對大空間公共建筑防火分區及隔離帶的設計探討

宋明林

摘要：本文對大空間公共建筑防火分區的相關內容展開探討，從大空間公共建筑的火災特征出發，分析了大空間公共建筑防火分區設計模式，進而從建立模型、火焰的直接熱輻射以及熱煙氣的熱輻射等幾方面對相關設計流程加以闡述。

關鍵詞：大空間公共建筑;防火分區;防火隔離帶

中圖分類號：TU242? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）06-0097-02

一、大空間公共建筑的火災特征

（一）防火分隔困難

設置防火防煙分區是當前建筑設計過程中最為常見的防火措施之一，然而在大空間的建筑內，其內部特殊的建筑構造以及相應的生產工藝都大大提升了進行防火分區的難度，尤其是在一些工業廠房當中，難以使用防火墻等設施完成防火分隔。

（二）無法及時探測火源

現階段普通的建筑物是借助安裝于頂棚上的火災探測器通過對煙霧與溫度的識別來完成火災的探測工作。然而很多大空間公共建筑的高度超過了感應的識別高度，因此這類探測器在相關建筑中并不適用。與此同時，大空間公共建筑的頂部往往會形成具有一定厚度的熱空氣層，進而對火災探測器的正常工作造成阻礙。

（三）噴水滅火器效果較差

普通灑水噴頭的工作原理是當頂棚附近的溫度達到相應的標準之后，噴頭才會開始灑水;同時，如果在大空間公共建筑中使用普通噴頭，其水滴下落的高度將會大大增加，進而會導致還沒到滅火范圍，水滴就失去了其相應的滅火作用。

（四）人員疏散困難

通常情況下，大空間公共建筑可以容納大量的人，且人與人之間的密度也相對集中，往往人們來到相關場所都是出于自發性，這也對人員的組織疏散造成了較大的困難。一旦在大空間建筑中發生火災，如何在短時間內完成人員撤離是相關設計人員需要思考的首要問題。

二、大空間公共建筑防火分區設計模式

（一）防火墻

防火墻能夠對水平防火分區進行有效地分隔，避免火勢在同一層迅速蔓延，它能夠對防火分區進行科學規劃。所以在結構中它應該具備耐火性、嚴密性和分割性的特征。根據消防的相關規定，在防火分區應該設置防火墻進行阻隔，它主要功能就是進行分隔操作。防火墻應該堆砌在屋面基層的底部，不能高出屋面。它距離天窗的水平面距離應該大于4m，這樣如果天窗的端面為燃燒體，防火墻就能避免火勢的進一步蔓延。如果大空間建筑物的外墻起火時，防火墻應該高于不易燃燒墻體表面40cm，與防火墻距離較近的門窗之間的距離不能低于2m[1]。

（二）防火卷簾

在對大空間公共建筑防火分區進行分隔時，如果只是應用防火墻將無法對火勢進行有效控制。因為需要在防火墻的上端設置較大的開口，又不能設置防火門。所以，這時可以使用防火卷簾代替防火墻。防火卷簾的設計標準為：第一，除了中庭的區域外，防火分隔部分的寬度應該控制在30m以內，而防火卷簾的寬度要控制在10m之內，這樣利于人群進行快速疏散，降低踩踏事件發生的幾率。第二，如果防火分隔的部分的寬度超過30m時，防火卷簾的寬度應為防火分隔的30%。現階段，防火卷簾得到廣泛地應用。但是如果需要分隔部分的高度或者寬度較大，防火卷簾的應用價值就會降低，無法對頂部進行有效地分隔。

（三）防火水幕

應該設置三排噴頭，防火水幕帶的鋪設長度不能低于7m，供水的強度應該控制在2.5L/s.m，持續性噴水時間不能低于180min。在防火水幕的上部不能放置易燃物品。一般情況下，自動扶梯、防火墻和開放性樓梯的上部都應該設置防火水幕進行分隔處理。這樣能夠有效阻隔火勢的進一步蔓延，為人們提供充足的撤離時間。

（四）防火隔離帶

使用防火隔離帶對距離空間進行有效地劃分，從而實現對防火區的有效分隔。主要的操作模式為，在建筑中劃分出一個區域，在這個建筑區域內所有的裝飾構件和建筑材料都使用不可燃的材料，堆放的材料也是不可燃的物品。同時在兩旁設置隔離煙霧、自動噴水的裝置。防火隔離帶運行的基本原則為，阻止可燃物的進一步燃燒，降低一側燃燒火源對另外一側的熱輻射，導致另外一側可燃物獲得的熱量不足以支持它繼續燃燒。防火隔離帶能夠在那些不適合設置防火墻、防火卷簾、防火水幕的區域進行設置。在應用防火隔離帶時，一定要保障它具有一定的寬度，并且隔離帶附近不能存在易燃物品。

（五）自動報警和噴水系統

一般情況下，應該在大空間公共建筑中設置非接觸式的火災探測設備，主要采用射頻式或圖像式的探測模式，一旦空氣中的溫度系數超過限定的范圍就會自動進行報警。自動噴水系統的噴頭采用大滴水快速噴射的模式，也可以遠程噴射水炮，這樣能夠有效地控制火勢，從而實現滅火的目的。

（六）構建火災場景模型

第一，要對不同區域的火災特征進行判定。因為類型不同，其燃燒的速度、釋放的熱能、持續的時間就存在較大的差異。第二，應該對火災的負載量、可燃物的屬性以及助燃因素進行全面探究。在大空間公共建筑內應該探究風的流速和可燃物的分布情況[2]。第三，對火災的情況進行模擬。這樣就能獲取火災的熱量數據和具體的時長，從而能對整個大空間公共建筑的耐火性進行評估，明確防火分區和安全疏散的優化措施。要對防火分區的設計進行多次的檢驗和修正，確保其符合阻隔火勢的要求，提升設計的安全性。

三、大空間公共建筑防火隔離帶設計

在設計防火隔離帶時應該對火災的荷載量、消防設施的數量和分布情況、大空間公共建筑的結構分布以及人員疏散要求進行全面考慮，明確防火隔離帶的寬度，充分發揮它的隔離作用，確保一側著火之后不會因為溫度過高導致另一側的可燃物燃燒。防火隔離帶一側燃燒之后會對另外一側造成熱輻射影響。熱輻射主要包括火焰對目標可燃物的直接熱輻射和熱煙氣對可燃物的熱輻射[3]。

（一）建立模型

例如可燃物A區域發生火災，則在它附近的可燃物B區域所受到的熱輻射作用主要來自于可燃物A區域的火焰和熱煙氣的熱輻射。由此可知當可燃物A區域發生火災時，可燃物B區域接收到的總體熱輻射為q。其中火焰熱輻射為qf、熱煙氣熱輻射為qs。

（二）火焰對目標可燃物的直接熱輻射

火源的火焰鋒面在物體上呈現不規則的形態，不能使用傳統的公式計算具體的熱輻射量。在消防安全工程中把具有熱輻射發散作用的點稱為點火源。這樣能提升熱輻射計算的效果，保障結果的精準性。點火源的熱輻射由火源的中心位置釋放出來，熱輻射量和火源的水平距離有著密切的關系。火焰釋放熱的速率與可燃物接受熱輻射量之間的關系為：

其中Q主要指火焰釋放熱量的速率，R指的是兩者之間的距離參數，即防火隔離帶的寬度。

（三）熱煙氣對可燃物的熱輻射

當大空間公共建筑發生火災之后，建筑的頂棚下部將會形成一個較厚的熱氣層。當火勢的進一步擴大，煙氣層的厚度會逐漸地增加，溫度處于持續增加的狀態。高溫度的熱煙氣具有較強的輻射能力，能對可燃物質進行熱輻射。物體的一般熱輻射為：

其中ε為熱煙氣層發射熱輻射的頻率，一般情況下取值為1。絕對溫度T的標準單位是開爾文，ε為黑體的輻射系數。σ稱為斯特藩-玻爾茲曼常數或斯特藩常量，它不是一個基本的物理常數，它的大概數值為5.6697×10-8W/m^2·k^4。

熱煙氣對可燃物的熱輻射公式為：

其中Fs主要指煙氣層的輻射角系數。把可燃物作為原點坐標，按照煙氣層的長和寬這兩個方向設置坐標。就能判斷出可燃物在不同長、寬煙氣層輻射角系數。

（四）臨界輻射通量的安全判定

當可燃物接受的火焰和熱煙氣的熱輻射量總值高于可燃物表面的最小輻射通量時，物體就會被引燃。易引燃物，比如報紙、棉花、木材等，它們的臨界輻射通量為10kW·m2;一般易燃物，比如裝潢家居用品、裝飾材料、部分塑料制品等，它們的臨界輻射通量為20kW·m2;難引燃物品，比如厚度超過25mm的木材、墻體等，它們的臨界輻射通量為40kW·m2。

（五）防火隔離帶寬度

防火隔離帶需要滿足的臨界條件的公式為：

在知道大空間公共建筑內部結構性質、空間分布、火源情況和可燃物的性質后，就能根據上面的公式算出防火隔離帶的最小寬度值。

四、案例探究

某個大型超市發生火災，它的長度為50m、寬度為20m、高度為10m，在自動噴水器失靈的情況下，火災的最大功率為25MW。在其他防火分區設計無法實施的情況下，需要設置防火隔離帶。為了避免火勢的進一步蔓延，要保障防火隔離帶寬度的合理性。通過計算可知，火焰對目標可燃物的直接熱輻射為：

對煙氣層進行測溫可知，它的最大值Ts為224.15℃。此外因為空間位置的原因，本次Fs設置為0.24。那么熱煙氣對可燃物的熱輻射為：

所以，可燃物接受的火焰和熱煙氣的熱輻射量總值為：

通過對臨界輻射通量進行判斷，得出防火隔離帶寬度為8.5m。為了提升隔離的效果，應該再乘以1.2倍的安全系數，那么防火隔離帶的寬度為10.2m。

五、結語

綜上所述，大空間公共建筑防火分區與隔離帶設計對提升建設的防火安全性能起到了至關重要的作用，因此應不斷提升對相關設計工作的重視程度。在實際開展設計的過程中，應針對建筑功能、人員疏散、消防設施等多方面展開計算，同時將相應的計算模型引入其中，進而最大限度地提升防火分區與隔離帶在設計與使用過程的有效性。同時，還應加入自動滅火系統等設施，為提升建筑的防火性能奠定基礎。

參考文獻：

[1]施旭梅.從防火功能角度淺議超高層建筑結構設計——以廣西南寧為例[J].科技資訊，2018，16（35）：77+79.

[2]楊啟，秦煜粟.淺析高層公共建筑的防火設計——以“中國進出口銀行福建省分行辦公樓”為例[J].居舍，2018（19）：106-108.

[3]劉燕.大型公共建筑防火安全疏散設計[J].門窗，2018（01）：144.