災(zāi)發(fā)生后能夠在危險(xiǎn)降臨之前根據(jù)計(jì)算得到的疏散時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)臨近的安全通道疏散到室外安全區(qū)域。
水樂(lè)園按上述優(yōu)化后,對(duì)水樂(lè)園建筑內(nèi)起火后火災(zāi)煙霧氣體的蔓延情況和內(nèi)部人員疏散的過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算分析,結(jié)論如下:
1、在設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景下,建筑內(nèi)人員均能完全的疏散到室外安全區(qū)域。
2、在設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景下,隔離帶另一側(cè)的溫度小于易燃物品被引燃的溫度360℃,隔離帶可起到阻止火災(zāi)大規(guī)模蔓延的作用。
綜上,經(jīng)優(yōu)化后的水樂(lè)園消防設(shè)計(jì)方案能達(dá)到防止火災(zāi)大規(guī)模蔓延和保障建筑內(nèi)人員安全的目標(biāo)。