地下建筑的消防安全防火設(shè)計(jì)探討

應(yīng)志剛 蔡海宇 陳思思

0 引言

地下建筑最大限度地利用了建筑物的豎向空間，有效地緩解了城市用地緊張的問題。建筑設(shè)計(jì)中，考慮到地下建筑火災(zāi)特點(diǎn)突出、危害性較大等因素，需積極分析其火災(zāi)影響因素，開展地下建筑的防火設(shè)計(jì)，保證地下建筑的消防安全。

1 地下建筑火災(zāi)特點(diǎn)

1.1 燃燒特點(diǎn)

火災(zāi)對(duì)于建筑物的使用具有較大危害，并且其嚴(yán)重影響著建筑使用者的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)?shù)叵陆ㄖl(fā)生火災(zāi)時(shí)，外界通風(fēng)狀況對(duì)于火災(zāi)的燃燒狀況、危害程度具有較大影響。相比地上建筑，地下建筑的出入口較少，通風(fēng)狀況較差，這使得地下建筑本身具有氧氣供給不充分的特征；在這種條件下，一旦發(fā)生火災(zāi)，則不完全燃燒現(xiàn)象較為明顯，不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生濃烈的煙霧，這些煙霧主要是通過出入口向外排放的。出入口是地下建筑新鮮空氣輸入的通道，受向外排放煙霧影響，新鮮空氣的輸入會(huì)受到影響，這使得地下建筑的不完全燃燒現(xiàn)象更顯明顯。另外在地面風(fēng)向、風(fēng)速等因素的影響下，地下建筑內(nèi)部煙氣流動(dòng)狀況也會(huì)變得更加復(fù)雜，一般在具有兩個(gè)或以上出入口的地下建筑中，發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)自然地形成排煙口和進(jìn)風(fēng)口。此外，隨著出入口的增加，地下空氣中氧氣含量豐富，這會(huì)大大加快火災(zāi)的燃燒速度。

1.2 疏散困難

地下建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員疏散較為困難。（1）地下建筑的出入口相對(duì)較少，疏散步行距離相對(duì)較長，且在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電梯等工具均無法使用，這對(duì)地下建筑的人員疏散造成了較大影響。（2）地下建筑煙霧擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ褂脙A斜面吊頂時(shí)，發(fā)生火災(zāi)使得濃煙流速可達(dá)到3m/s。在沒有排煙設(shè)備的支撐下，出入口即是火災(zāi)下的排煙口，這造成了排煙口與人們疏散方向一致的問題；致使疏散逃生人員容易受高溫濃煙影響。同時(shí)地下建筑基本沒有自然采光，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，地下建筑的電力系統(tǒng)容易受到影響，此時(shí)在黑暗與火災(zāi)濃煙的雙重作用下，人員疏散的難度會(huì)大大增加，尤其是當(dāng)人們的視距不到3m 時(shí)，很難逃離火災(zāi)現(xiàn)場。（3）伴隨著火災(zāi)燃燒現(xiàn)象，地下建筑內(nèi)的缺氧問題會(huì)愈發(fā)明顯，同時(shí)不完全燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳還會(huì)使得人體中毒，這些問題均增加了地下建筑人員疏散的難度，有必要積極防范地下建筑火災(zāi)，并加強(qiáng)火災(zāi)下的人員疏散管理，避免造成較大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1.3 撲救困難

撲救困難是地下建筑火災(zāi)的主要特征。一方面，結(jié)合建筑施工應(yīng)用實(shí)際可知，地下建筑多被用來作為設(shè)備間、儲(chǔ)物間、商場、停車場，建筑內(nèi)的電氣線路及管道較為密集，且裝飾多為易燃、可燃的材料，這大大加快了火災(zāi)的蔓延速度。另一方面，受出入口較少等因素的影響，消防人員的現(xiàn)場指揮和火災(zāi)救援速度會(huì)受到較大影響，放緩了火災(zāi)救援的速度；另外，火災(zāi)發(fā)生時(shí)較為混亂的逃生人群也會(huì)給救援工作帶來加大影響，增加了地下建筑火災(zāi)撲救的難度。

2 地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)思路

2.1 任務(wù)目標(biāo)

地下建筑火災(zāi)不僅會(huì)造成較為嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成較大污染；針對(duì)可能出現(xiàn)的地下建筑火災(zāi)危害，應(yīng)積極開展消防安全防火設(shè)計(jì)。從本質(zhì)上講，消防安全防火設(shè)計(jì)是一種事故應(yīng)急救援設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)在于：通過切實(shí)有效的應(yīng)急救援方案和救援行動(dòng)，最大限度降低事故后果。火災(zāi)救援過程中，搶救受害人員是最基本的任務(wù)，其要求采取切實(shí)有效的措施，規(guī)范開展現(xiàn)場救急和轉(zhuǎn)送工作，減少人員傷亡，并減少火災(zāi)事故下的財(cái)產(chǎn)損失。

2.2 思路要求

地下建筑應(yīng)用中，火災(zāi)的發(fā)生具有突然性、高危性的特征。發(fā)生火災(zāi)后，首先，應(yīng)組織人員及時(shí)地進(jìn)行撤離，減少火災(zāi)對(duì)人員的傷害。其次，應(yīng)迅速地控制事態(tài)，檢測事故造成的危害，測定火災(zāi)事故的危害區(qū)域；該環(huán)節(jié)中，應(yīng)重視危險(xiǎn)源的控制，避免火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)張，為后期救援奠定良好基礎(chǔ)。最后，在消除危險(xiǎn)后，應(yīng)做好火災(zāi)現(xiàn)場的恢復(fù)，一般在火災(zāi)現(xiàn)場恢復(fù)中，應(yīng)通過封閉、隔離、洗消、檢測等方式，控制和減少火災(zāi)對(duì)人體、動(dòng)植物、土壤和空氣造成的危害，最終將事故現(xiàn)場恢復(fù)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

為從源頭上預(yù)防或減少火災(zāi)發(fā)生，在地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)的初期階段，就必須注重建筑耐火等級(jí)的設(shè)計(jì)。以高層建筑為例，其在設(shè)計(jì)中應(yīng)按照一二級(jí)的差異進(jìn)行建筑耐火等級(jí)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注重建筑構(gòu)件燃燒性能和耐火極限的細(xì)化分析（見表1）。值得注意的是，在建筑消防安全防范設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮火災(zāi)發(fā)生后的自救和火災(zāi)撲救設(shè)計(jì)。在火災(zāi)救援設(shè)計(jì)中，要求通過減少燃燒源、隔斷火災(zāi)蔓延、使用滅火器具消除火源的方式及進(jìn)行撲救，該環(huán)節(jié)中，要求積極預(yù)防中毒、坍塌、墜落、觸電等問題，避免火災(zāi)造成較大危害。

表1 建筑構(gòu)件燃燒性能及耐火極限

3 地下建筑的消防安全防火設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 防火分區(qū)設(shè)計(jì)

結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際可知，當(dāng)前地下建筑的建設(shè)規(guī)模逐漸增多，建筑層數(shù)逐漸增多，除商業(yè)服務(wù)外，這些地下建筑在文化娛樂服務(wù)中也發(fā)揮著重要作用，另外一些地下建筑還被作為車庫，設(shè)備間，這些地下建筑人員密集，設(shè)備管線眾多，且存在較多的可燃物，故而在地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)中，先應(yīng)開展地下建筑的防火分區(qū)設(shè)計(jì)。

盡可能地減少防火分區(qū)的面積是地下建筑防火分區(qū)設(shè)計(jì)的基本要求，其能有效地減少火災(zāi)所帶來的損害。結(jié)合防火分區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)際可知，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過關(guān)閉防火門、防火卷簾等措施，已能避免火災(zāi)向其他區(qū)域蔓延。在一定程度上，這種借助防火門的方式能將火災(zāi)帶來的損失控制在績效的范圍之內(nèi)，但是考慮到該設(shè)計(jì)方式后期建設(shè)投資較高的特征，需在同一個(gè)防火分區(qū)中涉及多個(gè)小空間，以此來實(shí)現(xiàn)防火效果與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

對(duì)比地面建筑防火分區(qū)設(shè)計(jì)，地下建筑在防火分區(qū)劃分中更加嚴(yán)格，考慮到建筑功能的差異，其防火分區(qū)的劃分也有較大差異。通常在地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)中，要求其防火分區(qū)的面積保持在500m以內(nèi)，并且在劃分的防火分區(qū)中，應(yīng)配置系統(tǒng)完善的防火設(shè)施，如火災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等。當(dāng)?shù)叵陆ㄖ镉刑厥庥猛荆陂_展防火分區(qū)設(shè)計(jì)過程中，要求配置性能突出的防煙、排煙設(shè)備，一般防煙分區(qū)的面積多保持在2 000m以內(nèi)。另外地下建筑面積較大，且已經(jīng)超過20 000m時(shí)，在具體設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮以下要點(diǎn)：（1）在防火分區(qū)設(shè)計(jì)中，要求采用不開設(shè)門窗、洞口的防火墻進(jìn)行分割，以此來減少不同區(qū)域之間火災(zāi)蔓延的問題。（2）應(yīng)做好防火隔間、避難走道的設(shè)計(jì)，其中在防火隔間設(shè)計(jì)中，要求重視實(shí)體防火墻的設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)配置甲級(jí)防火門，確保地下建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過防火墻、防火門的應(yīng)用，能有效減小火災(zāi)的危害。避難走道設(shè)計(jì)中，要求走道的兩側(cè)為防火墻，同時(shí)在一些局部的連接區(qū)域，應(yīng)重視敞開式甲級(jí)防火門的設(shè)計(jì)，這些防火門應(yīng)具有自行關(guān)閉功能，滿足后期火災(zāi)救援需要。

3.2 防煙排煙設(shè)計(jì)

地下建筑火災(zāi)多為不完全燃燒，伴隨著火災(zāi)，地下建筑內(nèi)的煙霧較為濃烈，對(duì)此應(yīng)將防煙、排煙設(shè)計(jì)作為地下建筑消防安全設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，積極開展防煙分區(qū)、排煙口、風(fēng)道等要素的設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)做好自然排煙、機(jī)械排煙、防煙樓梯間等要素的科學(xué)規(guī)劃。

3.3 防煙分區(qū)

地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)中，防煙分區(qū)和防火分區(qū)設(shè)計(jì)具有相似性的特征；即在防煙分區(qū)設(shè)計(jì)中，要求其分區(qū)的面積盡可能地保持在500m以內(nèi)，且防煙分區(qū)不得跨越防火分區(qū)，此外應(yīng)保證防煙分區(qū)形狀簡單，避免兩個(gè)街道的防煙分區(qū)發(fā)生混合，以此來提升防煙、排煙的整體效果。結(jié)合現(xiàn)階段地下建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)際可知，其防煙分區(qū)多是通過擋煙垂壁形成的，這種擋煙垂壁的蓄煙能力有限；當(dāng)火災(zāi)突然發(fā)生，煙塵量急劇增加時(shí)，擋煙垂壁的排煙能力難以滿足實(shí)際應(yīng)用需要，故而在擋煙垂壁應(yīng)用中需重視其與感煙探測器、排煙設(shè)備的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用。

3.4 排煙口與風(fēng)道

完成地下建筑防煙分區(qū)設(shè)計(jì)后，還應(yīng)為每個(gè)防煙分區(qū)設(shè)計(jì)一定的排煙口，要求每個(gè)防煙分區(qū)的排煙口不少于1個(gè)?，F(xiàn)階段，排煙口多被設(shè)計(jì)在吊頂面上或其他排煙效果較好的區(qū)域；并且為保證地下建筑的排煙效果，一些地下建筑中還配置了機(jī)械排煙設(shè)備，要求加強(qiáng)這些機(jī)械排煙設(shè)備與擋煙垂壁的結(jié)合，在此過程中，應(yīng)為機(jī)械排煙設(shè)備設(shè)置必要的排煙口，滿足地下建筑排煙需要。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，一些地下建筑的出入口即為排煙口，這使得火災(zāi)事故下的人員疏散受到了較大影響，新時(shí)期，為提升地下建筑防火、排煙效果，還應(yīng)注重出入口和排煙口風(fēng)道的獨(dú)立設(shè)計(jì)，這樣能確保即便在火災(zāi)情況下出入口也沒有濃煙，確保了人們的安全性。

3.5 排煙方式

建筑消防安全防火設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注重排煙方式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段，自然排煙、機(jī)械排煙是地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)的重要方式。其中，若地下建筑具有較大的排煙口，排煙口的面積占到地下建筑面積1/50 時(shí)，一般設(shè)計(jì)采用自然排煙方式。該方式下，應(yīng)重視自然排煙設(shè)施的合理安排，避免地面風(fēng)從排煙口倒灌入地下建筑當(dāng)中；出于這一考慮，在排煙口設(shè)計(jì)階段，還應(yīng)確保其高出地面，這樣不僅能增加排煙的效果，而且能減少外界風(fēng)力等因素對(duì)排煙效果的影響。值得注意的是，在自然排煙方式下，煙塵的流動(dòng)方向難以控制，即便存在排煙口，出入口也有可能成為排煙口，這影響了火災(zāi)救援及人員疏散工作的開展。對(duì)此在出口部位設(shè)置自然排煙通道時(shí)，還應(yīng)注重垂壁擋煙設(shè)施的應(yīng)用。

3.6 防煙樓梯間

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)往往會(huì)忽視防煙樓梯間的設(shè)計(jì)。新時(shí)期，應(yīng)將防煙樓梯間作為關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)防煙樓梯間的各個(gè)要素進(jìn)行合理規(guī)劃。通常，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ簧儆? 層，或者到地下室內(nèi)地面與室外出入口地坪高差超過10m 時(shí)，應(yīng)為其設(shè)置防煙樓梯間，并且在防煙樓梯間設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注重其進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)，以此來確保防煙樓梯間應(yīng)用的安全性。

4 人員疏散設(shè)計(jì)

開展地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)，首要任務(wù)是保證地下建筑內(nèi)人員的安全，避免人們因火災(zāi)而受到傷害。對(duì)此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)將人員疏散設(shè)計(jì)作為關(guān)鍵內(nèi)容，從人員密度、疏散時(shí)間、疏散標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)層面出發(fā)，進(jìn)行人員疏散設(shè)計(jì)，最大限度地保證地下建筑人員安全。

4.1 人員密度

建筑工程項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)中，受城市用地緊張等因素的影響，地下建筑的建設(shè)應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，這些地下建筑作為商場、影劇院、游樂場、停車場，在城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活中發(fā)揮著重要作用。從地下建筑實(shí)際應(yīng)用情況來看，當(dāng)前地下建筑的人員密度較大，人員疏散較為緩慢，這使得發(fā)生火災(zāi)時(shí)容易造成一定的人員傷害。對(duì)此從地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)的角度來看，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重地下建筑人員密度的科學(xué)估算。

4.2 疏散時(shí)間

安全疏散設(shè)計(jì)是建筑消防安全設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在此項(xiàng)設(shè)計(jì)要素中，應(yīng)注重疏散時(shí)間的系統(tǒng)分析。通常當(dāng)?shù)叵陆ㄖl(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)確保所有的人員能在最短的時(shí)間內(nèi)疏散到地面或者避難處。在此過程中，除考慮地下建筑到安全出口最大步行距離外，還行注重通道寬度、出口數(shù)量的有效設(shè)計(jì)；此外設(shè)計(jì)師還應(yīng)考慮地下建筑人員性質(zhì)、火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員行動(dòng)能力等因素，這樣才能實(shí)現(xiàn)疏散時(shí)間的準(zhǔn)確把控，為火災(zāi)救援提供有效支撐。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范可知，當(dāng)?shù)叵陆ㄖl(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙熱等因素對(duì)人員的影響較大，故而人們應(yīng)盡可能地在3min 內(nèi)疏散到安全地點(diǎn)，這樣能大大減少火災(zāi)對(duì)人員的傷害。

4.3 疏散標(biāo)志

要進(jìn)一步提升地下建筑消防安全防火設(shè)計(jì)質(zhì)量，在人員疏散設(shè)計(jì)階段，還應(yīng)注重疏散標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。疏散標(biāo)志在地下建筑火災(zāi)救援中起到至關(guān)重要的作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，針對(duì)疏散標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，一方面，應(yīng)嚴(yán)格控制火災(zāi)救援疏散標(biāo)志高度的設(shè)計(jì)，要求該標(biāo)志保持在距地面1.8m 左右，避免對(duì)正常的交通造成影響，同時(shí)應(yīng)防止煙氣遮擋標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，濃煙會(huì)嚴(yán)重影響人們的視線，在疏散標(biāo)志設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地使用發(fā)光性疏散標(biāo)志，這樣人們能有效辨識(shí)疏散標(biāo)志，并順著疏散標(biāo)志快速疏散到安全區(qū)域，這大大減少了火災(zāi)危害，提升了消防安全防火設(shè)計(jì)應(yīng)用的整體質(zhì)量。

5 加強(qiáng)新能源汽車充電樁設(shè)計(jì)應(yīng)用管理

隨著國家鼓勵(lì)新能源發(fā)展政策的不斷出臺(tái)，電動(dòng)汽車行業(yè)得到迅猛發(fā)展，為滿足新能源汽車充電需要，越來越多的地下建筑還配置了一定的新能源汽車充電樁。這滿足了新能源汽車充電需要，但也給地下建筑帶來一定的消防壓力。對(duì)此在新能源汽車充電樁設(shè)計(jì)中，應(yīng)系統(tǒng)考慮被充電車型，充電類別，車輛應(yīng)用類型，進(jìn)行充電樁電量及功率因數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)新能源汽車充電與用電安全的統(tǒng)一。同時(shí)在新能源汽車充電樁應(yīng)用中，要求嚴(yán)格按照充電樁數(shù)量進(jìn)行防火分隔設(shè)計(jì)，要求在每個(gè)防火分區(qū)配置固定數(shù)量的新能源汽車充電樁，避免某一分區(qū)集中用電產(chǎn)生火災(zāi)隱患。另外還應(yīng)通過智能監(jiān)測技術(shù)對(duì)新能源汽車充電樁的應(yīng)用進(jìn)行監(jiān)管，確保新能源汽車充電樁應(yīng)用的安全性，保證地下建筑防火綜合效益。

6 結(jié)語

火災(zāi)嚴(yán)重影響了地下建筑物使用的安全性，對(duì)于人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成了極大威脅。新時(shí)期，工程設(shè)計(jì)師只有深刻認(rèn)識(shí)到地下建筑火災(zāi)特征及消防安全方式設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并從防火、排煙、人員疏散等層面開展細(xì)化設(shè)計(jì)，才能有效提升地下建筑消防安全設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少火災(zāi)危害，促進(jìn)建筑工程的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。