地下空間首層化消防設(shè)計策略
——以杭州西站站北綜合體項目為例

黃 慧，張文欣

浙江綠城建筑設(shè)計有限公司，浙江杭州310007

0 引 言

“21世紀末，將有三分之一的世界人口工作、生活在地下空間中。”被稱為“高鐵院士”的王夢恕曾這樣預言。2020年5月，杭州市政府頒布了《杭州市地下空間開發(fā)利用管理辦法》，進一步鼓勵社會資本投資建設(shè)地下空間，促進地下空間高質(zhì)量系統(tǒng)性開發(fā)建設(shè)、互聯(lián)互通和高效利用，提升城市容納與防護能力。另外，TOD（Transit-oriented Development）城市開發(fā)是緊湊型城市建設(shè)的重要模式，在人群高密度匯集的條件下，整合交通流線與空間分布，提升空間資源利用效率。本文案例項目正是TOD城市綜合體開發(fā)下的地下空間設(shè)計，符合TOD城市開發(fā)價值導向，也希望成為一種地下空間利用的新探索。

1 項目概況

項目位于杭州西站樞紐的北側(cè)，南側(cè)緊鄰站廳，北側(cè)毗鄰兩山濕地公園，視野開闊，具有良好的區(qū)位和景觀優(yōu)勢；總用地面積76 098 m2，地塊容積率7.9（規(guī)劃條件為不小于7.6，不大于7.9），建筑密度不大于65%，綠地率不小于10%。項目以場地中軸為界分為東區(qū)（一期）和西區(qū)（二期），同步開工，同步建設(shè)。地上布置4棟200 m以上超高層綜合塔樓，一棟18層高層，兩棟多層公共建筑，集合辦公、酒店、商業(yè)、劇場、空中觀景平臺、影視文化中心、服務(wù)型公寓等功能。地塊中部有2條現(xiàn)狀地鐵線路南北向穿越。地下4層，在南北向地鐵50 m保護范圍內(nèi)為地下2層，局部設(shè)夾層非機動車庫，其余布置為地下商業(yè)街、設(shè)備用房、酒店后勤用房、機動車及非機動車停車庫、防御空間等公共空間設(shè)施。地下總面積達22萬m2，開挖深度23 m，是功能極其復雜的地下工程。見圖1～3。

圖1 項目用地區(qū)位示意

圖3 項目地下室豎向布置

本項目在地塊內(nèi)設(shè)置消防車道，且中間設(shè)置橫向貫通消防連橋，形成消防環(huán)路，并結(jié)合基地西南角、東南角設(shè)置2個消防車出入口。消防車道寬度不小于4.5 m（1號樓主樓和7號樓周邊消防車道寬度為6 m），凈高不小于4 m（1號樓主樓和7號樓周邊消防車道凈高為4.5 m）。消防車道內(nèi)緣轉(zhuǎn)彎半徑不小于12 m，坡度不大于8%。見圖4。

圖4 地塊內(nèi)消防車道示意

2 本次設(shè)計中的特殊消防設(shè)計范圍

本項目周邊立體交通復雜，服務(wù)人群數(shù)量龐大且類型多樣。設(shè)計將車行流線置于地下，通過環(huán)形隧道進入地塊，從而有效疏解地面交通，減少人車交叉，形成地面步行化的景觀商業(yè)空間。同時在地下層實現(xiàn)出租車、私家車、地鐵高鐵的無縫接駁。地下車行落客區(qū)域是設(shè)計重點，落客區(qū)為各向人群提供轉(zhuǎn)換空間，形成高效的商業(yè)界面，也構(gòu)成人們進入綜合體的第一印象，呈現(xiàn)類首層的開放空間體驗。依據(jù)現(xiàn)行建筑設(shè)計防火規(guī)范，落客區(qū)需要設(shè)置多個防火分區(qū)，設(shè)置防火卷簾和防火隔墻。但防火卷簾的長度受限，且防護有效性存在隱患，防火分隔的設(shè)置也不符合行車落客區(qū)開敞貫通的空間需要。因此需要針對東西行車落客區(qū)進行特殊消防設(shè)計，也稱消防性能化設(shè)計。見圖5。

圖5 東西行車落客區(qū)特殊消防設(shè)計范圍

3 本項目特殊消防設(shè)計

根據(jù)住建部令第51號第十七條規(guī)定［1］，超出國家通用消防規(guī)范標準規(guī)定范圍，需采用國際工程建設(shè)消防技術(shù)標準的，或在消防設(shè)計中擬采用的新技術(shù)、新工藝、新材料不符合國家消防技術(shù)標準規(guī)定的特殊建設(shè)工程。建設(shè)單位除提交本規(guī)定第十六條所列材料外，還需同時提交特殊消防設(shè)計技術(shù)資料。本項目中地下落客區(qū)域主要為動態(tài)車輛交通，與汽車庫的靜態(tài)交通形態(tài)不同，《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范（GB 50067—2014）》不適用于該區(qū)域。此外，與落客區(qū)相連的1號樓主樓和7號樓采取雙首層大堂設(shè)計，其中首層大堂直通室外，地下1層大堂通向具有自然通風條件的準安全區(qū)，上述貫通的大堂空間建筑定性規(guī)范沒有明確。因此擬采用國際標準或境外工程建設(shè)消防技術(shù)標準開展特殊消防設(shè)計。

本項目采用的國際標準主要有：防火分區(qū)面積不限的規(guī)定，準安全區(qū)域設(shè)計及頂部開洞的規(guī)定，消防安全工程學方法。其中關(guān)于防火分區(qū)面積不限的規(guī)定有：美國—2021 IBC、英國—APPOVED DOCUMENT B 、英國—BS 9999∶2017、日本—建筑基準法；準安全區(qū)域設(shè)計及頂部開洞的規(guī)定有： 英國—CIBSE Guide E 2019、新西蘭—New Zealand Building Code、中國—《建筑設(shè)計防火規(guī)范（GB 50016—2014）》征求意見稿；消防安全工程學方法：ISO23932—1∶2018、 ISO 16733—1∶2015、 ISO/TR 16738∶2009、NFPA 101。參考以上國際標準，將落客區(qū)定性為具有半室外空間特征的疏散準安全區(qū)。并確定以下設(shè)計內(nèi)容：針對自然通風條件、疏散救援條件、防火分隔要求、火災(zāi)荷載控制、消防系統(tǒng)保障5個子項進行整體消防設(shè)計（圖6），再就防火構(gòu)造層面確保建筑材料及構(gòu)件的耐火性能，最后針對消防設(shè)計方案進行安全性模擬評估以判定其安全性。評估完成后，由項目業(yè)主代表向所屬主管部門發(fā)起特殊消防設(shè)計申請，組織召開消防設(shè)計專家評審會。與會專家聽取設(shè)計單位和咨詢單位關(guān)于項目基本情況、消防設(shè)計情況、特殊消防設(shè)計報告、采用的國際標準、相關(guān)案例、建筑方案及交通組織設(shè)計方案的匯報，經(jīng)質(zhì)詢討論，形成評審意見。筆者根據(jù)消防評審意見整合完善，形成以下詳細說明內(nèi)容。

圖6 地下1層行車落客區(qū)定性分析與消防設(shè)計框架

3.1 自然通風條件

在相關(guān)的國內(nèi)外技術(shù)標準和規(guī)范中，新西蘭建筑規(guī)范New Zealand Building Code 2008 第4.2.4 條規(guī)定：“屋頂支撐構(gòu)件無耐火性且無噴淋的單層建筑，均勻分布的有效通風面積不小于地面面積的15%時，防火分區(qū)面積不限?！敝袊督ㄖO(shè)計防火規(guī)范（GB 50016—2014）》［2］征求意見稿第5.3.1條規(guī)定：“地下半地下學校體育運動場所，防火分區(qū)內(nèi)自然排煙面積不小于室內(nèi)地面面積的20%，有至少1/4的周長面向室外，通向室外地面的設(shè)計疏散總凈寬度不小于該防火分區(qū)所需疏散總凈寬度的70%，防火分區(qū)的最大允許面積為2 000 m2?！本C合衡量以上要求，設(shè)定地下落客區(qū)頂部開洞率不小于20%。并嚴格遵循消防專家評審意見，落客區(qū)周邊區(qū)域不得向下沉式廣場、庭院排煙，確保區(qū)域安全。一期東區(qū)地面面積6 088 m2，洞口面積1 218 m2，開洞率20%。二期西區(qū)地面面積6 432 m2，洞口面積1 287 m2，開洞率20%。東西區(qū)洞口皆均勻分布，落客區(qū)地面任一點至敞開洞口的距離不大于30 m。參考英國防火規(guī)范CIBSE Guide E 2019 第10.2.2.7 條規(guī)定：“吊頂開洞比例大于25%時，可以不考慮頂板對火災(zāi)煙氣流動的影響?！痹O(shè)定地面到樓板高度7.1 m，落客區(qū)吊頂均勻開孔，開孔率50%。見圖7、圖8。

圖7 地下1層頂板開洞情況分析

圖8 典型洞口剖面示意

3.2 疏散救援條件

疏散救援條件可分為外部救援和內(nèi)部疏散兩方面。在外部救援方面，消防車可在地面靠近主要洞口，創(chuàng)造有利的外部救援條件。東西落客區(qū)設(shè)置微型消防站，控制初期火災(zāi)，并與市政工程實現(xiàn)消防信息共享。在疏散方面，東西行車落客區(qū)各設(shè)置2個下沉式廣場，創(chuàng)造水平疏散條件，并與樓梯間共同作為安全疏散設(shè)施，保障雙向疏散條件成立；控制最遠疏散距離不大于37.5 m；地面設(shè)置連續(xù)的特大型疏散指示標志。核算疏散人數(shù)及疏散寬度，考慮落客區(qū)內(nèi)汽車停車車輛滿載，以小汽車人員系數(shù)為4人/輛，中型車為15人/輛，核算人數(shù)為西區(qū)75人，東區(qū)63人。周圍功能區(qū)人員經(jīng)過落客區(qū)人行鋪地及車行道區(qū)域進入，此區(qū)域按9.3 m2/人計算，核算為西區(qū)226人，東區(qū)220人。計算西區(qū)所需疏散寬度為3.1 m，東區(qū)為2.9 m。西區(qū)設(shè)計疏散寬度為8.2 m，東區(qū)為6.5 m。疏散寬度滿足要求。見圖9、圖10。

圖9 地下1層落客區(qū)疏散救援條件分析

圖10 地下1層落客區(qū)疏散出口情況分析

3.3 防火分隔要求

落客區(qū)獨立為一個半室外準安全區(qū)，與其他相鄰防火分區(qū)采用構(gòu)件隔開。其中與隧道連通處采用三道防火卷簾，并形成防火隔間，雙側(cè)控制。即隧道側(cè)控制一道防火卷簾，本項目內(nèi)的落客區(qū)防火隔間控制兩道防火卷簾。與汽車庫采用防火墻，車行道處設(shè)置2道防火卷簾；與商業(yè)區(qū)采用防火墻或耐火極限1 h 的A 類防火玻璃墻加防火卷簾（面向洞口的商鋪面積≤300 m2），商業(yè)通道入口處設(shè)兩道防火門形成防火隔間；與泄爆區(qū)采用耐火極限不低于3 h的防爆墻；與大堂、門廳采用耐火極限不低于1 h的A類防火玻璃墻，其中下沉式廣場側(cè)采用普通玻璃幕墻；與其他區(qū)域采用防火墻和甲級防火門。見圖11。

圖11 地下1層落客區(qū)與其他場所分隔情況分析

3.4 火災(zāi)荷載控制

落客區(qū)域僅作為車輛通行及臨時停車落客功能，并僅限通行15座及以下乘用車，臨時停車位與設(shè)置防火玻璃的建筑外墻之間的距離不小于6 m，不設(shè)置汽車充電設(shè)施及不堆放可燃物；區(qū)域內(nèi)景觀綠植選用低油脂、抗火性強的綠植；落客區(qū)地面、頂板均采用不燃裝修材料，導向標志燈等固定服務(wù)設(shè)施的材料燃燒性能不低于B1級；電線電纜符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。

3.5 消防系統(tǒng)保障

前文所述自然通風口及吊頂開孔率的設(shè)定屬于自然排煙系統(tǒng)的設(shè)計，另外設(shè)置帶快速響應(yīng)噴頭的自動滅火系統(tǒng)，增設(shè)消火栓和滅火器系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、感溫火災(zāi)探測器、消防應(yīng)急廣播及應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，并按照消防評審意見，將行車落客區(qū)地面設(shè)置保持視覺連續(xù)的疏散指示標志，導向標志燈等服務(wù)設(shè)施的耐火極限不低于B1級。

3.6 防火構(gòu)造

落客區(qū)域的耐火等級按一級耐火等級要求設(shè)計。在防火構(gòu)造保障中，分別從以下幾個方面進行構(gòu)造設(shè)計與要求：

3.6.1 建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件防火

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，均按規(guī)范要求的耐火等級控制結(jié)構(gòu)截面。鋼結(jié)構(gòu)部分則采用能滿足規(guī)范要求的防火涂料。各類建筑構(gòu)件均符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范（GB 50016—2014）》表5.1.2建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限，與大于250 m建筑相交處的構(gòu)件，滿足中華人民共和國公安部公消［2018］57 號文件《建筑高度大于250 m 民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求》（試行）的要求。主要承重構(gòu)件中，鋼筋混凝土柱耐火極限不小于4 h，鋼筋混凝土梁耐火極限不小于3 h，鋼筋混凝土樓板耐火極限不小于2.5 h。

3.6.2 防火墻、隔墻、管道井

防火墻采用耐火極限不小于3 h的加氣混凝土砌塊墻；樓、電梯間及前室、疏散走道兩側(cè)均采用耐火極限不小于2 h的加氣混凝土砌塊墻；管道井壁采用耐火極限不小于2 h的加氣混凝土砌塊墻，且井壁上的檢修門均采用甲級防火門；除通風管井外的其余管道井在每層樓板處用耐火極限大于1.5 h（相當于樓板耐火等級）的鋼筋混凝土或防火封堵材料封堵；隔墻砌至梁底或板底，且不留縫隙；防火墻上不設(shè)無關(guān)的孔洞，設(shè)備管線穿越防火墻、疏散走道隔墻、管道井等墻體時，采用不低于墻體耐火極限的防火封堵材料嚴密封堵；防火墻兩側(cè)的門、窗、洞口最邊緣水平距離不小于2 m，內(nèi)轉(zhuǎn)角處不小于4 m。

3.6.3 防火門窗、防火卷簾

本區(qū)域防火門、防火窗耐火極限劃分為三級，分別為甲級1.5 h、乙級1 h、丙級0.5 h。防火門窗及卷簾的設(shè)置原則為：防火墻上采用甲級防火門窗或耐火極限不低于3 h的防火卷簾，防火卷簾具有火災(zāi)時靠自重自動關(guān)閉功能。防煙樓梯間和前室的防火門具有自行關(guān)閉功能。通風、空氣調(diào)節(jié)機房和變配電室、鍋爐房、柴油發(fā)電機房門、管道井檢修門等均采用甲級防火門。

3.6.4 玻璃幕墻

下沉式廣場處的建筑玻璃幕墻，在建筑外墻上下層開口之間設(shè)置高度不小于1.5 m的不燃性實體墻，且在樓板上的高度不小于0.6 m，實體墻耐火極限和燃燒性能不低于外墻。窗檻墻上下兩端設(shè)200 mm厚防火巖棉帶（用1.5 mm厚鍍鋅鋼板承托、防火膠泥密封）與背襯主體結(jié)構(gòu)和基層墻體封堵密實。部分防火墻兩側(cè)為連續(xù)的玻璃幕墻，水平間距2 m之內(nèi)的幕墻內(nèi)側(cè)均增設(shè)耐火極限1 h以上的內(nèi)襯墻。對于內(nèi)轉(zhuǎn)角兩側(cè)的玻璃幕墻，則在最近邊緣的水平距離4 m之內(nèi)的幕墻內(nèi)側(cè)增設(shè)耐火極限1 h以上的內(nèi)襯墻或防火玻璃墻。玻璃幕墻與樓板、隔墻處的縫隙，采用1.5 h防火封堵材料封堵。

3.6.5 裝修材料防火設(shè)計

該落客區(qū)的裝修材料均采用A 級標準。各疏散樓梯、疏散走道和安全出口的門廳的頂棚、墻面和地面均采用A級裝修材料。項目中建筑用料表對有機裝飾材料均標明其材料燃燒性能等級要求，或標明防火施工要求等。

3.7 消防設(shè)計方案安全性分析

該落客區(qū)在以上3.1～3.6各項條款的全方位消防安全設(shè)計情況下，經(jīng)中國建筑科學研究院有限公司建研防火科技有限公司采用消防安全工程學的方法進行專題分析。主要通過煙氣流動法模擬分析，行車落客區(qū)疏散設(shè)計的模擬分析，人員安全性判定等方法得出：在滿足自然通風條件，與周圍區(qū)域進行必要的防火分隔，控制內(nèi)部火災(zāi)荷載，保證人員疏散安全，并通過消防系統(tǒng)保障的情況下，地下1層行車落客區(qū)論證為具有半室外空間特征的準安全區(qū)。見圖12、圖13和表1。

表1 人員疏散所需時間

圖12 落客區(qū)火災(zāi)場景示意

圖13 落客東區(qū)疏散過程模擬

4 結(jié) 論

消防性能化設(shè)計是基于火災(zāi)科學和消防安全工程學的設(shè)計方法，其擺脫了規(guī)格式設(shè)計對于建筑物類型、面積、層高等的束縛［3］，以消防安全為最終導向，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、用途和內(nèi)部可燃物等方面的具體情況，定性、定量地分析、模擬、預測和評估建筑物的火災(zāi)危險情況，以得出合理的消防設(shè)計方案［4］。消防性能化設(shè)計中火災(zāi)與疏散模擬軟件的運用也會進一步提高消防設(shè)計精度［5］。

經(jīng)過本次項目設(shè)計，總結(jié)出以下設(shè)計工作方法：對于定性模糊的建筑空間，首先確定其可以滿足項目設(shè)計需要的建筑空間性質(zhì)，進而依照定性，研究國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范及案例，總結(jié)滿足其定性的消防設(shè)計需要，作為特殊消防設(shè)計依據(jù)。其次，基于特殊消防設(shè)計及消防性能化論證意見依據(jù)，針對各個消防設(shè)計子項進行逐個設(shè)計，并使各消防子項系統(tǒng)性的結(jié)合，共同作用實現(xiàn)消防安全。

消防設(shè)計子項包括6項：

1）自然通風條件：防排煙設(shè)施等；

2）疏散救援條件：消防安全疏散出口、通道及緊急避難與逃生設(shè)施、消防車道、消防電梯、滅火車輛、消防救援人員等外部救援條件、場所人員綜合消防素質(zhì)考量等；

3）防火分隔要求：防火分區(qū)劃分與防火分隔設(shè)施；

4）火災(zāi)荷載控制：材料物料燃燒性能、材料耐火極限；

5）消防系統(tǒng)保障：火災(zāi)供電供水和滅火設(shè)施、滅火物資；

6）防火構(gòu)造。

最后，根據(jù)計算機模擬結(jié)果進行消防設(shè)計方案安全性評估，包括煙氣流動分析、疏散場景分析、疏散安全性判定。

對于建筑師而言，了解超現(xiàn)行規(guī)范項目的消防設(shè)計方法，深度研究其中的消防原理，可有效減少設(shè)計項目在方案確定、專家論證、消防審查等過程中遇到的困難與阻力，從而提高工作效率和建設(shè)項目的消防設(shè)計質(zhì)量。