大型商業(yè)綜合體大中庭消防安全性能探討

舒雅 陳樺 張潔玉 吳林峰

針對某一類高層商業(yè)中庭進(jìn)行了消防安全性探討。通過中庭存在的消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了相應(yīng)適合的中庭消防設(shè)計(jì)方案。結(jié)合設(shè)計(jì)方案從保守角度出發(fā)，設(shè)置4個(gè)火災(zāi)和1個(gè)整體疏散場景，利用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行消防安全性分析。通過模擬分析，各火災(zāi)工況下中庭內(nèi)人員均能在煙氣發(fā)展到人體耐受極限條件之前疏散至安全區(qū)域。

中庭; 煙氣模擬; 疏散模擬; 消防安全; 大型商業(yè)綜合體

TU998.12 A

［定稿日期］2022-06-01

［作者簡介］舒雅（1989—），女，碩士，工程師，從事消防設(shè)計(jì)咨詢顧問和特殊消防設(shè)計(jì)工作。

中庭因?yàn)槁?lián)通面積較大，是建筑消防安全設(shè)計(jì)的重點(diǎn)關(guān)注對象，國內(nèi)學(xué)者利用計(jì)算機(jī)模擬對中庭及超大空間煙氣特性開展了相關(guān)研究。李莉［1］利用FDS對100 m高中庭進(jìn)行煙氣特性研究，并考慮排煙方式、排煙口位置對排煙效果的影響。袁滿等［2］針對中庭底部起火對大空間的影響進(jìn)行了研究。研究通過數(shù)值模擬的方法，設(shè)置8.0 MW快速火，明確了超高層中庭的煙氣蔓延特性及排煙策略。蔡敬［3］針對某5層大型商業(yè)綜合體開展了消防優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，通過設(shè)置亞安全區(qū)、擋煙設(shè)施、開設(shè)輔助疏散口等多項(xiàng)措施，并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，優(yōu)化了現(xiàn)行消防設(shè)計(jì)方案。 張蓬［4］利用消防新能化的防范對雙層會展中心進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對比了多種防火分隔措施的效果及經(jīng)濟(jì)性指數(shù)。

筆者針對某8層大型商業(yè)綜合體中庭開展研究，目的是分析其消防安全性能。

1 工程概況

某大型商業(yè)綜合體地上8層，建筑高度49 m。地上建筑面積約為22萬m2。屬于一類高層建筑，耐火等級為一級。建筑內(nèi)室內(nèi)中庭連通8個(gè)樓層，按照中庭連通形狀和所處的位置共包含4個(gè)中庭區(qū)域，如圖1所示。

基于商業(yè)空間效果的訴求，設(shè)置了4個(gè)中庭共享空間。1號和3號中庭為獨(dú)立中庭，2號中庭和4號中庭為同一個(gè)中庭內(nèi)2個(gè)獨(dú)立小中庭。4個(gè)中庭應(yīng)分別按照一個(gè)防火單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。各中庭聯(lián)通樓層及面積如表1所示。

2 消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1～3號中庭連通面積均超過了GB 50016-2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.3.1條對單個(gè)普通防火分區(qū)面積限制［5］，擬按照GB 50016-2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.3.2條要求進(jìn)行消防設(shè)計(jì)，分別從中庭空間性質(zhì)、防火分隔、人員疏散設(shè)計(jì)、排煙設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，并結(jié)合規(guī)范條文要求，論述和分析中庭的消防設(shè)計(jì)情況。

3 消防性能化解決方案

3.1 中庭性質(zhì)

中庭有多個(gè)洞口、回廊等共享空間組成，中庭兩側(cè)為商鋪等功能房間。中庭區(qū)域不作為商業(yè)用途，僅作為人員交通空間，不可設(shè)置可燃物。針對中庭區(qū)域的裝修裝飾材料，嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范要求執(zhí)行，其連通部位的頂棚、墻面、地面采用A級裝修材料，其他部位應(yīng)采用不低于B1級的裝修材料。

3.2 防火分隔

根據(jù)實(shí)際功能需要，中庭與商業(yè)之間的分隔擬按采用C類防火玻璃+噴淋保護(hù)系統(tǒng)、防火卷簾及甲級防火門進(jìn)行分隔。部分店鋪前分隔防火卷簾耐火隔熱性不滿足GB/T 7633-2008《門和卷簾的耐火試驗(yàn)方法》要求時(shí)［6］，按規(guī)范設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。中庭與走道之間采用耐火極限不低于2 h的實(shí)體墻+甲級防火門，滿足防火與人員疏散的需要。中庭與中庭之間的分隔采用耐火極限不低于3 h防火卷簾進(jìn)行分隔。

除上述主要部位外，中庭與兒童活動(dòng)場所、電影院及歌舞娛樂放映游藝場所等其他部位之間采用耐火極限不低于2 h的實(shí)體墻進(jìn)行分隔，實(shí)體墻上確需要開設(shè)門窗洞口時(shí)，需采用甲級防火門、窗。

為了避免防火卷簾失效情況下，火災(zāi)通過中庭洞口豎向蔓延，并兼顧疏散需要，要求中庭回廊寬度（即中庭洞口邊緣至中庭與店鋪分界面之間的距離）不應(yīng)小于3 m。

3.3 人員疏散設(shè)計(jì)

中庭與商鋪的防火分隔是鋪前，商鋪不通過中庭疏散。需在商鋪背面設(shè)疏散走道，以滿足商鋪的疏散要求。各中庭防火單元內(nèi)人員均應(yīng)在本單元內(nèi)進(jìn)行疏散，中庭各層應(yīng)按規(guī)范對應(yīng)商業(yè)營業(yè)廳要求計(jì)算疏散人數(shù)，疏散樓梯的設(shè)置應(yīng)滿足規(guī)范要求。經(jīng)核算，各中庭防火單位疏散寬度均滿足要求。

中庭公共區(qū)疏散距離按37.5 m控制?，F(xiàn)設(shè)計(jì)方案中庭各層的疏散就能均能控制在37.5 m以內(nèi)。中庭每層有不少于2個(gè)安全出口。L1層中庭區(qū)域直接出室外；其他樓層中庭區(qū)域主要是利用通向本中庭防火單元的疏散樓梯進(jìn)行疏散。

3.4 排煙設(shè)計(jì)

中庭的回廊和洞口之間設(shè)擋煙設(shè)施，分別劃分防煙分區(qū)?；乩确罒煼謪^(qū)排煙量按60 m3/（h·m2）計(jì)算且不小于13 000 m3/h；中庭洞口區(qū)域排煙量不小于周圍場所防煙分區(qū)最大排煙量的2倍且不小于107 000 m3/h。

中庭內(nèi)部按規(guī)范要求劃分防煙分區(qū)，當(dāng)空間高度大于9 m時(shí)，防煙分區(qū)之間可不設(shè)擋煙設(shè)施。防煙分區(qū)內(nèi)存在不同標(biāo)高樓板時(shí)，并根據(jù)安全疏散所需最小清晰高度來核算排煙量。

4 數(shù)值模擬

4.1 模型建立

為研究現(xiàn)行中庭設(shè)計(jì)方案是否可以保證火災(zāi)情況下人員安疏散，采用FDS軟件模擬火災(zāi)發(fā)展和煙氣蔓延特性，采用STEPS人員疏散軟件模擬人員疏散行動(dòng)時(shí)間。 根據(jù)商業(yè)綜合體的數(shù)據(jù)建立等比例模型（圖2）。

4.2 場景及參數(shù)設(shè)置

考慮到火災(zāi)工況下消防系統(tǒng)各種可能出現(xiàn)的情況，設(shè)置了4個(gè)火災(zāi)場景，1個(gè)疏散場景。

火災(zāi)場景結(jié)合工程實(shí)際情況，分別考慮了排煙口不能正常打開的不利情況，并參照GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求設(shè)置火災(zāi)規(guī)模參數(shù)［6］；考慮到本項(xiàng)目體量較大，疏散人數(shù)較多，故對其安全性的模擬時(shí)間確定為30 min，即1 800 s（表2）。

中庭防火單元內(nèi)人員均應(yīng)在本單元內(nèi)進(jìn)行疏散，中各層應(yīng)按規(guī)范對應(yīng)商業(yè)營業(yè)廳要求計(jì)算疏散人數(shù)。研究共設(shè)定了1個(gè)整體疏散場景，所有出口均可使用。

4.3 煙氣模擬結(jié)果

煙氣模擬結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)具體如圖3所示。

A1場景模擬過程中，中庭上層煙氣溫度在36 ℃左右，下層煙氣溫度在26 ℃左右。7層、6層、5層、4層、3層、2層、1層各層中庭回廊距地面2 m高度處的CO2濃度分別達(dá)到0.09%、0.088%、0.085%、0.084%、0.43%、0.2%、0.1%左右。各層中庭回廊距地面2 m高度處的能見度都保持在30 m左右。

A2場景模擬過程中，中庭上層煙氣溫度在48 ℃左右，下層煙氣溫度在29 ℃左右。7層、6層、5層、4層、3層、2層、1層各層中庭回廊距地面2 m高度處的CO2濃度分別達(dá)到0.35%、0.32%、0.3%、0.29%、0.28%、0.45%、0.4%左右。各層中庭回廊距地面2m高度處的能見度分別在1 200 s、1 290 s、1 350 s、1 360 s、1 500 s、1 080 s、1 060 s時(shí)下降至10 m。

B1場景模擬過程中，中庭上層煙氣溫度在86 ℃左右，下層煙氣溫度在26 ℃左右。7層中庭回廊距地面2 m高度處的CO2濃度在1 000 s時(shí)到達(dá)在1%；6層中庭回廊距地面2 m高度處的CO2濃度達(dá)到0.18%左右；5層、4層、3層、2層、1層各層中庭回廊距離2 m處的CO2濃度無明顯變化接近火災(zāi)發(fā)生前的室內(nèi)環(huán)境值。7層中庭回廊距地面2 m高度處的能見度在500 s時(shí)下降至10 m；6層中庭回廊距地面2 m高度處的能見度下降至18 m左右；5層、4層、3層、2層、1層各層中庭回廊距離2 m處的CO2濃度無明顯變化接近火災(zāi)發(fā)生前的室內(nèi)環(huán)境值。

B2場景模擬過程中，中庭上層煙氣溫度在98 ℃左右，下層煙氣溫度在26 ℃左右。7層中庭回廊距地面2 m高度處的CO2濃度在830 s時(shí)到達(dá)1%；6層中庭回廊距地面2 m高度處的CO2濃度達(dá)到0.6%左右；5層、4層、3層、2層、1層各層中庭回廊距離2 m處的CO2濃度無明顯變化接近火災(zāi)發(fā)生前的室內(nèi)環(huán)境值。7層、6層中庭回廊距地面2 m高度處的能見度分別在450 s、1 600 s時(shí)下降至10 m；5層、4層、3層、2層、1層各層中庭回廊距離2 m處的CO2濃度無明顯變化接近火災(zāi)發(fā)生前的室內(nèi)環(huán)境值。

4.4 疏散模擬結(jié)果

煙氣模擬結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)具體如圖4、表3所示。

4.5 小結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)對人員安全疏散的定量分析，通過煙氣流動(dòng)和人員疏散2個(gè)方面的模擬，對比量化的人員安全疏散時(shí)間判據(jù)進(jìn)行判斷。安全余量越大，人員疏散的安全性就越高。計(jì)算結(jié)果表明，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，現(xiàn)有消防方案設(shè)計(jì)可以保證人員的安全疏散（表4）。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

結(jié)合消防性能化解決方案和數(shù)值模擬分析結(jié)果，現(xiàn)行大中庭防消防安全設(shè)計(jì)是可行的，能夠保證人員的安全疏散。但在日常運(yùn)營中要加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制火災(zāi)荷載，同時(shí)應(yīng)確保各疏散門、疏散通道和安全出口的暢通，加強(qiáng)消防設(shè)施設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，確保消防設(shè)施設(shè)備的功能完整性。

5.2 建議

通過對起火點(diǎn)高度進(jìn)行比對分析，在消防系統(tǒng)失效的情況下，火災(zāi)場景B2（起火點(diǎn)為1層）中L7層安全余量時(shí)間為912 s；火災(zāi)場景D2（起火點(diǎn)為7層）中L7層安全余量時(shí)間僅為162 s，安全余量大幅度降低。這是因?yàn)榛馂?zāi)場景D2所在的4號中庭的高度僅約10.8 m，蓄煙能力相對較低，在最不利的情況下煙氣很容易填充滿整個(gè)中庭空間導(dǎo)致安全余量時(shí)間較小。從疏散的角度出發(fā)，為進(jìn)一步提升中庭的消防安全性能，建議將4號中庭和2號中庭貫通，有利于提高該區(qū)域的人員疏散安全性。

參考文獻(xiàn)

［1］ 李莉. 基于數(shù)值模擬的超高中庭排煙系統(tǒng)性能研究［J］. 消防科學(xué)與技術(shù)， 2015， 34（12）：3.

［2］ 袁滿，張佳慶，何學(xué)超. 回廊式超高中庭三級排煙效果模擬研究［J］. 消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（6）：757.

［3］ 蔡敬. 建筑工程消防安全性能化設(shè)計(jì)探討［J］. 消防科學(xué)與技術(shù)， 2016， 35（6）：3.

［4］ 張蓬. 基于性能化方法的消防工程設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)選分析［J］. 消防科學(xué)與技術(shù)， 2014， 33（6）：4.

［5］ 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范： GB 50016-2014（2018年版）［S］.

［6］ 門和卷簾的耐火試驗(yàn)方法： GB/T 7633-2008［S］.

［7］ 建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： GB 51251-2017［S］.