萬達商業(yè)綜合體的性能化防火設(shè)計分析

曹克珍（天津市長城建筑設(shè)計有限公司，天津　300041）

萬達商業(yè)綜合體的性能化防火設(shè)計分析

曹克珍
（天津市長城建筑設(shè)計有限公司，天津300041）

摘要：大型商業(yè)綜合體的出現(xiàn)給按傳統(tǒng)規(guī)范進行防火設(shè)計帶來新的難題和挑戰(zhàn)，性能化防火設(shè)計是解決這一問題的可行方法。萬達商業(yè)綜合體即是具有代表性的商業(yè)綜合體模式，采用性能化防火的方法對其進行分析，可以突破現(xiàn)行規(guī)范的桎梏，解決實際消防難題。

關(guān)鍵詞：萬達商業(yè)；指標；性能；場景；參數(shù)

中國經(jīng)濟的高速發(fā)展引起了商業(yè)業(yè)態(tài)的深刻變革，各種大型商業(yè)綜合體如雨后春筍般地出現(xiàn)。此類建筑發(fā)生火災(zāi)時容易導(dǎo)致人員傷亡多，經(jīng)濟損失大，而現(xiàn)行建筑規(guī)范的適用范圍已經(jīng)無法涵蓋這種新的建筑形式。

目前尚未針對商業(yè)綜合體制定專門的規(guī)范，由于我國規(guī)范內(nèi)容的滯后性不能適應(yīng)新形勢的發(fā)展，局部進行簡單的修訂也很難適應(yīng)建筑的多樣化的需求，探索合理的建筑設(shè)計和技術(shù)支持是當前面臨的主要課題。國內(nèi)外已經(jīng)在這方面做了大量的研究和應(yīng)用工作，并且在許多大型建筑中得到初步實踐取得很好的效果，這就是以性能為基礎(chǔ)的消防設(shè)計，簡稱性能化防火設(shè)計。

性能化防火設(shè)計是一種新型的防火設(shè)計思路，它不是根據(jù)固定的模式進行，而是一種更為理性的方法。首先運用消防安全工程學(xué)的原理和方法制定整個防火系統(tǒng)應(yīng)達到的性能目標針，然后對特定的建筑功能，火災(zāi)荷載和火災(zāi)場景進行分析，利用工程分析工具對火災(zāi)的危險性和后果進行定性、定量的預(yù)測與評估，最后得到最佳解決方案，該方案不是特定的解決方案，只需根據(jù)指標要求確定具體的工程措施，但是需要證明其所選擇的工程解決方法或措施是安全可靠性，取得審核人員的認可。

萬達商業(yè)綜合體的商業(yè)業(yè)態(tài)根據(jù)項目所在地理位置，結(jié)構(gòu)形式，功能組合及人員構(gòu)成等方面不同特點和消防設(shè)施的配置情況，決定其使用功能復(fù)雜，造型體量獨特，在消防設(shè)計方面面臨巨大的難題。

首先，室內(nèi)防火分區(qū)的劃分面積超過標準，而且劃分措施難以保證實效。為了保證室內(nèi)步行街與兩側(cè)精品店使用功能和空間的完整，兩者不劃分防火分區(qū)，導(dǎo)致該區(qū)域的建筑面積遠遠超過規(guī)范規(guī)定的防火分區(qū)最大允許建筑面積。中庭等共享空間跨越幾層，防火分區(qū)需疊加考慮，即便疊加也難以保證分隔嚴密，造成防火分隔漏洞。

其次，室內(nèi)的疏散距離無法滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。防火規(guī)范對于營業(yè)廳等大空間的行走距離未做要求，而是由當?shù)叵啦块T確定一個參考值。另外室內(nèi)步行街往往超出現(xiàn)有規(guī)范對疏散距離的要求，無法保障在火災(zāi)發(fā)生時人員能否依據(jù)消防設(shè)施的參與救援，快速而有效地通過消防路徑到達安全區(qū)域。

再次，主要營業(yè)大廳和步行街的疏散樓梯無法直通室外，形成有效的疏散安全出口。該類建筑由于在外墻設(shè)置樓梯難以滿足疏散距離要求，只能在商業(yè)空間內(nèi)部區(qū)域布置疏散樓梯，導(dǎo)致疏散樓梯在首層的出口將設(shè)在室內(nèi)，人員需要通過室內(nèi)公共區(qū)域才能到達室外，期間過程曲折，容易消耗寶貴的逃生時間。

最后，各層疏散走道和樓梯的寬度均小于按照規(guī)范要求計算所得數(shù)值。疏散寬度直接影響人員的疏散時間，而疏散時間又直接關(guān)系疏散人員的生命安全。由于設(shè)計時未考慮實際使用時可能遇到的最不利情況以及室內(nèi)疏散路徑的不確定性，實際所需的疏散寬度小于規(guī)范要求所需寬度的情況經(jīng)常出現(xiàn)。

針對這些消防設(shè)計的難點，萬達商業(yè)綜合體結(jié)合不同形式的火災(zāi)荷載分布，火災(zāi)和煙氣蔓延情況以及人流疏散等特點，在確保消防安全目標達到規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，采用創(chuàng)新的思路用性能化防火設(shè)計的方法來解決以上問題。性能化防火設(shè)計總體設(shè)計思路是：根據(jù)工程性質(zhì)確定安全目標和性能指標，利用收集的性能參數(shù)設(shè)計火災(zāi)場景，建立火災(zāi)模型，模擬計算后分析結(jié)果，由此判斷是否滿足指標，若不滿足則進行修改設(shè)計回到流程起點，多次往返后直到最終滿足指標。

下面我們將對性能化防火設(shè)計的工作步驟進行討論。涉及的內(nèi)容包括：安全目標的確定，安全性能的選擇，火災(zāi)場景的設(shè)計，關(guān)鍵參數(shù)的確定與計算。

一、安全目標的確定

安全目標對商業(yè)建筑而言主要是保護人員生命的安全，保護財產(chǎn)的安全，保護建筑本身的安全。從三個安全目標具體分析包括防火分區(qū)擴大，疏散和防火分隔幾個問題。

首先是防火分區(qū)面積過大問題，防火分區(qū)面積超出規(guī)范的要求是大型商業(yè)建筑中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，設(shè)置防火分區(qū)的目的是為了控制火災(zāi)的規(guī)模，限制火災(zāi)的大面積蔓延，從而減少由此而來帶來的財產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，針對防火分區(qū)擴大問題，應(yīng)該從保證人員疏散，控制火災(zāi)規(guī)模和防止火災(zāi)大面積蔓延方面進行分析，并采取必要的消防措施，以保證人員生命安全，盡可能減少財產(chǎn)損失。

其次是疏散問題，疏散設(shè)計能否滿足規(guī)范對疏散距離和疏散寬度的要求，這是商業(yè)建筑消防設(shè)計中最典型的問題。人員安全疏散要保證建筑中的所有人員能夠在危險到來之前到達安全地點，這時疏散時間及危險來臨時間則成為判定人們能否安全疏散的主要參數(shù)。疏散時間小于或等于危險來臨時間則疏散就是安全的，二者差值越大則安全度越高。疏散時間的決定因素一般包括探測報警時間，疏散通道維護結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的耐火性能，火災(zāi)煙氣的溫度，能見度與毒性的影響以及疏散人員的心理承受能力。

最后是防火分隔問題，規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用防火墻等劃分防火分區(qū)，在設(shè)置防火墻有困難的場所可采用防火卷簾作防火分隔。為了實現(xiàn)通透、自然和互動的目的，大型商業(yè)建筑多數(shù)采用透明的玻璃等材料作為空間的分隔物以取代傳統(tǒng)的實體墻，實測表明這種防火分隔措施并沒有達到耐火極限要求。但如果能夠判斷火災(zāi)持續(xù)時間小于1.5小時或2小時，則防火分隔措施能夠起到隔火隔煙作用，達到分隔防火分區(qū)的目的。

二、性能指標的選擇

性能指標是針對分析問題提出的，不同的問題提出的性能指標不同，針對相同的問題由于要求的安全等級不同，性能指標也會不同。商業(yè)建筑常用三類性能指標：人員安全疏散的性能指標，火災(zāi)蔓延的性能指標和鋼結(jié)構(gòu)的臨界溫度指標。

首先，人員安全疏散的性能指標主要涉及煙氣。當煙氣層位于臨界溫度以上和以下時，分別通過熱輻射和直接的熱作用對人產(chǎn)生影響。煙層溫度高低決定在此環(huán)境中的堅持時間的長短。疏散通道中煙氣能見度在小空間小于大空間，對于煙氣的毒性一般認為在可接受的能見度范圍內(nèi)都很低，不會對人員疏散造成影響。

其次，火災(zāi)蔓延的性能指標主要涉及火源和起火物與相鄰可燃物之間的距離以及相鄰可燃物的臨界點燃輻射強度?；馂?zāi)首先由火源引起，隨著火災(zāi)的增大，火災(zāi)煙氣和火焰輻射不斷增加，增至一定值后會導(dǎo)致相鄰可燃物被引燃。

最后，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的臨界溫度取決于是否有防火保護。鋼結(jié)構(gòu)的失效源于火災(zāi)的熱作用，隨鋼結(jié)構(gòu)溫度升高其強度和剛度有所減弱。通過采取外包不燃材料或噴涂防火涂料，或設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)保護等防火保護措施，可以使其達到規(guī)定的耐火極限要求。

三、火災(zāi)場景的設(shè)計

為了辨識危險源，預(yù)測可能發(fā)生的火災(zāi)及所產(chǎn)生的后果，在進行消防安全評估時需估計火災(zāi)產(chǎn)生的部位，規(guī)模以及環(huán)境條件等，稱之為設(shè)計火災(zāi)場景。設(shè)計火災(zāi)場景涉及以下內(nèi)容：

首先是火災(zāi)發(fā)生的位置，選擇位置時應(yīng)該考慮火災(zāi)頻率高，發(fā)生火災(zāi)后危害大以及特殊的區(qū)域。對于商業(yè)建筑應(yīng)考慮廚房或操作間，主要疏散出入口處，地下商場以及家具展示廳等特殊區(qū)域。

其次是火災(zāi)增長速率，不同性質(zhì)可燃物的火災(zāi)增長時間常數(shù)不同，按熱釋放速率增長的快慢通常分為超速火，快速火，中速火和慢速火四類。對商業(yè)建筑而言，由于可燃物數(shù)量和種類較多，通常選擇快速火或超快速火進行分析。

再次是火災(zāi)最大規(guī)模，安全目標不同則確定最大火災(zāi)規(guī)模的方法也不同?；馂?zāi)規(guī)模是性能化設(shè)計中的重要參數(shù)，工程通常參考三種方法綜合確定火災(zāi)的規(guī)模：相關(guān)設(shè)計規(guī)范或指南，噴淋啟動確定火災(zāi)規(guī)模和通風與燃料控制型火災(zāi)。

四、關(guān)鍵參數(shù)的確定與計算

關(guān)鍵參數(shù)包括火災(zāi)探測時間，疏散準備時間，疏散開始時間，人員數(shù)量，人員行進速度，流動系數(shù)和安全裕度。

火災(zāi)探測時間可以通過火災(zāi)產(chǎn)生煙氣的減光度，溫度或火焰長度等特征參數(shù)來預(yù)測，另外火災(zāi)探測器的類型和探測方式不同，探測到火災(zāi)的時間也不同。疏散準備時間與人的疏散方式，建筑物的功能和室內(nèi)環(huán)境有關(guān)。疏散開始時間由火災(zāi)探測時間和疏散準備時間兩部分時間組成，這可以根據(jù)前面的分析結(jié)果相加得到。

人員疏散數(shù)量通常由火災(zāi)發(fā)生地的面積和該區(qū)域內(nèi)的人員密度的乘積來確定，有固定座椅時可按座椅數(shù)確定。人員行進速度與人員密度，年齡和靈活性有關(guān)。流動系數(shù)是單位時間內(nèi)通過單位寬度的人流數(shù)量，在數(shù)值上等于人員密度與對應(yīng)的人流速度的乘積。

安全裕度是考慮到在人員疏散時間和危險來臨時間分析過程中存在的不確定性，需要增加一個安全余量，計算參數(shù)選取為相對保守值時，安全裕度可以取小些，否則取較大值。

萬達商業(yè)綜合體通過性能化設(shè)計引入“亞安全區(qū)”用于解決消防問題，此區(qū)域可對可燃物進行控制，與周圍進行嚴格的防火分隔，形成逃生暫時過渡空間，并為火情偵察和撲救提供暫時安全場所。

性能化設(shè)計對萬達商業(yè)綜合體的火災(zāi)危險源特性進行研究，結(jié)合防火設(shè)計方案，建立火災(zāi)場景，利用人員疏散模擬軟件進行模擬，得到人員疏散時間，利用場模擬軟件進行煙氣蔓延模擬，得到危險來臨時間，最后通過計算和分析論證“亞安全區(qū)”的安全可行性，以確保在采取一定消防措施的條件下能達到設(shè)定所需的消防安全目標，保障人員生命安全，并且限制火災(zāi)的蔓延。

需要說明的是性能化防火設(shè)計并非拋棄常規(guī)設(shè)計，也不是與現(xiàn)行消防規(guī)范相對立。性能化設(shè)計與常規(guī)設(shè)計兩者在消防系統(tǒng)的安全目標和功能目標上應(yīng)該是相同的。因此，性能化設(shè)計應(yīng)該從這兩個方面出發(fā)分析常規(guī)設(shè)計背后的根本目的，而不是簡單地以規(guī)范的條文作為性能化設(shè)計的目標。

參考文獻

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[2]李引擎．建筑防火性能化設(shè)計[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

中圖分類號：TU247

文獻標識碼：A