大型建筑防火分區的性能化設計探討

摘要：

本文結合火災風險評估及火災模擬技術，研究了火災荷載及煙氣蔓延控制策略，并針對防護效果的實現，提出了材料選用和結構設計的優化方案，為大型建筑提供更加安全的防火保障，進一步促進性能化防火設計在實際工程中的應用。

關鍵詞：大型建筑；防火分區；性能化設計；火災模擬

引言

大型建筑火災事故造成嚴重生命財產損失，對防火設計提出了更高要求。在復雜結構和多功能空間的建筑中，傳統的防火分區設計方法逐漸暴露出難以滿足實際安全需求的不足。性能化設計理念提供了一種更具靈活性和適用性的解決方案，可以根據建筑物的具體功能和結構特征優化防火策略。采用火災風險評估和火災行為模擬，精確分析火災荷載與煙氣蔓延模式，提升設計的安全性和可靠性。性能化設計強調運用科學方法指導防火分區布置和材料選擇，使設計結果不僅符合規范要求，還能最大限度地減少火災對生命與建筑結構的影響，為大型建筑提供系統性的防護思路和技術支持。

一、防火分區性能化設計原則

（一）防火分區設計的基本原則

防火分區的設計是以有效隔離火災，限制火焰和煙氣在火災發生時的蔓延，確保人員撤離安全，順利展開滅火救援為基本目標而設計的。防火分區應遵循防火分隔、功能獨立的原則，需要在布置防火分區時對建筑物的布局、功能、使用性質等進行充分考慮，以保證在防火條件下，各分區都有獨立的保護性能。設計時需要對建筑物的不同區域進行合理劃分，保證各個分區都有足夠的防火能力，降低火災蔓延概率。對于設置高效防火墻、阻煙設施等人員密集區，應優先考慮。防火分區設計還需要在合理規劃煙氣控制系統后，滿足防煙設計要求，確保分區內溫度和煙氣濃度處于可控范圍內，從而減少高溫煙氣對疏散通道和人員安全的威脅[1]。

（二）不同建筑類型的分區設計要求

高層建筑防火分區的劃分需要嚴格依據建筑高度和使用功能。對于高度超過50米的高層建筑，分區耐火極限應達到不小于2小時，并設置獨立的防煙樓梯間和避難層，避難層面積應不小于樓層建筑面積的2%。住宅建筑一般以每戶為獨立防火分區，設計耐火極限要求為1小時，設置有效的防火門和阻煙設施，確保火災發生時住戶間火勢不迅速蔓延。地下建筑因疏散困難和通風受限，防火分區設計應重點考慮排煙和消防救援通道的布置，每個分區面積不得超過1000平方米，排煙系統需具備獨立性和高效性，能在火災時迅速排除煙氣，保持較低煙氣濃度[2]。

大型商業綜合體由于內部功能多樣，分區面積不應超過3000平方米，每個防火分區之間必須設置帶有自動關閉功能的防火門，并配置與防火分區對應的消防設施，如自動噴水滅火系統和火災探測器。工業廠房的分區設計需要根據火災危險性等級進行劃分，甲類廠房的單個分區面積不得超過500平方米，并設置高效排煙裝置和阻火防爆墻，廠房結構應以耐火材料為主，確保火災不在短時間內危及廠房整體結構安全。倉庫建筑防火分區設計要考慮儲存物品的可燃性和火災荷載量，高火災危險性的倉庫每個分區面積不超過300平方米，分區之間應具備良好的隔熱和防火性能，倉儲物品須分隔存放，減少火災發生風險。

（三）設計規范與實際應用的協調性

目前，大空間建筑如體育場館和展覽中心，其寬敞開闊的布局不易滿足傳統的分區要求，可以使用性能化設計方法，引入火災模擬技術與風險評估模型，分析火災場景下煙氣流動與火焰擴散情況，進行優化分區設置。商場和綜合性建筑內因人流量大且功能分區復雜，需要在滿足防火分區的基礎上，增加人員疏散的便利性和消防救援的可達性。在具體設計中，需要使用計算流體動力學（CFD）等火災模擬工具，對煙氣蔓延與溫度分布進行全面分析，找到防火分區與排煙系統的最佳結合點。

二、性能化設計方法與技術分析

（一）防火分區的風險評估與火災模擬

性能化防火分區設計的核心是基于詳細的風險評估和火災模擬進行優化布置，以最大限度地減少火災對生命與財產的威脅。風險評估主要依據火災危險等級、建筑用途和人員密集度等參數，火災風險指數可用下列公式進行計算：

其中，RI為火災風險指數，HF為火災荷載系數，AF為可燃物分布系數，PF為人員密集度系數，為防火措施減災系數。以下是某大型商業綜合體不同區域的風險評估數據，見表1。

商鋪區的火災荷載系數HF=1.8和可燃物分布系數AF=2.5，說明該區域內儲存和陳列大量可燃商品，加劇了火災爆發時的威脅程度。人員密集度系數PF=3.0，表明人員密集程度高，逃生難度較大。減災系數RF=0.6，說明該區域雖然配備了一定的防火措施，但仍存在不足。火災風險指數RI=22.5，說明商鋪區的火災風險很高，須進一步優化防火設計。

餐飲區的火災荷載系數HF=2.0和可燃物分布系數AF=3.0，高于其他區域，主要由于餐飲場所使用大量可燃材料和火源，加上人員密集度系數PF=2.8，使得火災發生的潛在危險較高。防火措施減災系數RF=0.7，顯示了較低防護水平，使火災風險指數達到RI=240，為最高風險區。

公共活動區的火災荷載系數HF=1.5和可燃物分布系數AF=1.8，說明該區域的可燃物較少，火災強度相對較小。人員密集度系數PF=3.5，表示高密度人群活動，這增加了火災疏散難度。防火措施減災系數RF=0.8，顯示了較為完善的防護設備，如疏散通道和應急出口配置合理，使火災風險指數RI=11.8，屬于中等風險。

停車場的火災荷載系數HF=0.8和可燃物分布系數AF=1.2，說明該區域火災荷載較小，主要是車輛內的燃油和潤滑油。人員密集度系數PF=1.5，表明人員不密集。防火措施減災系數RF=0.9，說明停車場有良好的防火設施，使火災風險指數RI=1.6，為最低風險區。

（二）火災荷載與煙氣蔓延控制技術

火災荷載是指建筑物內可燃物在燃燒過程中釋放的總能量，一般用火災荷載密度來衡量，即單位面積上的總能量釋放量。火災荷載的控制使用可控火災荷載策略是降低火災強度和煙氣蔓延速率的有效方法。建筑設計中選擇不易燃材料、減少可燃物總量、使用耐火構件等方法來降低火災荷載。火災荷載的核心在于限制可燃物總量和提高材料的耐火性，火災荷載密度的計算可采用以下公式：

其中，q為火災荷載密度（單位：MJ/m2），Hi為第i種可燃物的燃燒熱值（單位：MJ/kg），Mi為該可燃物的質量（單位：kg），A為分區的建筑面積（單位：m2）。經過計算火災荷載密度，可以評估每個防火分區的火災危險性，并根據評估結果調整材料和構造方案。

煙氣被動控制技術通過設置防煙隔斷墻、阻煙帶、封閉樓梯間等，防止煙氣擴散。這些措施可以對煙氣的流動路徑進行限制，避免煙氣向大樓其他區域擴散。例如，雙層阻煙帶通過頂棚或樓板縫隙對煙氣進行有效阻隔，防止其擴散，同時將煙氣流速控制在0.3米/秒—0.5米/秒以內，降低了人員暴露在高濃度煙氣中的危險性。火災發生時，火災探測器、排煙扇與滅火系統會形成聯動機制，在發現火情后立即啟動排煙系統，隨后啟動滅火系統，使煙氣濃度降低，溫度降低，形成多層次的安全防護。智能聯動設計促使疏散、滅火救援更有效率，提升建筑防火系統整體的可靠性。圖1是某購物中心自動排煙系統的布局。

（三）防火分區材料選擇與結構優化

耐火磚是常用的防火墻材料，具有耐高溫、隔熱效果顯著的特點，能夠在火災條件下維持墻體結構的穩定性。耐火磚的導熱系數低于0.8W/（m·K），燃燒性能達到A1級別，適合在高溫環境下的長時間防護。防火涂料用于鋼結構防火保護，能在火災中膨脹形成隔熱層，將結構溫度維持在關鍵限值以下，防止結構快速失效。防火玻璃可以用于觀景區域或分區邊界，采用多層夾膠工藝，可承受高達1000°C的溫度，提供優良的防火與阻煙效果。

（四）防火分區材料選擇與結構優化

耐火磚具有耐高溫、隔熱性能，并能在火災情況下保持墻體結構穩定。耐火磚燃燒性能達到A1級，適用于高溫環境下的長時間保護[3]。防火涂料用于在火災中膨脹形成隔熱保溫層，并在關鍵時刻保持結構溫度，防止結構迅速失效。可使用防火玻璃進行觀景區或分區分界，使用可承受高達1000°C溫度的多層夾膠技術，提供極佳的防火和阻煙效果。

四、性能化設計的優勢與實現效果

性能化防火分區設計的優越性在于能夠按照實際建筑的特點及使用需要靈活地制定防火方案，而不是簡單地按照一個固定的標準來進行防火設計。它的最大優點是可以按照火災模擬、風險評估的結果，使防火措施變得更為精確，也更加有效，從而制定出具有中國特色的防火方案。大空間建筑如展覽館或綜合體育場館，性能化設計避免了將空間簡單分隔成多個小區間。根據實際需求，合理規劃分區和設置防火隔斷，確保功能性與防火性達到最佳平衡。優化設計后的每個分區面積可比傳統方案增加15%—20%，整體耐火極限維持在規定范圍內，極大提升了空間的使用效率。

結語

結合危險性和火災模擬，本文針對大規模建筑物防火分區的性能化設計，提出了防火分區優化方法，并對火災負荷、煙氣擴散控制技術的具體執行進行了深度分析。通過防火物資選配及結構布局優化，使火災荷載的管控工作得到顯著加強。同時，采用自動排煙系統、防煙隔離措施，使疏散通道的可見度和安全性得到保障。

參考文獻

[1]楊嬡茹，許東晟.某建筑中兩個防火分區合用合用前室加壓問題探討[J].建筑技術，2023，54（12）：1520-1522.

[2]楊臨深.大型建筑防火分區問題的性能化設計探討[J].裝飾裝修天地，2020（19）：154.

[3]李樂.建筑防火安全的新思維——我國建筑防火性能化設計的發展歷程[J].消防界（電子版），2018，4（17）：67.

作者簡介：

陸偉（1990— ），男，漢族，四川成都人，研究生，研究方向：工程技術。