大型圖書(shū)館書(shū)谷大空間消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)及防火措施研究

作者簡(jiǎn)介：周峰（1989—），男，漢族，湖北襄陽(yáng)人，本科，研究方向：特殊消防設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)咨詢。

摘要：圖書(shū)館的閱覽空間存在大量圖書(shū)火災(zāi)荷載，由于書(shū)籍的燃燒特性，閱覽空間的火災(zāi)危險(xiǎn)性相對(duì)較高。為提高大型圖書(shū)館建筑的消防安全性，本文結(jié)合具體的工程案例提出了相應(yīng)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(jìn)一步研究分析，以期為相似的工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：大型圖書(shū)館；書(shū)谷；防火措施；FDS；Pathfinder

引言

近年來(lái)，社會(huì)飛速發(fā)展，許多城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來(lái)越完善，如圖書(shū)館等公共文化類建筑配套也在大力建設(shè)。為給圖書(shū)館讀者帶來(lái)較好的閱覽體驗(yàn)，圖書(shū)館閱覽空間更通透、更開(kāi)闊的效果受到追捧。某市新建一處大型圖書(shū)館，打造了書(shū)山、書(shū)谷的超大閱覽空間，該空間形成的投影面積接近1.5萬(wàn)平方米。

該圖書(shū)館（如圖1）總建筑面積約1.4萬(wàn)平方米，包含圖書(shū)館、方志館、書(shū)庫(kù)等，地上十層、地下二層，建筑高度56.5米。

一、書(shū)谷空間消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

（一）防火分區(qū)問(wèn)題

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014（2018版）第5.3.1條規(guī)定，高層民用建筑設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，防火分區(qū)最大允許建筑面積不應(yīng)超過(guò)3000平方米。該項(xiàng)目書(shū)谷為貫穿建筑內(nèi)各層的巨大空間，其中書(shū)谷內(nèi)敞開(kāi)區(qū)域投影面積約1.5萬(wàn)平方米，難以按照上述規(guī)范要求劃分防火分區(qū)。

（二）安全疏散問(wèn)題

書(shū)谷作為連接各書(shū)山的主要平臺(tái)，出于空間、周邊總平面條件需求，利用通向谷底的開(kāi)敞大樓梯疏散。書(shū)谷部分區(qū)域距直通室外出口的距離過(guò)長(zhǎng)（沿谷底開(kāi)敞大樓梯疏散至室外的路徑過(guò)長(zhǎng)）。書(shū)谷各臺(tái)地設(shè)置有向下通行的樓梯，導(dǎo)致各臺(tái)地可就近向谷底疏散，也可向同層書(shū)山內(nèi)疏散，疏散路徑無(wú)法形成統(tǒng)一。

二、書(shū)山空間防火措施

（一）可燃物控制及裝修

書(shū)谷空間具有閱覽、藏書(shū)功能，應(yīng)盡可能降低該區(qū)域的火災(zāi)荷載^[1]。書(shū)谷谷底區(qū)域僅用于人員通行及相應(yīng)登記接待，該區(qū)域不設(shè)置任何可燃物；書(shū)谷、臺(tái)地區(qū)域內(nèi)除書(shū)籍外的固定設(shè)施、固定裝飾材料均采用不燃材料；活動(dòng)桌椅采用難燃材料；書(shū)谷空間的頂棚、墻面、地面應(yīng)采用燃燒性能不低于A級(jí)的裝修材料；控制書(shū)谷空間書(shū)籍總數(shù)；書(shū)谷、臺(tái)地范圍內(nèi)的書(shū)架距同一水平面的疏散樓梯、平臺(tái)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(shū)山之間（從書(shū)架外緣）最近距離不小于9米，使書(shū)谷本體成為依附于書(shū)山的書(shū)架相對(duì)位置間的防火隔離帶^[2]。

2.控制書(shū)山與書(shū)谷之間的開(kāi)口

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

3.書(shū)谷谷底分隔

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

4.書(shū)谷退臺(tái)設(shè)置

書(shū)山每層書(shū)架上層處為退臺(tái)設(shè)計(jì)，預(yù)留至少不小于1米、不設(shè)置可燃物的豎向區(qū)域。

5.防火單元設(shè)置

書(shū)谷防火分區(qū)內(nèi)各設(shè)備用房按防火單元設(shè)置，采用耐火極限不低于3h的防火隔墻及甲級(jí)防火門與周圍分隔。

6.管井開(kāi)口

開(kāi)向書(shū)谷空間的水井、電纜井開(kāi)口的門采用甲級(jí)防火門分隔。

（三）安全疏散措施

大空間內(nèi)疏散指示標(biāo)志采用大型疏散指示標(biāo)志；書(shū)谷內(nèi)任一點(diǎn)距首層疏散外門、防煙樓梯間入口的距離不超過(guò)60米^[3]；臺(tái)地主要經(jīng)與書(shū)山防煙樓梯間連接的走道或前室進(jìn)行疏散，最不利點(diǎn)至防煙樓梯間入口處、谷底的距離不超過(guò)37.5米；書(shū)谷不承擔(dān)書(shū)山的疏散壓力，不通過(guò)書(shū)谷底部門廳進(jìn)行疏散。

（四）消防設(shè)施系統(tǒng)措施

大空間內(nèi)設(shè)置自動(dòng)跟13e859ff1c911f4503f1692c52a70e9835c2e8c31ae04c590fda5001932d7a54蹤定位射流滅火系統(tǒng)，水炮可直接噴射至各書(shū)架，書(shū)架最不利點(diǎn)可確保有不少于2門水炮保護(hù)^[4]。高位消防水箱容積不小于50立方米。濕式滅火系統(tǒng)場(chǎng)所如門廳、走道等位置采用快速響應(yīng)噴頭。書(shū)谷區(qū)域在明顯位置和便于取用的地點(diǎn)，按嚴(yán)重危險(xiǎn)等級(jí)配置通用型滅火器。消火栓箱內(nèi)應(yīng)配備消防軟管卷盤。大空間內(nèi)采用線性光束感煙火災(zāi)探測(cè)器、圖像型火災(zāi)探測(cè)器兩種不同型式的火災(zāi)探測(cè)器^[5]。屋面可開(kāi)啟自然排煙窗，有效面積占書(shū)谷敞開(kāi)區(qū)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(zāi)煙氣模擬分析

（一）數(shù)值模型建構(gòu)及工況設(shè)計(jì)

1.煙氣模型的建立

采用以大渦模擬（LES）方法數(shù)值求解低速、熱驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)的Navier-Stokes方程為原理的FDS進(jìn)行煙氣模擬研究^[7]。書(shū)庫(kù)、閱覽區(qū)內(nèi)空間凈高不高、書(shū)籍儲(chǔ)量大、書(shū)架布置嚴(yán)密，火災(zāi)荷載相對(duì)較高，火災(zāi)情況下易形成轟然態(tài)勢(shì)。參考國(guó)內(nèi)多個(gè)關(guān)于圖書(shū)館火災(zāi)的研究，書(shū)庫(kù)、閱覽區(qū)區(qū)域在滅火系統(tǒng)有效時(shí)火災(zāi)規(guī)模為4MW，在滅火系統(tǒng)失效時(shí)，火災(zāi)規(guī)模為20MW（如圖3）。

書(shū)谷區(qū)域火災(zāi)荷載主要為書(shū)山墻壁上的書(shū)籍、書(shū)谷內(nèi)布置的臨時(shí)桌椅，各書(shū)山之間嚴(yán)格控制在9米的間距，書(shū)庫(kù)區(qū)域火災(zāi)荷載相對(duì)較小。參考《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017第4.6.7條給出的商店、展覽廳場(chǎng)所火災(zāi)最大熱釋放速率，書(shū)谷區(qū)域在滅火系統(tǒng)有效時(shí)火災(zāi)規(guī)模為3MW，在滅火系統(tǒng)失效時(shí)，火災(zāi)規(guī)模為10MW。

書(shū)谷谷底未布置書(shū)架、書(shū)籍等設(shè)施，當(dāng)自動(dòng)滅火設(shè)施失效時(shí)，書(shū)谷谷底區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)最大熱釋放速率選取為3.5MW；當(dāng)自動(dòng)滅火設(shè)施有效時(shí)，書(shū)谷谷底區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)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(jìn)行研究，對(duì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)圖書(shū)館內(nèi)的所有人員進(jìn)行疏散模擬，圖書(shū)館總疏散人數(shù)為16380人，建立的圖書(shū)館整體Pathfinder模型如圖4所示。

3.工況設(shè)計(jì)

選擇了9組18個(gè)具有代表性的設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算分析，詳見(jiàn)表1。

（二）結(jié)果分析

運(yùn)用FDS對(duì)該項(xiàng)目各工況進(jìn)行了煙氣數(shù)值模擬計(jì)算，得出以上各工況下對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間；運(yùn)用Pathfinder對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了人員安全疏散模擬計(jì)算，得出對(duì)應(yīng)的必須疏散時(shí)間^[8]。通過(guò)對(duì)比危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間與必須疏散時(shí)間分析該項(xiàng)目?jī)?nèi)人員疏散安全與否，以驗(yàn)證其消防設(shè)計(jì)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(nèi)人員可在危險(xiǎn)來(lái)臨前疏散至安全區(qū)域，達(dá)到設(shè)定的消防安全目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)超大圖書(shū)館書(shū)山空間，在滿足功能及空間效果的前提下，應(yīng)盡可能采取消防措施，加強(qiáng)大空間防火分區(qū)的消防安全性。本文針對(duì)該種空間設(shè)計(jì)存在的消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的防火措施，并采用數(shù)值模擬的方式進(jìn)行了分析驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：可燃物為火災(zāi)發(fā)生的三要素之一，書(shū)谷空間應(yīng)盡量限制書(shū)籍等可燃物總量，以降低該區(qū)域的火災(zāi)荷載；各書(shū)山之間設(shè)置的防火隔離帶可在一定程度上阻礙一側(cè)書(shū)山火災(zāi)煙氣熱流對(duì)對(duì)向書(shū)山的影響，形成虛擬的防火分隔；室內(nèi)書(shū)谷區(qū)域空間高大，可為火災(zāi)煙氣蓄積提供空間條件，減小火災(zāi)煙氣對(duì)下方人員安全的威脅；書(shū)谷空間各區(qū)域豎向、橫向交錯(cuò)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(shū)谷空間消防設(shè)施應(yīng)在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)，以滿足該超大空間火災(zāi)探測(cè)報(bào)警、滅火、排煙需求。

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