水樂園防火設(shè)計
——以唐山體育中心基礎(chǔ)配套設(shè)施項目為例

陳 華

同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司 上海 200092

1 項目概況

唐山體育中心-基礎(chǔ)配套設(shè)施項目位于唐山市路南區(qū)新岳道南側(cè)、政通路東北側(cè)，本項目規(guī)劃用地面積為64468.26㎡，總建筑面積為94635㎡，其中地上建筑面積61000㎡（水樂園10680㎡，商業(yè)24570㎡，酒店25750㎡），地下建筑面積33635㎡。容積率0.95，建筑密度30%，建筑高度24m（室外地坪至屋頂面層），綠地率7.19%，總停車數(shù)624 輛，耐火等級為二級。（圖1）

基礎(chǔ)配套設(shè)施項目主要功能為水樂園、商業(yè)、酒店、地下車庫、設(shè)備用房和人防地下室。地下為設(shè)備用房、水樂園洗浴更衣、商業(yè)設(shè)施和機動車停車庫，地上為水樂園、商業(yè)和酒店[1]。

2 防火設(shè)計難點

2.1 防火分區(qū)

《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018 年版）（下文簡稱“建規(guī)”）第5.3.1 條規(guī)定：一、二級耐火等級的單、多層民用建筑每個防火分區(qū)最大允許為2500㎡，當設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)時，每個防火分區(qū)最大允許可增大到5000㎡。

唐山體育中心-基礎(chǔ)配套設(shè)施項目水樂園（下文簡稱“水樂園”）的戲水區(qū)建筑面積9180m2為滿足使用功能要求，不能按規(guī)范的要求布置防火墻、防火卷簾等硬性設(shè)施強制劃分為多個建筑面積滿足規(guī)范要求的防火分區(qū)，空間上無法分隔。

根據(jù)《建規(guī)》第5.3.1 條條文說明，本項目的水樂園空間高大，且部分區(qū)域為戲水區(qū)，火災(zāi)荷載較小，因此，需要對其防火分區(qū)劃分及防火分隔方式進行分析，以滿足建筑整體消防安全水平。

2.2 安全疏散

《建規(guī)》第5.5.17.4條：“一、二級耐火等級建筑內(nèi)疏散門或安全出口不少于2 個的觀眾廳、展覽廳、多功能廳、餐廳、營業(yè)廳等，其室內(nèi)任一點至最近疏散門或安全出口的直線距離不應(yīng)大于30m；當疏散門不能直通室外地面或疏散樓梯間時，應(yīng)采用長度不大于10m 的疏散走道通至最近的安全出口。當該場所設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)時，室內(nèi)任一點至最近安全出口的安全疏散距離可分別增加25%?！?/p>

根據(jù)規(guī)范規(guī)定一、二級耐火等級的大空間在設(shè)置自動滅火系統(tǒng)時疏散距離不應(yīng)大于37.5m，水樂園戲水區(qū)最不利點疏散距離為88m，超過規(guī)范規(guī)定的37.5m。另外，規(guī)范未對室內(nèi)大型水樂園的疏散距離明確規(guī)定，考慮到水樂園空間大，高度高，功能布局需要聯(lián)通，在滿足人員安全疏散的要求下，對疏散距離適當放寬進行進一步研究驗算[2]。

3 解決方案

3.1 防火隔離

(1) 水樂園戲水區(qū)與配套區(qū)分別劃分為不同的防火分區(qū)，防火分區(qū)之間采用防火墻進行分隔，確需連通部位設(shè)置甲級防火門、窗。

(2) 戲水區(qū)內(nèi)部零售、餐飲等配套功能房間1.50h 樓板和2.00h 防火隔墻或A 類防火玻璃進行分隔，開口處門采用防火門（甲級）或防火卷簾（特級）。每個零售店的面積控制在20㎡，并配備自動噴水滅火系統(tǒng)。冷熱食品加工間使用電熱器具加工食品，不使用燃氣。

(3) 水樂園戲水區(qū)進一步采用防火隔離帶劃分為兩個建筑面積不大于5000㎡的防火區(qū)域，就是在大空間內(nèi)布置一個較空曠的公共空間，防止在該空間相鄰兩側(cè)的火災(zāi)蔓延，隔離帶設(shè)置要求如下：

① 防火隔離帶的寬度不能小于9m（不能有其他突出物），并根據(jù)室內(nèi)布置布置情況及通過熱輻射計算等因素進行綜合分析，驗證。防火隔離帶如圖2所示；

圖2 防火隔離帶位置

② 防火隔離帶兩端應(yīng)能直接通向室外安全出口或輔助疏散出口；

③ 在日常使用中，為確保隔離區(qū)域的位置和范圍，防火隔離帶兩側(cè)應(yīng)劃定明顯的標示，僅作為人員疏散的通道使用；

④ 禁止在隔離帶范圍內(nèi)設(shè)置任何可燃物，防火隔離帶兩側(cè)也應(yīng)盡量布置火災(zāi)危險性較小的物品，為防止火災(zāi)時可燃物坍塌，倒向隔離帶內(nèi)，應(yīng)避免兩側(cè)集中大量布置可燃物；

⑤ 防火隔離帶上空設(shè)置的構(gòu)筑物等應(yīng)采用不燃材料；

⑥ 防火隔離帶范圍內(nèi)地面、墻面等部位的裝修材料應(yīng)采用不燃材料；

⑦ 防火隔離帶作為人員的安全疏散通道，其消防應(yīng)急照明的應(yīng)急工作時間應(yīng)滿足《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》GB 51309-2018 的規(guī)定，且不小于60min，并保證疏散走道地面水平照度不應(yīng)低于10.0lx；

⑧ 防火隔離帶地面的主要疏散路徑上設(shè)置保持視覺連續(xù)的燈光疏散指示標志，其間距不大于3.0m，轉(zhuǎn)角處不大于1.0m。

⑨ 隔離帶頂部設(shè)置自然排煙窗并能兼顧所有點位排煙，排煙窗的面積為隔離帶地面面積的25%以上，隔離帶寬度大于9m時可按9m進行核算排煙窗的面積[3]。

(4) 防火隔離帶、主疏散通道采用不同顏色或標識區(qū)別于其他區(qū)域的地面。

(5) 水樂園戲水區(qū)內(nèi)主材以GRG、混凝土塑石和仿木、玻璃鋼GRC 為主，耐火等級不低于A 級，戲水設(shè)施耐火等級不低于B1 級。

(6) 休息區(qū)桌椅采用不燃或難燃材料制作。

(7) 水樂園內(nèi)采用的裝修材料為不燃材料，部分地方可以種植景觀綠植外，不能布置任何沒有關(guān)系的固定可燃物，景觀綠植的設(shè)置符合以下要求：

① 景觀綠植應(yīng)種植含油量低、抗火性強的樹種，不應(yīng)種植抗火性弱的樹種。

如：云南含笑、亮毛杜鵑、球花石楠、油茶、暴馬丁香，茶條槭，長白忍冬，五角槭，五味子，繡線菊，珍珠梅、大葉黃楊、海桐、白玉蘭、阿丁楓、竹子，元寶楓，桂花，槺椴，廣玉蘭，山楂等抗火性強的樹種。

② 每處景觀綠化植物面積不能小于100㎡，兩處之間的距離不能小于9m。

③ 景觀綠化植物頂部可以設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，也可以設(shè)置大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)。如果使用自動噴水滅火系統(tǒng)，建議需加密噴頭布置，噴頭間距縮小到1.8米；如果使用大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)，每點至少能有2 股水柱保護[4]。

3.2 安全疏散

(1) 設(shè)置客流統(tǒng)計系統(tǒng)，確保同一時刻進入戲水區(qū)的人員（包括工作人員）數(shù)量不大于設(shè)計值。

(2) 設(shè)置兩條避難走道，將水樂園進入避難走道的入口作為安全出口，如圖3所示，保證建筑內(nèi)任一點到安全出口的直線距離不大于50m。

圖3 避難走道設(shè)置

《建規(guī)》第6.4.14條避難走道的設(shè)置符合下列規(guī)定：

① 避難走道樓板的耐火極限不應(yīng)低于1.50h；

② 避難走道內(nèi)部裝修材料的燃燒性能應(yīng)為A級；

③ 防火分區(qū)至避難走道入口處應(yīng)設(shè)置防煙前室，前室的使用面積不應(yīng)小于6.0㎡，開向前室的門應(yīng)采用甲級防火門，前室開向避難走道的門應(yīng)采用乙級防火門；

④ 避難走道內(nèi)應(yīng)設(shè)置消火栓、消防應(yīng)急照明、應(yīng)急廣播和消防專線電話。

(3) 對疏散走道內(nèi)的應(yīng)急照明也有要求：照度不能小于5lx，并且能持續(xù)供電的時間也不能小于60分鐘[5]。

3.3 消防系統(tǒng)

(1) 水樂園戲水區(qū)設(shè)置消防炮滅火系統(tǒng)，并確保任一點至少有2 門水炮進行保護，為避免對人員的影響，應(yīng)采用帶有霧化功能的產(chǎn)品。

(2) 本工程的室內(nèi)消火栓箱內(nèi)均配置消防軟管卷盤。

(3) 配套區(qū)設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)，其噴頭均采用快速響應(yīng)噴頭。

(4) 水樂園大空間區(qū)域采用自然排煙方式，按不大于2000㎡劃分防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)排煙口數(shù)量不低于其建筑面積2.5%的有效排煙窗。自然排煙口的布置確保任一點到排煙口的水平距離不大于30m，設(shè)置的自然排煙窗應(yīng)為整體生產(chǎn)的自然排煙窗，且應(yīng)能滿足以下整體性能要求：

① 排煙窗應(yīng)能在接到開啟信號后60s 內(nèi)自動打開并處于完全開啟位置；

② 在300℃的環(huán)境條件下能保持在設(shè)計開啟位置不少于30min；

③ 具備防失效保護功能，在主開啟動力源失效的情況下也能夠自動開啟；

④ 具備與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動控制功能、遠程控制開啟功能；

⑤ 具備現(xiàn)場手動操作開啟的功能。

(5) 非消防電源設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

(6) 消防控制的用電要求應(yīng)滿足：a.按一級負荷設(shè)置，b.主要干線電纜采用礦物絕緣等級，c.支線及配線電纜采用低煙無鹵耐火等級，d.其他照明線路電纜采用低煙無鹵阻燃等級。

(7) 建筑內(nèi)設(shè)置1 個微型消防站，滿足《消防安全重點單位微型消防站建設(shè)標準（試行）》的要求，并設(shè)置1 臺推車式高壓細水霧滅火裝置；并建立微型消防站的集中管理制度和與屬地消防救援中隊聯(lián)勤聯(lián)動機制[6]。

(8) 其他防火設(shè)計應(yīng)嚴格執(zhí)行現(xiàn)行國家工程建設(shè)消防技術(shù)標準。

4 火災(zāi)煙氣蔓延分析

4.1 火災(zāi)場景設(shè)計

考慮火災(zāi)場景，合理布置火源點在建筑物內(nèi)的位置。在對水樂園戲水區(qū)的防排煙控制設(shè)施和人員疏散設(shè)施的有效性進行分析，對于火災(zāi)場景的選取，依據(jù)水樂園是火災(zāi)危險性較大的場所，室內(nèi)可燃的物品比較多，同時設(shè)定起火后對人員疏散產(chǎn)生的最大不利影響，在水樂園室內(nèi)不應(yīng)少于設(shè)置2個火源位置，編號如下：

火源位置1：位于漂流河入口處休閑座椅發(fā)生火災(zāi)。

火源位置2：位于水寨池處水吧內(nèi)的桌椅發(fā)生火災(zāi)。

4.2 判定標準

根據(jù)相關(guān)試驗，可燃物品要被引燃，需要的最小熱流為10kW/m2。當火災(zāi)的輻射熱為10kW/m2時，相當于在煙氣層的溫度達到360℃～400℃時的狀態(tài)。因此將360℃作為火災(zāi)在防火區(qū)域之間蔓延的極限溫度，即煙氣層溫度比360℃大時，火災(zāi)將通過熱輻射在防火區(qū)域之間進行蔓延；當煙氣層溫度比360℃小時，可以認為火災(zāi)不會通過熱輻射的方式在防火區(qū)域之間蔓延。提出如下判定標準：

1）著火區(qū)域內(nèi)的頂棚煙氣溫度比600℃小時，地面熱輻射熱通量小于20kW/m2；

2）著火區(qū)域以外區(qū)域內(nèi)的可燃物所接受的熱輻射比10 kW/m2小時，煙氣溫度小于360℃。

4.3 分析軟件

采用由美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）開發(fā)的FDS分析軟件，通過數(shù)值方法求解湍流方程來分析燃燒過程中的煙氣擴散和熱傳導(dǎo)，包含燃燒模型、熱輻射模型和熱解模型等。

4.4 輸入條件

火災(zāi)的熱動力學(xué)參數(shù)可以通過分析預(yù)測煙氣的流動狀態(tài)并獲得。針對設(shè)定火災(zāi)場景運用場模擬軟件FDS 對建筑內(nèi)煙氣運動情況進行模擬預(yù)測用于驗證本建筑內(nèi)的消防設(shè)施能否阻止火災(zāi)煙氣達到影響人員疏散安全的極限值。在模擬計算時初始條件如下：

1）火源位置：設(shè)定火源位置1、2；

2）建筑模型：以建筑實際尺寸建模；

3）環(huán)境條件：環(huán)境初始溫度23℃，初始風速0m/s；

4）壁面邊界條件：絕熱；

5）湍流模型：大渦模擬模型；

6）燃燒模型：混合分數(shù)模型；

7）假設(shè)火源：火災(zāi)初期發(fā)展規(guī)律根據(jù)分析的火災(zāi)增長規(guī)律設(shè)定；

由于建筑內(nèi)人員在疏散時是想著遠離著火點（火源）的方向疏散，因此本報告在確定人員實際疏散時間時，以遠離著火點（火源）的各個安全出口附近區(qū)域的各項計算參數(shù)為依據(jù)。

4.5 計算結(jié)果

通過上述各火災(zāi)場景計算，結(jié)果：在模擬出1800秒時間內(nèi)，各安全出口10m范圍內(nèi)清晰高度：

1）最低能見度比最初設(shè)定的最低能見度10米高；

2）最高溫度比最初設(shè)定危險溫度60℃低；

3）CO濃度比最初設(shè)定危險濃度500ppm低。

4.6 通過對設(shè)定火災(zāi)場景下火災(zāi)煙氣運動的模擬分析，可得到以下結(jié)論

1）水樂園內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，在排煙系統(tǒng)有效啟動的情況下，建筑內(nèi)的煙氣可維持在清晰高度之上，由于該建筑空間高大，蓄煙能力較強，當排煙系統(tǒng)失效時，建筑內(nèi)也可在較長的時間內(nèi)維持安全的疏散環(huán)境；

2）在設(shè)計火災(zāi)場景下，隔離帶另一側(cè)的最高溫度為85℃，小于易燃物品被引燃的溫度360℃。

5 人員疏散分析

5.1 判定標準

疏散設(shè)計應(yīng)滿足綜合判定標準：

人員允許疏散時間TASET＞人員必需疏散時間TRSET

疏散人數(shù)以及人員類型的定義：以較準確的人員密度分析是合理的人員疏散研究的基礎(chǔ)，建筑的使用功能不同，以及在同一建筑內(nèi)不同區(qū)域，人員密度也不同，不同類型的人員其疏散行為也不盡相同。樂園設(shè)衣帽柜700 個，并通過檢票按1100 人控制樂園內(nèi)的同時聚集人數(shù)。

SFPE《消防工程手冊》對人員疏散參數(shù)（疏散速度、人流量、有效疏散寬度）的系統(tǒng)歸納，被消防安全工程界廣泛采納。該手冊認為人員的行走速度是人員密度的函數(shù)：當人員密度在0.54～3.8 人/m2之間時，人員疏散速度可用公式表示：S＝k（1－0.266D）式中：k－常數(shù)，可按表取值； D－人員密度，人/m2。根據(jù)《消防工程手冊》k取值1.40，不同類型的人員有不同的疏散速度。蘇格蘭愛丁堡大學(xué)研究成果不但給出了4 類人員（成年男士、成年女士、兒童和老者）的平均形體尺寸，還給出了4 類人員的步行速度建議推薦值。根據(jù)研究結(jié)果表明，在水平和沿坡道、樓梯上下行疏散速度上成年女士、兒童和老者分別為成年男士的85%、66%和59%。

5.2 疏散場景分析

找出火災(zāi)發(fā)生后最不利于人員安全疏散的情況是疏散場景的設(shè)計總體原則。通?？紤]火災(zāi)發(fā)生在某一疏散出口附近，使該出口堵塞不能用于人員疏散。根據(jù)火災(zāi)場景，設(shè)置了相對應(yīng)的2個設(shè)定疏散場景。

5.3 必需疏散時間計算

為了能方便、統(tǒng)一地描述人員疏散的必需疏散時間，消防安全工程大致將必需疏散時間簡化為三個階段：報警時間TA、響應(yīng)時間TR和疏散行走時間TM。即人員疏散的必需疏散時間TRSET 可按公式TRSET＝TA＋TR＋1.5×TM。

一般情況下，軟件模擬所得的時間為TM。由于在實際疏散過程中，還存在一些不利于人員疏散的不確定性因素，因此，有必要對行走時間考慮一定的安全補償。保守將人員疏散安全系數(shù)取為1.5。

本項目中設(shè)有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，能夠?qū)馂?zāi)起到很好的監(jiān)控作用。水樂園內(nèi)存在人員活動，能夠及時感知和發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。因此，將建筑內(nèi)的火災(zāi)報警時間確定為60s。

將人員響應(yīng)時間確定為120s。這個時間是針對處于非著火區(qū)的人員，他們只能通過建筑內(nèi)廣播信息進行疏散響應(yīng)；而對處于著火區(qū)域的人員，由于能直接通過自身感官判斷火災(zāi)發(fā)生，因此，其響應(yīng)時間應(yīng)該非?？欤瑒t人員響應(yīng)時間的取值是一個很保守的選擇[7]。

各場景下不同區(qū)域的必需疏散時間TRSET是將模擬計算的疏散行走時間乘以1.5 倍安全系數(shù)，加上報警時間和響應(yīng)時間。

5.4 疏散安全性判定

防火設(shè)計最重要的目標是在疏散要求中保障人員生命安全。通過對不同火災(zāi)場景下的火災(zāi)環(huán)境與人員疏散的狀況聯(lián)系起來綜合分析，確認人員的疏散是否安全。

根據(jù)表1本項目通過計算機模擬人員疏散進行計算得到的所需的安全疏散時間（TRSET），與各火災(zāi)場景下的環(huán)境可提供安全時間（TASET）進行比較，來判斷各區(qū)域內(nèi)人員疏散的安全性。（表1）

表1 人員疏散安全性判定

通過對人員的疏散分析與模擬，在未考慮水樂園設(shè)備回位時間及工作人員救援時間的情況下，得到如下結(jié)論：內(nèi)部所有自動噴水滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)都能夠有效運行的情況下，各個設(shè)定的火災(zāi)場景和疏散場景建筑內(nèi)的人員在火災(zāi)發(fā)生后能夠在危險降臨之前根據(jù)計算得到的疏散時間內(nèi)經(jīng)過臨近的安全通道疏散到室外安全區(qū)域。

6 優(yōu)化設(shè)計結(jié)論

水樂園按上述優(yōu)化后，對水樂園建筑內(nèi)起火后火災(zāi)煙霧氣體的蔓延情況和內(nèi)部人員疏散的過程進行了模擬計算分析，結(jié)論如下：

1、在設(shè)定火災(zāi)場景下，建筑內(nèi)人員均能完全的疏散到室外安全區(qū)域。

2、在設(shè)計火災(zāi)場景下，隔離帶另一側(cè)的溫度小于易燃物品被引燃的溫度360℃，隔離帶可起到阻止火災(zāi)大規(guī)模蔓延的作用。

綜上，經(jīng)優(yōu)化后的水樂園消防設(shè)計方案能達到防止火災(zāi)大規(guī)模蔓延和保障建筑內(nèi)人員安全的目標。