淺析大空間建筑性能化防火設(shè)計(jì)

1、淺析大空間建筑性能化防火設(shè)計(jì)    內(nèi)容摘要：社會(huì)發(fā)展的需求，我國(guó)涌現(xiàn)了一大批大型公共建筑特別是超大空間建筑，這些建筑與以往建筑相比更追求視覺上的通透性，這類大空間建筑的防火設(shè)計(jì)也成為建筑設(shè)計(jì)的一大難題。本文通過分析大空間建筑的火災(zāi)特性，提出了性能化防火設(shè)計(jì)方法在這類建筑中的應(yīng)用并，闡述了性能化防火的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：大空間建筑,防火設(shè)計(jì),性能化設(shè)計(jì),防火構(gòu)造 近年來，據(jù)有關(guān)火災(zāi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，我國(guó)的許多重大、特大火災(zāi)均某些大空間建筑有關(guān)。因此，研究大空間建筑的火災(zāi)特性并提供相應(yīng)的防治與控制技術(shù)，已是火災(zāi)防治的一個(gè)重要課題。 一、 性能化防火設(shè)

2、計(jì)原理基礎(chǔ) 性能化防火設(shè)計(jì)，是運(yùn)用消防安全工程學(xué)的原理及方法，在考慮到火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展和蔓延的基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際火災(zāi)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，并通過對(duì)建筑物形狀、結(jié)構(gòu)、用途及其內(nèi)部可燃物等方面進(jìn)行綜合分析和計(jì)算，從而確定性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)指標(biāo)，然后再預(yù)設(shè)各種可能起火的條件和由此所造成的火災(zāi)煙蔓延途徑以及人員疏散情況，來決定最佳消防安全工程措施，并加以評(píng)估，從而核準(zhǔn)預(yù)定的消防安全目標(biāo)是否已經(jīng)達(dá)到；最后再視具體情況對(duì)設(shè)計(jì)方案做出調(diào)整及優(yōu)化。與“處方時(shí)”設(shè)計(jì)相比較，性能化設(shè)計(jì)方案更關(guān)注是否能夠?qū)崿F(xiàn)“保證人員疏散和滅火救援不受火災(zāi)煙氣影響”這一目標(biāo)，而不是局限于滿足規(guī)范要求最低排煙量。 二、大空間建筑火災(zāi)防治

3、特征 由于建筑結(jié)構(gòu)的特殊性和使用功能的具體需要，大空間建筑的火災(zāi)發(fā)生與普通建筑有著明顯的差別，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1、火災(zāi)控制難度大 大型建筑防火往往為了控制煙氣蔓延，在建筑物內(nèi)設(shè)置防煙分區(qū)，但是大空間建筑內(nèi)無法有效的采取分隔措施是一大難題。例如在館廳式建筑內(nèi)，解決迅速排煙問題是尤其重要的，應(yīng)研究有效的自然排煙和機(jī)械排煙的方法。中庭往往是大型高層建筑的組成部分，它將多個(gè)樓層相連。而中庭的底部通常是火災(zāi)最可能發(fā)生的位置，因此煙氣控制不僅要解決頂部排煙，還需解決防止煙氣由起火樓層流入中庭及由中庭反流到其他樓層的問題。 2、探測(cè)預(yù)警機(jī)制的局限 目前在普通建筑中廣泛使用的火災(zāi)探測(cè)器大都是以煙氣濃

4、度或溫度為信號(hào)進(jìn)行探測(cè)的，且大都安裝在頂棚。大空間建筑中，一般層高比較高，空氣的稀釋，火災(zāi)煙氣到達(dá)十幾米或幾十米的高度時(shí)，其溫度和濃度都大大降低，不足以啟動(dòng)火災(zāi)探測(cè)器，能夠達(dá)到啟動(dòng)探測(cè)器的時(shí)候，火災(zāi)已經(jīng)形成了很大的規(guī)模，或者已經(jīng)造成了很大的損失，延誤了早期滅火的有利時(shí)機(jī)。 3、人員的安全疏散相當(dāng)困難 大空間建筑相應(yīng)的就意味著是繁華的公共場(chǎng)所，人員高度密集式必然的，而且這些人員一般都沒規(guī)律，呈現(xiàn)自由活動(dòng)的游離狀態(tài)。一旦發(fā)生火災(zāi)，在較短的時(shí)間內(nèi)將人們迅速安全疏散是一件極為困難的事情。無論在現(xiàn)場(chǎng)指揮、逃離通道設(shè)置方面，都已呈現(xiàn)混亂局面，加上人們心理素質(zhì)的高低不同，慌亂中的人們很難以聽從指揮，給疏散進(jìn)

5、一步造成困難。 三、大空間建筑性能化防火設(shè)計(jì)研究 1、控制人員安全疏散時(shí)間：人員疏散的安全評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是在綜合考慮人員疏散速度、火災(zāi)煙氣流動(dòng)速度、火勢(shì)蔓延時(shí)間、建筑物安全牢固的基礎(chǔ)上，ASET（達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)間）>RSET（人員疏散完畢時(shí)間），見圖所示。               其中ASET為火災(zāi)達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間,通常以煙氣參數(shù)作為火災(zāi)達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的描述。ASET涉及的參數(shù)主要包括煙氣蔓延速率、排煙系數(shù)、建筑強(qiáng)度衰減系數(shù)、煙氣能見度、空氣溫度、CO濃度等。R

6、SET為從火災(zāi)開始到人員疏散完畢所需的時(shí)間,包括火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間、人員反應(yīng)時(shí)間和人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間。RSET涉及的參數(shù)主要包括人流密度、行走速度、出口流動(dòng)系數(shù)等； 火災(zāi)發(fā)生時(shí)，在保證建筑物基本強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，對(duì)人員疏散影響最大的是煙氣能見度、濃度和空氣溫度。依據(jù)資料，允許逃生的空氣溫度不應(yīng)高于60，允許逃生的CO濃度不應(yīng)高于500ppm，允許逃生煙氣能見度不應(yīng)小于13米。煙氣濃度可以通過自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)進(jìn)行控制，由于大空間自身特性，本身具有較強(qiáng)的蓄煙功能，而應(yīng)用排煙系統(tǒng)可能會(huì)破壞火災(zāi)中已經(jīng)穩(wěn)定的熱煙層。因此，需要建立大空間建筑煙氣流動(dòng)模式的實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)，通過對(duì)煙氣蔓延的模擬，建立一個(gè)性能

7、化設(shè)計(jì)的平臺(tái)，為排煙設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性依據(jù)。根據(jù)總體建筑特點(diǎn)和人員流量數(shù)據(jù)，對(duì)各火災(zāi)場(chǎng)景的人員疏散進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到人員疏散完畢所需時(shí)間RSET。再通過比較各火災(zāi)場(chǎng)景內(nèi)ASET與RSET進(jìn)行比較。得出是否能否保證建筑內(nèi)人員安全。 2、優(yōu)化建筑物的防火能力：大空間建筑其承重構(gòu)件主要為鋼梁和鋼柱，因此主要應(yīng)將防止鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效作為設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)失效時(shí)的臨界溫度與鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的幾何形狀、截面系數(shù)、負(fù)載情況有關(guān)，所以在性能化設(shè)計(jì)中，需要通過對(duì)不同鋼結(jié)構(gòu)的模擬試驗(yàn)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)模型，確定不同情況下鋼結(jié)構(gòu)的臨界溫度。從消防工程的角度來看，如果火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)在要求的耐火時(shí)間內(nèi)沒有達(dá)到臨界溫度，則不

8、需要額外的防火保護(hù)；如果達(dá)到臨界溫度，則需要計(jì)算等效時(shí)間來確定鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)時(shí)間。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求，人員密集場(chǎng)所建筑耐火需要不應(yīng)低于二級(jí)，柱的耐火等級(jí)不應(yīng)低于2.5h，梁的耐火等級(jí)不應(yīng)低于1.0h，屋面承重構(gòu)件的耐火等級(jí)不應(yīng)低于1h。目前，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料為主，因其美觀、易施工、易裝修等特點(diǎn)，所以使用頻率也最高，鋼結(jié)構(gòu)管材網(wǎng)架的內(nèi)循環(huán)水冷卻保護(hù)法還停留在研究探討階段。優(yōu)良的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料可以將鋼結(jié)構(gòu)的耐火時(shí)間提高至3h以上。因此除了模擬鋼結(jié)構(gòu)臨界溫度作為參考外，對(duì)于建筑防火涂料的選擇也應(yīng)該納入性能化設(shè)計(jì)的必要。 3、增強(qiáng)的防火滅火措施：依據(jù)資料，傳統(tǒng)感溫探測(cè)器只能探測(cè)

9、8m及以下高度的空間，感煙探測(cè)器為12m及以下，火焰探測(cè)器及紅外光束感煙探測(cè)器為20m及以下。大空間建筑功能區(qū)等固定房間可采用普通感溫（煙）探測(cè)器，而展覽區(qū)等大空間部位在實(shí)際施工中多采用雙波段火焰探測(cè)器、掃描式火災(zāi)探測(cè)器、主動(dòng)時(shí)氣體探測(cè)器等配合自動(dòng)水炮系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)。其中圖像型火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，在大空間建筑內(nèi)水系統(tǒng)滅火方式仍然是最適宜的滅火方式。對(duì)于快速響應(yīng)早期抑制噴頭（ESFR），噴頭具有反應(yīng)快，水滴大，流量大，壓力高等特點(diǎn)，可適用于9-13m的大空間建筑，但作用效果受安裝規(guī)整度、建筑高度的影響較大，而且消防用水量偏高，因此施工方在ESFR的有效性和可行性上考慮較多；自動(dòng)消防炮具

10、有定位準(zhǔn)確，滅火效率高，保護(hù)面積大，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)非火災(zāi)區(qū)域造成的損失小，可結(jié)合室內(nèi)建筑裝修實(shí)際合理布置，但一次性投資較高，對(duì)人員密集場(chǎng)所還應(yīng)考慮到防止人身意外傷害的問題。 四、我國(guó)加快性能化防火設(shè)計(jì)的措施 我國(guó)應(yīng)該加快性能化規(guī)范及配套技術(shù)的研究步伐，充分發(fā)揮性能化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。促進(jìn)性能化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方面，筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個(gè)方面做起：加強(qiáng)各種火災(zāi)預(yù)測(cè)模型和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的研究，拓展性能化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用空間。積極向建筑設(shè)計(jì)師和建筑管理人員介紹性能化設(shè)計(jì)方法，讓他們認(rèn)識(shí)、理解并自覺接受性能化設(shè)計(jì)方法。出臺(tái)可操作性強(qiáng)的相關(guān)性能化設(shè)計(jì)指南，使建筑設(shè)計(jì)師能盡快地掌握性能化設(shè)計(jì)方法。加強(qiáng)

11、新材料、新技術(shù)研究，規(guī)范材料性能參數(shù)，建立和完善數(shù)據(jù)庫(kù)，提供準(zhǔn)確的性能化指標(biāo)，為性能化應(yīng)用積累基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。深入研究火災(zāi)規(guī)律、火災(zāi)情況下建筑內(nèi)人員逃生規(guī)律和構(gòu)件變化規(guī)律，為各種火災(zāi)模型的建立提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，并拓展計(jì)算機(jī)技術(shù)在消防中的應(yīng)用。制定性能化消防設(shè)計(jì)規(guī)范，為性能化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用提供法律依據(jù)。 結(jié)束語：大空間建筑與一般建筑存在較大差異，因此在防火性能化設(shè)計(jì)方面必須以整體分析為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)施防火安全綜合設(shè)計(jì)。在此，對(duì)大空間建筑的“性能化”防火設(shè)計(jì)進(jìn)行初步探討，并希望以此拋磚引玉，在此基礎(chǔ)上能進(jìn)一步深入開展大空間建筑防火性能的理論與實(shí)驗(yàn)研究，逐步制定和完善大空間建筑的防火設(shè)計(jì)規(guī)范，達(dá)到其防火性能的總目標(biāo)。 參考文獻(xiàn)： 1高層建筑性能化防火設(shè)計(jì)案例匯編M.公安部消防局，2002. 2霍然，袁宏永.性能化建筑防火分析與設(shè)計(jì)M.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2003.