大型圖書館書谷大空間消防設計難點及防火措施研究

作者簡介：周峰（1989—），男，漢族，湖北襄陽人，本科，研究方向：特殊消防設計、消防設計咨詢。

摘要：圖書館的閱覽空間存在大量圖書火災荷載，由于書籍的燃燒特性，閱覽空間的火災危險性相對較高。為提高大型圖書館建筑的消防安全性，本文結合具體的工程案例提出了相應的防火措施，并借助FDS和人員安全疏散模擬軟件Pathfinder作出了進一步研究分析，以期為相似的工程提供經驗借鑒。

關鍵詞：大型圖書館；書谷；防火措施；FDS；Pathfinder

引言

近年來，社會飛速發展，許多城市的基礎設施建設越來越完善，如圖書館等公共文化類建筑配套也在大力建設。為給圖書館讀者帶來較好的閱覽體驗，圖書館閱覽空間更通透、更開闊的效果受到追捧。某市新建一處大型圖書館，打造了書山、書谷的超大閱覽空間，該空間形成的投影面積接近1.5萬平方米。

該圖書館（如圖1）總建筑面積約1.4萬平方米，包含圖書館、方志館、書庫等，地上十層、地下二層，建筑高度56.5米。

一、書谷空間消防設計難點分析

（一）防火分區問題

《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018版）第5.3.1條規定，高層民用建筑設置自動噴水滅火系統時，防火分區最大允許建筑面積不應超過3000平方米。該項目書谷為貫穿建筑內各層的巨大空間，其中書谷內敞開區域投影面積約1.5萬平方米，難以按照上述規范要求劃分防火分區。

（二）安全疏散問題

書谷作為連接各書山的主要平臺，出于空間、周邊總平面條件需求，利用通向谷底的開敞大樓梯疏散。書谷部分區域距直通室外出口的距離過長（沿谷底開敞大樓梯疏散至室外的路徑過長）。書谷各臺地設置有向下通行的樓梯，導致各臺地可就近向谷底疏散，也可向同層書山內疏散，疏散路徑無法形成統一。

二、書山空間防火措施

（一）可燃物控制及裝修

書谷空間具有閱覽、藏書功能，應盡可能降低該區域的火災荷載^[1]。書谷谷底區域僅用于人員通行及相應登記接待，該區域不設置任何可燃物；書谷、臺地區域內除書籍外的固定設施、固定裝飾材料均采用不燃材料；活動桌椅采用難燃材料；書谷空間的頂棚、墻面、地面應采用燃燒性能不低于A級的裝修材料；控制書谷空間書籍總數；書谷、臺地范圍內的書架距同一水平面的疏散樓梯、平臺連廊、出入口不小于2米。

（二）防火分隔措施

1.形成防火隔離帶

書山之間（從書架外緣）最近距離不小于9米，使書谷本體成為依附于書山的書架相對位置間的防火隔離帶^[2]。

2.控制書山與書谷之間的開口

除必要的人員通行出入口外，書谷與書山之間采用防火墻分隔，用于人員出入口設常開式的甲級防火門；各部分書山每層開向書谷的開口總寬度不大于該層面向書谷邊界的30%。

3.書谷谷底分隔

谷底區域作為書谷區域人員重要的疏散通道，谷底與周圍采用防火墻進行分隔，面向谷底各房間的開口部位采用甲級防火門進行分隔（如圖2）。

4.書谷退臺設置

書山每層書架上層處為退臺設計，預留至少不小于1米、不設置可燃物的豎向區域。

5.防火單元設置

書谷防火分區內各設備用房按防火單元設置，采用耐火極限不低于3h的防火隔墻及甲級防火門與周圍分隔。

6.管井開口

開向書谷空間的水井、電纜井開口的門采用甲級防火門分隔。

（三）安全疏散措施

大空間內疏散指示標志采用大型疏散指示標志；書谷內任一點距首層疏散外門、防煙樓梯間入口的距離不超過60米^[3]；臺地主要經與書山防煙樓梯間連接的走道或前室進行疏散，最不利點至防煙樓梯間入口處、谷底的距離不超過37.5米；書谷不承擔書山的疏散壓力，不通過書谷底部門廳進行疏散。

（四）消防設施系統措施

大空間內設置自動跟13e859ff1c911f4503f1692c52a70e9835c2e8c31ae04c590fda5001932d7a54蹤定位射流滅火系統，水炮可直接噴射至各書架，書架最不利點可確保有不少于2門水炮保護^[4]。高位消防水箱容積不小于50立方米。濕式滅火系統場所如門廳、走道等位置采用快速響應噴頭。書谷區域在明顯位置和便于取用的地點，按嚴重危險等級配置通用型滅火器。消火栓箱內應配備消防軟管卷盤。大空間內采用線性光束感煙火災探測器、圖像型火災探測器兩種不同型式的火災探測器^[5]。屋面可開啟自然排煙窗，有效面積占書谷敞開區的最大投影面積的比例不低于5%^[6]。

三、人員安全疏散和火災煙氣模擬分析

（一）數值模型建構及工況設計

1.煙氣模型的建立

采用以大渦模擬（LES）方法數值求解低速、熱驅動下流動的Navier-Stokes方程為原理的FDS進行煙氣模擬研究^[7]。書庫、閱覽區內空間凈高不高、書籍儲量大、書架布置嚴密，火災荷載相對較高，火災情況下易形成轟然態勢。參考國內多個關于圖書館火災的研究，書庫、閱覽區區域在滅火系統有效時火災規模為4MW，在滅火系統失效時，火災規模為20MW（如圖3）。

書谷區域火災荷載主要為書山墻壁上的書籍、書谷內布置的臨時桌椅，各書山之間嚴格控制在9米的間距，書庫區域火災荷載相對較小。參考《建筑防煙排煙系統技術標準》GB51251-2017第4.6.7條給出的商店、展覽廳場所火災最大熱釋放速率，書谷區域在滅火系統有效時火災規模為3MW，在滅火系統失效時，火災規模為10MW。

書谷谷底未布置書架、書籍等設施，當自動滅火設施失效時，書谷谷底區域發生火災時最大熱釋放速率選取為3.5MW；當自動滅火設施有效時，書谷谷底區域發生火災時最大熱釋放速率選取為1.5MW。

2.人員疏散模型的建立

人員疏散主要采用Pathfinder軟件進行研究，對發生火災時圖書館內的所有人員進行疏散模擬，圖書館總疏散人數為16380人，建立的圖書館整體Pathfinder模型如圖4所示。

3.工況設計

選擇了9組18個具有代表性的設定火災場景進行計算分析，詳見表1。

（二）結果分析

運用FDS對該項目各工況進行了煙氣數值模擬計算，得出以上各工況下對應的危險來臨時間；運用Pathfinder對該項目進行了人員安全疏散模擬計算，得出對應的必須疏散時間^[8]。通過對比危險來臨時間與必須疏散時間分析該項目內人員疏散安全與否，以驗證其消防設計方案的合理性，如表2。

由表2的人員疏散與煙氣模擬情況可看出，建筑內人員可在危險來臨前疏散至安全區域，達到設定的消防安全目標。

結語

針對超大圖書館書山空間，在滿足功能及空間效果的前提下，應盡可能采取消防措施，加強大空間防火分區的消防安全性。本文針對該種空間設計存在的消防設計難點，提出了相應的防火措施，并采用數值模擬的方式進行了分析驗證。研究結果表明：可燃物為火災發生的三要素之一，書谷空間應盡量限制書籍等可燃物總量，以降低該區域的火災荷載；各書山之間設置的防火隔離帶可在一定程度上阻礙一側書山火災煙氣熱流對對向書山的影響，形成虛擬的防火分隔；室內書谷區域空間高大，可為火災煙氣蓄積提供空間條件，減小火災煙氣對下方人員安全的威脅；書谷空間各區域豎向、橫向交錯連接，人員疏散路徑的多樣性給了人員安全疏散更多選擇；書谷空間消防設施應在規范要求的基礎上進行加強，以滿足該超大空間火災探測報警、滅火、排煙需求。

參考文獻

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[3]洪菲，賴裕強，秦朝君.天津國家會展中心項目高大空間消防設計[J].建筑科學，2020，36（09）：74-79.

[4]杜愛梅.高大空間建筑消防設計策略研究——以某大型游樂綜合體建筑設計項目為例[J].城市建筑空間，2022，29（S1）：91-93.

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