某大型物流交易中心消防性能化设计探讨

杨 欣

(南昌市消防支队，江西 南昌 330039)

1、工程概况

某大型物流交易中心具有普遍性，涵盖了大部分物流仓储交易综合体的主要特征。我以其中3、4号物流交易广场举例，该物流交易广场地下2层，地上4层，建筑高度21.5米，总建筑面积32.8万平方米，主要功能为：地下室为车库和商业用房，地上层均为商业用房。

2、需要进行性能化防火设计的问题

鉴于大型物流交易广场使用功能的需要以及其建筑体量、造型的特性，该类大型建筑的消防设计难免存在与现行规范不相符的设计难点。

2.1 防火分区。多层商业建筑每一个防火分区允许最大建筑面积为2500平方米，在设有自动喷水灭火和火灾自动报警系统的情况下，防火分区可以增加一倍，该3、4号交易广场的室内街是由若干个大小不一的横纵排列的中庭组成，室内街负一层、一至四层之间通过楼板分隔，中庭未使用防火卷帘进行分隔，故形成了若干个建筑面积不同贯穿5层的中庭，连通一个防火分区，各部分面积见表2-1，如图2-1所示。3、4号交易广场各室内街分别连通为一个防火分区，建筑面积分别为40697平方米、39765平方米，不满足现行国家相关防火规范。

表2-1 三、四号广场各层建筑面积

图2-1 室内街防火分区图 图2-2 室内街首层疏散距离图

2.2 安全疏散。多层商业建筑楼梯间的首层应当设置直通室外的安全出口或在首层采用与其他部位用乙级防火门分隔的扩大封闭楼梯间，当建筑的层数为4层及4层以下时，安全出口与楼梯间距离应小于15米。建筑中商业部分为符合现行规范中要求的疏散距离和疏散宽度，需要在建筑各层设置足够数量的疏散楼梯和直通室外的安全出口，为确保每部疏散楼梯在首层都能直通室外，应沿建筑外墙进行设置。该3、4号交易广场由于建筑体量较大，部分疏散楼梯未沿外墙进行设置，而是在建筑内部设置疏散楼梯间，因此除沿外墙设置的具有直通室外的安全出口外，其余疏散楼梯在首层的安全出口只能设置在室内街内，人员需要通过室内街公共区域才能到达室外，在首层通向室外的疏散距离大于15米，首层最不利点至最近安全出口疏散距离为89米，如图2-2所示，不符合现行国家相关防火规范要求。

3、相关问题性能化防火设计初步解决思路

针对该类建筑消防设计难点，结合本建筑的布局、使用用途、人员特性等特点，在确保消防安全功能达到现行规范要求同等水平的基础上，设计人员开创思路，采用性能化设计方法来解决以上问题。

3.1 临时安全区。为解决人员需要借助室内街公共区域疏散到室外、室内街公共区域防火分区面积超出规范要求的问题，拟将室内街公共区域设计为临时安全区，具体措施为：

3.1.1 为最大限度地降低各层室内街区域的火灾荷载，室内街公共区内不应布置阻碍人员疏散的物品和任何可燃物，公共区仅用于人员疏散行走；室内街的顶棚材料应采用；室内街和顶棚材料应采用不燃或难燃材料，其承重结构的耐火极限不应低于0.5h；3号、4号交易广场内不应经营和储存火灾危险性为甲、乙类性质的物品。

3.1.2 室内街负一层横向的宽度不小于13.6米，朝下沉广场的出口宽度不小于7.5米；室内街首层横向宽度不小于22米，端头局部区域(8.4米)的宽度不小于13.1米，朝室外的安全出口宽度不小于9.2米。室内街端头局部区域(8.4米)的商铺不应朝室内街内开设影响室内街人员疏散的门。横向室内街二层至四层端头商铺面向室内街的隔墙也应采用防火墙或防火玻璃(门)，当采用不低于1.0h耐火极限的C类防火玻璃(门)时，应在商铺内侧设置独立的自动喷水灭火系统进行防火保护，对防火玻璃(门)延续保护的时间不应低于3.0h，商铺防火玻璃门在火灾发生时应能自行关闭，且不得影响消防救援窗的位置。

3.1.3 室内街两侧的店铺内应设置火灾自动报警和自动喷水灭火系统进行保护，回廊应设置自动喷水灭火系统，高大空间应设置智能型水炮系统；室内街每隔30米应设置室内消火栓并配置消防软管卷盘。

3.1.4 室内街公共区域的顶部设置的天窗在火灾时能自动开启，天窗开启的宽度不小于6米，天窗开启位置如图3-1所示。

图3-1 天窗开启位置示意图

3.2 安全疏散

除首层外，其余楼层疏散距离均不应大于37.5米；不能直通室外的疏散楼梯在首层应能通向室内街公共区域，如图3-2所示；或通过疏散走道疏散至室内街公共区域，疏散走道两侧应采用砌至楼板底部耐火极限不低于1h的隔墙分隔，如图3-3所示。

图3-2 建筑中部疏散楼梯调整示意图1

图3-3 建筑中部疏散楼梯调整示意图2

3.3 自动喷水灭火系统

相关试验研究表明，相比标准响应喷头，快速响应喷头反应更加迅速，火灾造成的损失、火灾过程中最大热释放率和现场环境温度分别减少20%、45%和25%。因此，将3、4号广场内的喷头应采用快速响应喷头。

4、火灾场景、火灾蔓延及烟气流动状态和人员安全疏散分析

4.1 火灾场景分析

通过对3、4号交易广场不同火源位置及场景的设定，分析各层商铺火灾产生的烟气对主通道人员疏散的影响。衡量火灾危险性的重要指标是火灾荷载密度和火灾增长速率。火灾热释放速率随时间变化关系为：

Q=αt2

式中：Q-火源热释放速率；α-火灾增长速率；t2-火灾发展时间。

对于t2火灾的类型，国际标准ISO/TS 16733根据火灾增长系数α的值定义了4种标准t2火灾：超快、快、中和慢速火，它们分别在75秒、150秒、300秒、600秒时刻可达到1MW的火灾规模。依据公安部天津消防研究所所做的服装火灾试验，从中选了两组试验数据作模拟中庭火灾热释放速率的依据进行比较，水平放置的服装类火灾热释放速率略小于t2中速火，悬挂放置的服装类火灾热释放速率略大于t2快速火；根据分析，建筑商铺内展示的多数商品的火灾危险性不会高于服装衣物的火灾危险性，确定环廊室内街及中庭内的火灾按t2快速火考虑，火灾增长系数为0.04689Kw/s2。

火灾未受有效控制时的最大热释放速率，若自动喷水灭火系统失效，则需要专业消防人员进行扑救，而在本项目贴临位置建设有消防站，从安全角度考虑，认为消防队员能够在接警后5分钟到达火场，并在火灾发生后10分钟开展有效的灭火战斗并控制火势的发展。因此，在自动喷水灭火系统失效时，假定在此种情况下精品店、服装店和餐饮店的火灾最大热释放速率为：

Q=αt2=0.04689×6002=168804(KW)，约17MW；火灾危险性大大增加。

火灾受到自动灭火系统控制时的最大热释放速率根据美国国家标准技术研究院(NIST)开发的计算机应用软件DETACT-T2模型确定自动喷水灭火系统的动作时间，根据设定的计算条件，考虑2倍的安全系数，火灾热释放速率计算结果为1919.4(KW)，约4MW；火灾危险性相对较小。

4.2 火灾蔓延及烟气流动状态分析

火灾蔓延及烟气流动状态分析运用火灾动力学模拟软件FDS(美国国家标准与技术研究院NIST开发)对交易广场内的火灾及烟气蔓延情况进行模拟计算，通过计算得到不同火灾场景下的火灾蔓延及烟气流动状态。经过分析，得到如下结论：

建筑展示区内发生火灾时，在自动喷水灭火系统、屋顶自然排烟系统和展示区防排烟系统均有效的情况下，建筑各层清晰高度处的温度、能见度以及CO浓度等指标均处于人员可接受的范围内，火灾危险来临时间较长，在设定最不利火灾场景下，展示区内不会造成火灾大面积蔓延。

一层主通道临近安全出口处的一侧商铺发生火灾，若自动喷水灭火系统失效，室内街另一侧商铺(间距13米)受到的热辐射强度为4.76Kw/m2(在模拟时间1800内计算所得)，小于设定的极限值10Kw/m2(根据美国国家防火研究基金会NFPRF火灾风险评估方法中不同材料的可燃性对应的引燃热辐射通量确定的火灾在防火分区间蔓延的临界辐射热通量)，不会造成火灾大面积蔓延。

4.3 人员安全疏散分析

根据该大型物流交易市场的建筑特点和人员荷载，结合火灾模拟研究结果，计算在最不利情况下，建筑各区域人员在现有疏散宽度和距离情况下所需要的疏散时间。疏散人员在火灾环境下疏散至安全地带的人员可用疏散时间应大于人员必需疏散时间。

人员可用疏散时间指的是从火灾发生到发展到致使建筑内附近区域达到人体所能承受极限的时间。影响人员安全疏散的主要性能参数包为火灾烟气层高度、现场能见度、对流热和CO气体浓度等。必须疏散时间分为三个阶段：报警时间、响应时间和疏散行走时间，即人员疏散的必需疏散时间可按公式计算：

必需疏散时间=报警时间+响应时间+1.5×疏散行走时间。

通过火灾时人员的疏散模拟软件计算得到的人员所需的安全疏散时间，与在不同火灾场景下的环境下可提供的安全时间进行比较，以判断火灾发生时各区域内人员疏散的安全性。通过对人员疏散模拟分析，并与火灾烟气模拟计算结果进行分析。

在自动喷水灭火系统和排烟系统均有效的情况下，对于各个设定火灾场景和疏散场景，建筑内人员均能够通过临近的安全出口疏散至室外或楼梯间。在防排烟和自动喷水灭火系统其中有一个失效的情况下，当负一层的商业展示区内发生火灾时，负一层的人员将不能够通过临近的楼梯间疏散至室外。综上所述，建筑内消防设施的完好有效是人员安全疏散的重要保证，平时应定期对建筑内的消防设施进行检查与维护，以保证火灾时可以有效动作。

5、结论与建议

5.1 结论

经过模拟计算分析，在采取3.1、3.2和3.3节措施后，可得到如下结论：

5.1.1 在设定火灾场景下，在自动喷水系统和排烟系统均能有效动作时，建筑内的人员能够安全地疏散到室外安全区域，疏散设计能够保证人员的安全疏散。

5.1.2 在设定火灾场景下，距着火商铺对面(室内街另一侧)商铺处的辐射热强度最高为2.05 Kw/m2，小于易燃物品被引燃的临界值10 Kw/m2，建筑各层环廊各部位的装修材料和其他固定设施的制作材料的燃烧性能应为不燃烧材料、室内街公共区域内不应安置其他固定商业设施，则火灾不会通过延烧和热辐射的方式向室内街两侧蔓延。因此，3、4号广场的室内室内街分别连通为建筑面积40697平方米、39765平方米的防火分区可行。

5.1.3 第3、4号交易广场防火分隔措施及防排烟系统能够对火灾及烟气蔓延进行有效控制，防火分区划分能够满足建筑整体消防安全的要求。

5.1.4 在自动喷水灭火系统和排烟系统其中一个失效的情况下，当负一层的展示区内发生火灾时，负一层内的人员将不能够通过临近的楼梯间疏散至室外。在自动喷水灭火系统和排烟系统均失效的情况下，当二层主通道一侧的展示商铺发生火灾时，建筑四层和三层有部分人员不能够安全疏散，因此，应采取必要地安全措施，设置储水量不小于中危险级Ⅱ级1.0h用水量的高位水箱；屋顶排烟窗除能自动开启外，还应在首次手动在重力驱动下开启。

5.2 建议

建筑的消防安全不是一成不变的，只有建筑防火设计和建筑日常使用与维护管理相互配合才能更好的发挥消防设施的作用，提高所保护建筑的消防安全水平，实现设计目标。根据实际火灾的经验教训，提出以下建议：

5.2.1 平时定期对建筑内的消防设施进行检查与维护，以保证火灾时可以正常启动；

5.2.2 疏散通道内不应存放任何物品，应使疏散路线始终保持通畅；

5.2.3 加强消防管理，严禁在中庭布置可燃物和限制商业活动。组织义务消防队并经常进行消防灭火演练，以保证在消防队到达之前早期投入灭火救援。

5.2.4 加强交易广场工作人员的消防安全培训，定期组织疏散和灭火演练，以便在火灾发生时可以引导人员快速找到疏散出口安全逃生和具备扑灭初期火灾的能力。

[1]GB 50016—2006建筑设计防火规范[S].

[2]GB 50222—95(2001年修订版)建筑内部装修设计防火规范[S].

[3]葛良玉.利用性能化设计方法解决青岛百丽广场消防安全问题[J].科技创新与应用，2014年第15期，

[4]刘珠峰，刘静.某商业综合体消防性能化设计探析[J].消防科学与技术，2012Vol.31No.5.

[5]公安部天津消防研究所.人员安全疏散分析的原则与方法[R].国家十五公关重点科技攻关项目专题四研究报告，2004年.

[6]NFPA 204M-2004，排烟、排热标准[S].

[7]Fire Code Reform Center Limited.Fire Engineering Guidelines，First Edition[R]，March1996.