首都国际机场T3航站楼项目消防性能化设计评估

首都国际机场T3航站楼项目消防性能化设计评估,中国建筑科学研究院建筑防火研究所建研防火设计性能化评估中心2004.9.28,1.项目概况,总建筑面积38.7万平方米，建筑组成：分为T3A和T3B两个区，并拥有：站前交通中心（GTC）、旅客捷运系统(APM)、行李快速转运系统特点：建筑规模大结构特殊人流与物流系统复杂消防安全问题：建筑防火安全和人员疏散安全相关问题,GTC,T3AWestConcourse,T3BTerminal,T3AAPM,T3ACentral,Concourse-East,T3AEastConcourse,APM/ServiceTunnels,T3ACentral,Concourse-West,T3BWestConcourse,T3BAPM,T3BCentral,Concourse-East,T3BEastConcourse,T3BCentral,Concourse-West,T3ATerminal,T3ATERMINAL3-BUILDINGA,SERVICETUNNELS,TERMINAL3-BUILDINGBT3B,+FutureMid-Field,TerminalC,GTC宽约为550m长约为350m,T3A/T3B最宽处约为750m,T3A-T3B最远端间距离约为3000m运行时间约为4min,北京首都国际机场T3航站楼概况图,T3A各区域情况,屋顶：标高变化,5层：陆侧餐饮/零售,最高47.5,15.75,10.50,5.25,0.00,-7.00,-12.00,距机坪层标高,4层：办票、办公、零售等,3层：国内出发、休息、零售、办公等,2层：接送大厅、行李领取、APM月台、连接城市车站等,1层：机坪服务、行李处理、设备间等,B1层：储存、设备间、行李处理等,B2层：储存、设备间、行李处理等,功能,21.00,图形,T3B各区域情况,屋顶：标高变化,10.50,5.25,0.00,-7.00,-12.00,距机坪层标高,3层：国际到达、国内出发、办公等,2层：国内到达、国际出发、休息、零售、APM月台等,1层：机坪服务、行李处理、设备间、消防控制中心等,B1层：储存、设备间、行李大厅等,B2层：储存、设备间、APM车库等,功能,图形,交通中心整体概要,GTC基本情况,屋顶：玻璃屋顶,7.45,0.00,-5.25,-9.00,距机坪层标高,2层：城市轻轨车站,1层：会议中心、零售、办公、景观顶等,B1层：公共停车场,B2层：公共停车场,B3层：疏散层,功能,图形,-12.85,2.基本工作目标和方法,工作目标：对T3航站楼项目消防性能化设计进行安全性评估工作方法：首先对采用消防性能化设计的事项进行确认，然后针对每一事项，对其假设及其前提条件，判定依据及判定结果进行复核检验。采用的方法有以下两种：（一）对其选择的方法、参数及过程进行复核；（二）采用其他方法对其结果进行复核检验或进行补充分析。（补充分析采用的几种主要方法和工具附后）,3.工作范围和依据,对ARUP完成的2004.9有关机场T3项目消防策略报告及附件（正稿三）进行复核评估，包括：航站楼部分消防策略报告及附件（正稿三）交通中心（地上部分）消防安全策略（正稿三）交通中心停车场消防性能化设计报告及附件（正稿三）北京市建筑设计研究院与NACOFOSTERARUP联合体完成的图纸（2004.5-7）历次会议纪要国家相关规范、标准国外区权威设计法规国内外消防专业文献资料等,4.评估工作主要内容,评价消防设计原则、目标及判定准则的合理性；分析评价设计火灾及火灾场景设置合理性；分析评价性能化设计结果（即消防安全策略）合理性，包括以下几个方面：疏散安全设计烟控系统设计消防设施建筑防火分隔措施结构防火安全,5.消防设计原则复核评估,机场航站楼及附属交通中心具有建筑的特殊性和功能使用上的国际性，消防设计采用国际消防界认可的性能化设计方法对有关内容进行分析是可行的做法。而对于有中国规范适用的场所或系统仍应优先采用国内相应规范。本项目采用性能化分析方法对建筑中可能发生的火灾场景及火灾规模、人员的安全疏散、烟气控制、结构防火等内容进行分析是适当的，报告指出对于极端事件应另行分析是合理的。,5.消防设计原则复核评估（续）,性能化消防设计是借助消防安全工程学的方法和手段，针对项目的具体特点和要求，确定建筑所需要的消防措施的设计方法。目前世界众多国家和地区，在进行建筑消防设计，特别是一些复杂和新颖建筑的消防设计时，性能化消防设计方法已被认可并被广泛采用。性能化消防设计分析方法常常应用在火灾风险评估、消防设计安全评估、火灾发展和烟气流动情况模拟及人员疏散分析、火灾探测和主动灭火系统控火效能评估、结构防火安全性评估及制定综合消防策略规划等方面。,6.设计依据复核评估,本项目为建筑高度超过24m的公共建筑，且非单层主体建筑，应属于高层建筑，但因航站楼建筑类型及使用性质特殊，GB5004595高层民用建筑防火规范对此也并无针对性的条款，部分内容参照GBJ16-87建筑防火设计规范是合理的。但应强调GB5004595（2001版）内含的建筑防火安全要求是该建筑设计的主要依据。本项目停车场部分依据GB50067-97汽车库、修车库、停车场设计防火规范是合理的。对于性能化设计部分采用的方法手段、数据资料均来源于国际权威的规范及文献资料，是可行的。对于其他消防安全系统应依据相应的国内规范。,6.设计依据复核评估（续）,性能化设计部分采用的方法手段、数据资料主要来源于以下文献或资料：消防保护工程师协会手册1995版NFPA92B商业中心、中庭和大空间的烟雾控制系统指导1995年。NFPA130固定轨导向交行系统指导2000年。NFPA415机场航站楼，燃料排泄槽和装卸过道NFPA502公路隧道、桥梁以及其他限制通行公路标准1998年。CIBSE指导手册E：消防工程1997年。,7.设计安全目标复核评估,机场建筑作为特殊的大型公共建筑，防止火灾发生；及时发现火情；通过适当的报警系统及早发布火灾警报，保护楼内人员安全；采取正确方法扑灭和/或控制大火；将商业损失和机场受到的破坏控制在一定期范围之内；保护机场的名誉和财产等是消防设计的根本目的。火灾发生时，应保证整幢建筑的安全，且应与大楼的运营需求一致。性能化设计确定的安全具体目标包括：火灾时保护人员疏散安全，保护结构安全及防止火灾或烟气蔓延扩大，安全目标是合理的。,8.安全性判定准则复核评估,报告提出的人员疏散安全判定准则是合理的。人员疏散安全性判定准则如下:REST+TSAEST其中：REST：疏散所需要的时间；AEST：开始出现人体不可忍受情况的时间，由危险来临时间控制判据确定。TS：安全裕度。,8.安全性判定准则复核评估（续）,火灾时各关键时间点关系如下图所示：,8.安全性判定准则复核评估（续）,报告提出的危险来临时间控制指标是合适的。,8.安全性判定准则复核评估（续）,报告提出的以钢结构限制温度指标作为结构防火安全性判定准则是合理的。判定准则：结构温度未达到其限制温度指标。,8.安全性判定准则复核评估（续）,报告提出的控制判据（指标）540是国内外均普遍认可的单一钢构件的限制温度。应注意对于在常温下已有相当高的重力荷载的构件应采用较低值，因为钢框架构件升温虽然未达到540，但是已经受到热应变影响。因此在预测温度下校核结构构件的承载能力是必要的，火灾状态下钢构件允许达到的承载能力应由结构设计方进行认定、校核。对于辐射强度控制指标建议考虑一定的保守系数。结构防火安全性限制指标：采用540作为热传导分析的结构限制温度（安全标准），540极限温度约相等于在常温下的热辐射强度24.3kW/m2。,8.安全性判定准则复核评估（续）,报告未明确提出防止火灾或烟气蔓延扩大的判定准则，作为消防设计目标，应即将火灾或烟气控制在一定范围，确保其它区域人员疏散安全和结构防火安全。报告提出的汽车火灾蔓延判定准则是合理的。现代大多数汽车都在表面土上了聚氨酯之类的热塑性材料，其着火临界热流量为16KW/m，即汽车火灾蔓延所需要的辐射强度16KW/m。,8.安全性判定准则复核评估（续）,报告未明确提出防止火灾或烟气蔓延扩大的判定准则，作为消防设计目标，应即将火灾或烟气控制在一定范围，确保其它区域人员疏散安全和结构防火安全。下图为防火分隔距离与导致火灾蔓延辐射源发热速度关系图（来自NFPA204)。,9.危险源辨识及火灾危险性分析复核评估,ARUP报告中对火灾危险源的辨识和火灾危险性分析是较全面和准确的，包括了可能发生火灾的各个区域。详见评估报告（一）6.1和评估报告（二）6中的内容。,10.设计火灾复核评估,10.设计火灾复核评估（续）,火灾规模的确定方法是合理的，论据充分，上述设计火灾基本是合适的。但应注意以下几点：对于无喷淋控制的零售亭（包括空侧和陆侧区域），应对其使用面积加以限制，按商店单位面积商品热释放速率为500kW/m2计，单个零售亭面积应限制在9m2。保守考虑，在零售亭布置间距为1.9m以上时，可保证火灾不会蔓延扩大。对于商品火灾2是在假定零售单元面积为6m6m，开口高度2.5m，开口面积15m2的情况下作出的。商品火灾2按燃料控制型火灾计算更为合适，即火灾规模建议取为18MW。对于四层CIP开放舱，其家具未知，上海地方规范民用建筑防排烟技术规程建议，对于无喷淋控制的公共场所，其设计火灾规模为8MW。在评估结构防火安全时，设计火灾取较大值是合理的，假定火源面积、火灾规模均同零售舱一致，即设计火灾取商品火灾218MW。,航站楼部分,10.设计火灾复核评估（续）,地下一层汽车火灾时，喷头250s启动，此时的火灾规模为2.9MW；地下二层汽车火灾时，喷头225s启动，此时的火灾规模为2.4MW。性能化分析确定的1辆车火灾规模为3MW是合适的。这也同国家标准GBJ16-87建筑设计防火规范修订编制专题报告集资料相吻合。,停车场部分,10.设计火灾复核评估（续）,喷头动作时间预测表,停车场部分,10.设计火灾复核评估（续）,数据来源于国家标准GBJ16-87建筑设计防火规范修订编制专题报告集,11.火灾场景设置合理性分析,场景一T3A四层登记手续区行李火灾。场景二T3A三层零售区火灾，假定烟控系统失效。场景三T3A二层行李领取大厅的行李火灾。场景四T3B二层销售亭火灾，假定喷淋系统失效。场景五T3B二层零售区火灾，假定烟控系统失效。场景六T3A四层出港桥或周边区域火灾。场景七T3BB2层捷运维修区APM列车火灾。场景八捷运隧道APM列车火灾场景九捷运站台APM列车火灾场景十安检后通道及候车区手提行李火灾场景十一行李和服务隧道行李火灾场景十二T3A四层零售区火灾，假设喷淋系统及机械排烟系统失效，以验证结构防火安全场景十三T3AB1层输送站装卸区货车火灾,航站楼部分,11.火灾场景设置合理性分析（续）,上述场景或为人流密集区，或为火灾危险性大区域，或为其他特殊区域，场景设置考虑了可能影响人员疏散安全性、影响结构防火安全性和导致火灾蔓延扩大的不利场景。选择这些场景进行模拟验证或分析基本是合适的。对于场景十二，其设置的目的是验证结构的安全，火灾场景位置选定四层零售区基本合理，因为五层无厨房和零售区，火灾荷载小。但四层零售区火灾有顶棚，而四层CIP休息室无顶棚，且火灾荷载大，其火灾危险性更大，因此应增加对此处的分析。,航站楼部分,11.火灾场景设置合理性分析（续）,为了充分验证人员疏散安全性和烟控系统有效性，特增加以下火灾场景补充进行分析：补充场景一T3A二层零售区（开放舱）火灾，假定排烟有效。补充场景二T3A二层办公区（封闭舱）火灾，假定排烟有效。为了验证大空间人员疏散的安全性，报告中特增加了:补充场景三T3A二层行李大厅烟控系统失效情况下，烟气对其他区域人员的影响。在本场景中考虑多层人员同时疏散对疏散行动时间的影响。为了验证结构安全，本报告增加:补充场景四T3A四层CIP家具火灾。,航站楼部分,11.火灾场景设置合理性分析（续）,选取的火灾场景基本是合理的、较为全面的。场景一考虑了地下二层机械排烟区域，在模拟中选择的场景位于第三和第四条沟壑之间，防烟分区面积较小，2000m2左右。而第二和第三条沟壑之间的防烟分区面积则较大，达到3000m2左右。为此我们进行了补充分析。火灾场景二考虑了地下一层的自然排烟情况。火灾场景三考虑了不同排烟窗宽度对排烟效果的影响。火灾场景四考虑了3辆车着火，验证9m沟壑的隔火作用。,停车场部分,11.火灾场景设置合理性分析（续）,关于车辆间蔓延的可能性，经过补充分析认为：火灾存在着由一辆车向另一辆车蔓延的可能。火源车辆附近的另一辆车在当火源车辆热释放速率达到2.0MW时即可能被引燃。按快速增长火考虑，自火灾开始210s火源车辆即可达到2.0MW。而对于预作用灭火系统，在火灾初起时，火灾探测器动作，自动报警系统报警，同时联动预作用阀动作，管道排气充水（充水时间120s），喷淋系统喷水时间大体可控制在250s内，此时火灾可能由一辆车向另一辆车蔓延。在验证沟壑防火分隔作用时，考虑3辆车同时着火的情况是合理的，保守的。自动灭火系统的设置可防止火灾的继续蔓延扩大，应保证其运行的可靠性。,停车场部分,12.主要分析方法和工具合理性评估,报告中采用了基于“滚珠式”算法的疏散行动时间分析方法，该方法在性能化分析中被广泛采用，在该项目应用是适当的。在停车场分析报告中计算疏散所需时间中考虑了1.5倍的安全系数，是较为保守的。,12.主要分析方法和工具合理性评估（续）,烟气计算与流动分析采用了二层区域模型经验公式法和场模拟法。区域模型公式主要来源于英国CIBSE技术备忘录TM19。场模拟采用了FDS工具，FDS是由美国