地下建筑的消防安全防火設計探討

應志剛 蔡海宇 陳思思

0 引言

地下建筑最大限度地利用了建筑物的豎向空間，有效地緩解了城市用地緊張的問題。建筑設計中，考慮到地下建筑火災特點突出、危害性較大等因素，需積極分析其火災影響因素，開展地下建筑的防火設計，保證地下建筑的消防安全。

1 地下建筑火災特點

1.1 燃燒特點

火災對于建筑物的使用具有較大危害，并且其嚴重影響著建筑使用者的人身安全和財產安全。當地下建筑發生火災時，外界通風狀況對于火災的燃燒狀況、危害程度具有較大影響。相比地上建筑，地下建筑的出入口較少，通風狀況較差，這使得地下建筑本身具有氧氣供給不充分的特征；在這種條件下，一旦發生火災，則不完全燃燒現象較為明顯，不完全燃燒會產生濃烈的煙霧，這些煙霧主要是通過出入口向外排放的。出入口是地下建筑新鮮空氣輸入的通道，受向外排放煙霧影響，新鮮空氣的輸入會受到影響，這使得地下建筑的不完全燃燒現象更顯明顯。另外在地面風向、風速等因素的影響下，地下建筑內部煙氣流動狀況也會變得更加復雜，一般在具有兩個或以上出入口的地下建筑中，發生火災時會自然地形成排煙口和進風口。此外，隨著出入口的增加，地下空氣中氧氣含量豐富，這會大大加快火災的燃燒速度。

1.2 疏散困難

地下建筑發生火災時，人員疏散較為困難。（1）地下建筑的出入口相對較少，疏散步行距離相對較長，且在發生火災時，電梯等工具均無法使用，這對地下建筑的人員疏散造成了較大影響。（2）地下建筑煙霧擴散實驗表明，當地下建筑使用傾斜面吊頂時，發生火災使得濃煙流速可達到3m/s。在沒有排煙設備的支撐下，出入口即是火災下的排煙口，這造成了排煙口與人們疏散方向一致的問題；致使疏散逃生人員容易受高溫濃煙影響。同時地下建筑基本沒有自然采光，在發生火災時，地下建筑的電力系統容易受到影響，此時在黑暗與火災濃煙的雙重作用下，人員疏散的難度會大大增加，尤其是當人們的視距不到3m 時，很難逃離火災現場。（3）伴隨著火災燃燒現象，地下建筑內的缺氧問題會愈發明顯，同時不完全燃燒所產生的一氧化碳還會使得人體中毒，這些問題均增加了地下建筑人員疏散的難度，有必要積極防范地下建筑火災，并加強火災下的人員疏散管理，避免造成較大人員傷亡和財產損失。

1.3 撲救困難

撲救困難是地下建筑火災的主要特征。一方面，結合建筑施工應用實際可知，地下建筑多被用來作為設備間、儲物間、商場、停車場，建筑內的電氣線路及管道較為密集，且裝飾多為易燃、可燃的材料，這大大加快了火災的蔓延速度。另一方面，受出入口較少等因素的影響，消防人員的現場指揮和火災救援速度會受到較大影響，放緩了火災救援的速度；另外，火災發生時較為混亂的逃生人群也會給救援工作帶來加大影響，增加了地下建筑火災撲救的難度。

2 地下建筑消防安全防火設計思路

2.1 任務目標

地下建筑火災不僅會造成較為嚴重的人員傷亡和財產損失，而且會對周圍的環境造成較大污染；針對可能出現的地下建筑火災危害，應積極開展消防安全防火設計。從本質上講，消防安全防火設計是一種事故應急救援設計，其設計的核心目標在于：通過切實有效的應急救援方案和救援行動，最大限度降低事故后果。火災救援過程中，搶救受害人員是最基本的任務，其要求采取切實有效的措施，規范開展現場救急和轉送工作，減少人員傷亡，并減少火災事故下的財產損失。

2.2 思路要求

地下建筑應用中，火災的發生具有突然性、高危性的特征。發生火災后，首先，應組織人員及時地進行撤離，減少火災對人員的傷害。其次，應迅速地控制事態，檢測事故造成的危害，測定火災事故的危害區域；該環節中，應重視危險源的控制，避免火災事故進一步擴張，為后期救援奠定良好基礎。最后，在消除危險后，應做好火災現場的恢復，一般在火災現場恢復中，應通過封閉、隔離、洗消、檢測等方式，控制和減少火災對人體、動植物、土壤和空氣造成的危害，最終將事故現場恢復到相對穩定的狀態。

為從源頭上預防或減少火災發生，在地下建筑消防安全防火設計的初期階段，就必須注重建筑耐火等級的設計。以高層建筑為例，其在設計中應按照一二級的差異進行建筑耐火等級設計，具體設計中，還應注重建筑構件燃燒性能和耐火極限的細化分析（見表1）。值得注意的是，在建筑消防安全防范設計中，還應考慮火災發生后的自救和火災撲救設計。在火災救援設計中，要求通過減少燃燒源、隔斷火災蔓延、使用滅火器具消除火源的方式及進行撲救，該環節中，要求積極預防中毒、坍塌、墜落、觸電等問題，避免火災造成較大危害。

表1 建筑構件燃燒性能及耐火極限

3 地下建筑的消防安全防火設計要點

3.1 防火分區設計

結合工程建設實際可知，當前地下建筑的建設規模逐漸增多，建筑層數逐漸增多，除商業服務外，這些地下建筑在文化娛樂服務中也發揮著重要作用，另外一些地下建筑還被作為車庫，設備間，這些地下建筑人員密集，設備管線眾多，且存在較多的可燃物，故而在地下建筑消防安全防火設計中，先應開展地下建筑的防火分區設計。

盡可能地減少防火分區的面積是地下建筑防火分區設計的基本要求，其能有效地減少火災所帶來的損害。結合防火分區設計應用實際可知，當發生火災時，通過關閉防火門、防火卷簾等措施，已能避免火災向其他區域蔓延。在一定程度上，這種借助防火門的方式能將火災帶來的損失控制在績效的范圍之內，但是考慮到該設計方式后期建設投資較高的特征，需在同一個防火分區中涉及多個小空間，以此來實現防火效果與經濟效益的統一。

對比地面建筑防火分區設計，地下建筑在防火分區劃分中更加嚴格，考慮到建筑功能的差異，其防火分區的劃分也有較大差異。通常在地下建筑消防安全防火設計中，要求其防火分區的面積保持在500m以內，并且在劃分的防火分區中，應配置系統完善的防火設施，如火災報警、自動噴水滅火系統等。當地下建筑物有特殊用途，在開展防火分區設計過程中，要求配置性能突出的防煙、排煙設備，一般防煙分區的面積多保持在2 000m以內。另外地下建筑面積較大，且已經超過20 000m時，在具體設計中，還應考慮以下要點：（1）在防火分區設計中，要求采用不開設門窗、洞口的防火墻進行分割，以此來減少不同區域之間火災蔓延的問題。（2）應做好防火隔間、避難走道的設計，其中在防火隔間設計中，要求重視實體防火墻的設計，同時應配置甲級防火門，確保地下建筑發生火災時，通過防火墻、防火門的應用，能有效減小火災的危害。避難走道設計中，要求走道的兩側為防火墻，同時在一些局部的連接區域，應重視敞開式甲級防火門的設計，這些防火門應具有自行關閉功能，滿足后期火災救援需要。

3.2 防煙排煙設計

地下建筑火災多為不完全燃燒，伴隨著火災，地下建筑內的煙霧較為濃烈，對此應將防煙、排煙設計作為地下建筑消防安全設計的重點，積極開展防煙分區、排煙口、風道等要素的設計，同時應做好自然排煙、機械排煙、防煙樓梯間等要素的科學規劃。

3.3 防煙分區

地下建筑消防安全防火設計中，防煙分區和防火分區設計具有相似性的特征；即在防煙分區設計中，要求其分區的面積盡可能地保持在500m以內，且防煙分區不得跨越防火分區，此外應保證防煙分區形狀簡單，避免兩個街道的防煙分區發生混合，以此來提升防煙、排煙的整體效果。結合現階段地下建筑設計應用實際可知，其防煙分區多是通過擋煙垂壁形成的，這種擋煙垂壁的蓄煙能力有限；當火災突然發生，煙塵量急劇增加時，擋煙垂壁的排煙能力難以滿足實際應用需要，故而在擋煙垂壁應用中需重視其與感煙探測器、排煙設備的聯動應用。

3.4 排煙口與風道

完成地下建筑防煙分區設計后，還應為每個防煙分區設計一定的排煙口，要求每個防煙分區的排煙口不少于1個。現階段，排煙口多被設計在吊頂面上或其他排煙效果較好的區域；并且為保證地下建筑的排煙效果，一些地下建筑中還配置了機械排煙設備，要求加強這些機械排煙設備與擋煙垂壁的結合，在此過程中，應為機械排煙設備設置必要的排煙口，滿足地下建筑排煙需要。傳統設計模式下，一些地下建筑的出入口即為排煙口，這使得火災事故下的人員疏散受到了較大影響，新時期，為提升地下建筑防火、排煙效果，還應注重出入口和排煙口風道的獨立設計，這樣能確保即便在火災情況下出入口也沒有濃煙，確保了人們的安全性。

3.5 排煙方式

建筑消防安全防火設計中，還應注重排煙方式的系統設計。現階段，自然排煙、機械排煙是地下建筑消防安全防火設計的重要方式。其中，若地下建筑具有較大的排煙口，排煙口的面積占到地下建筑面積1/50 時，一般設計采用自然排煙方式。該方式下，應重視自然排煙設施的合理安排，避免地面風從排煙口倒灌入地下建筑當中；出于這一考慮，在排煙口設計階段，還應確保其高出地面，這樣不僅能增加排煙的效果，而且能減少外界風力等因素對排煙效果的影響。值得注意的是，在自然排煙方式下，煙塵的流動方向難以控制，即便存在排煙口，出入口也有可能成為排煙口，這影響了火災救援及人員疏散工作的開展。對此在出口部位設置自然排煙通道時，還應注重垂壁擋煙設施的應用。

3.6 防煙樓梯間

傳統設計模式下，地下建筑消防安全防火設計往往會忽視防煙樓梯間的設計。新時期，應將防煙樓梯間作為關鍵設計內容，對防煙樓梯間的各個要素進行合理規劃。通常，當地下建筑不少于3 層，或者到地下室內地面與室外出入口地坪高差超過10m 時，應為其設置防煙樓梯間，并且在防煙樓梯間設計中，還應注重其進風、排風系統的獨立設計，以此來確保防煙樓梯間應用的安全性。

4 人員疏散設計

開展地下建筑消防安全防火設計，首要任務是保證地下建筑內人員的安全，避免人們因火災而受到傷害。對此在實際設計中，應將人員疏散設計作為關鍵內容，從人員密度、疏散時間、疏散標準三個層面出發，進行人員疏散設計，最大限度地保證地下建筑人員安全。

4.1 人員密度

建筑工程項目開發建設中，受城市用地緊張等因素的影響，地下建筑的建設應用規模不斷擴大，這些地下建筑作為商場、影劇院、游樂場、停車場，在城市經濟發展和人們生活中發揮著重要作用。從地下建筑實際應用情況來看，當前地下建筑的人員密度較大，人員疏散較為緩慢，這使得發生火災時容易造成一定的人員傷害。對此從地下建筑消防安全防火設計的角度來看，在實際設計中，應注重地下建筑人員密度的科學估算。

4.2 疏散時間

安全疏散設計是建筑消防安全設計的重要內容，在此項設計要素中，應注重疏散時間的系統分析。通常當地下建筑發生火災時，應確保所有的人員能在最短的時間內疏散到地面或者避難處。在此過程中，除考慮地下建筑到安全出口最大步行距離外，還行注重通道寬度、出口數量的有效設計；此外設計師還應考慮地下建筑人員性質、火災發生時人員行動能力等因素，這樣才能實現疏散時間的準確把控，為火災救援提供有效支撐。結合相關設計規范可知，當地下建筑發生火災時，煙熱等因素對人員的影響較大，故而人們應盡可能地在3min 內疏散到安全地點，這樣能大大減少火災對人員的傷害。

4.3 疏散標志

要進一步提升地下建筑消防安全防火設計質量，在人員疏散設計階段，還應注重疏散標準的系統設計。疏散標志在地下建筑火災救援中起到至關重要的作用。在實際設計中，針對疏散標準的設計，一方面，應嚴格控制火災救援疏散標志高度的設計，要求該標志保持在距地面1.8m 左右，避免對正常的交通造成影響，同時應防止煙氣遮擋標準。另一方面，發生火災時，濃煙會嚴重影響人們的視線，在疏散標志設計中，應盡可能地使用發光性疏散標志，這樣人們能有效辨識疏散標志，并順著疏散標志快速疏散到安全區域，這大大減少了火災危害，提升了消防安全防火設計應用的整體質量。

5 加強新能源汽車充電樁設計應用管理

隨著國家鼓勵新能源發展政策的不斷出臺，電動汽車行業得到迅猛發展，為滿足新能源汽車充電需要，越來越多的地下建筑還配置了一定的新能源汽車充電樁。這滿足了新能源汽車充電需要，但也給地下建筑帶來一定的消防壓力。對此在新能源汽車充電樁設計中，應系統考慮被充電車型，充電類別，車輛應用類型，進行充電樁電量及功率因數控制，實現新能源汽車充電與用電安全的統一。同時在新能源汽車充電樁應用中，要求嚴格按照充電樁數量進行防火分隔設計，要求在每個防火分區配置固定數量的新能源汽車充電樁，避免某一分區集中用電產生火災隱患。另外還應通過智能監測技術對新能源汽車充電樁的應用進行監管，確保新能源汽車充電樁應用的安全性，保證地下建筑防火綜合效益。

6 結語

火災嚴重影響了地下建筑物使用的安全性，對于人們的生命安全和財產安全造成了極大威脅。新時期，工程設計師只有深刻認識到地下建筑火災特征及消防安全方式設計要點，并從防火、排煙、人員疏散等層面開展細化設計，才能有效提升地下建筑消防安全設計質量，減少火災危害，促進建筑工程的持續、穩定發展。