大型商业购物中心中庭防火分隔与人员疏散消防设计

1、大型商业购物中央中庭防火分隔与人员疏散消防设计韩雷1,况凯骞2(1.山东省淄博市消防支队,山东,淄博, 2550002.广州中国科学院工业技术研究院城市公共平安技术研究中央,广东,广州,511458)摘要：以某大型商业购物中央中庭区域的防火分隔方法是否满足防火性能要求为工程案例,采用性能化防火设计的思想,设定了多个个最不利的火灾场景,针对这些火灾场景采用CFD方法,计算相应的火灾动力学参数,并将计算的结果与人员疏散平安性能判据进行比照分析.研究结果说明 ,在该商业购物中央使 用防火玻璃结合其他综合分隔方法作为隔断是可行的.关键词：商业购物中央；性能化防火设计；防火玻璃；中庭；人员疏散CaseS

2、tudy on the Performance -based Design of FireSeparation in Atrium and Human Evacuation for theShopping MallLei Han1, K.Q.Kuang 21. Fire Department of Zibo, Shandong, 255000.2. Research Center of Urban Public Safety Technology, Institute of Industry Technology of Guangzhou, Guangzhou, 511458)Abstract

3、 : A case on whether the fire glass separation with additional fire-resistant partition method in the atrium of a shopping mall conformed to certain fire performance was studied.A few scenarios were designed to calculate the fire parameters by CFD method. The calculated results were compared to the

4、performance criteria. The result showed that using fire glass as the separat ion in the shopping mall is practical, but the effectiveness of its fire equipment should be ensured. Key words: Shopping mall; performance-based fire protection design; fire-resistant partition; atrium; human evacuation1引言

5、近年来,随着我国经济的快速开展,各种形式的商业建筑开展迅猛,经营规模不断扩 大.商业建筑一旦发生火灾,不仅会造成巨大的经济损失,而且会成为社会不稳定的重要 因素.大型商业建筑具有建筑体量大、建筑内部要求视觉通透性强、商业环境相对复杂等 特点,其建筑结构的主要特征包括 1 -3:(1)占地面积大,建筑层数有所限制,建筑层数一般限制在10层以内.(2)多采用中庭贯穿结构.综合性商业建筑内部商业环境气氛要求较高,基于商品对 室内装饰、灯光等环境要求和不同商位装修等多种因素考虑,建筑在室内设计时 单个商铺不设计开窗,而是在建筑的公共局部如中庭等设立玻璃天窗.(3)防火分区和疏散人数较多.大型商业建筑一

6、般均设置火灾自动报警系统及自动喷 水灭火系统,但由于其单层面积多在10000m2以上,因此每层均设置多个防火分区.而划分防火分区一般多采用防火墙、防火卷帘,但在家电、家居商场的实际应用中这些分隔方法可能与室内商业环境要求相冲突.建筑商场内多以商位招租 为主要经营模式,各商位业主为突出商品招揽生意,所以在摊位装修及商品摆放 上各有不同,致使整个商业建筑内布局变化增加,疏散走道较复杂等在客观上都 增加了疏散时间.大型商业购物中央的中庭结构,使得中庭、回廊及自动扶梯互相连接,创造出一个开 放、通透的连续室内空间,每个中庭顶部均有高侧窗.中庭的这种开放通透的设置,使得 广场内购物的人员能够较轻松的认清

7、方向,对紧急状况下的疏散非常有利.但由于中庭、 走廊和自动扶梯的上下连接,给防火卷帘或水幕等分隔设施的设置造成较大困难,如中庭 等区域设置防火卷帘进行分隔,有可能会阻碍商场内的疏散路线,导致商业中央改变局部 外观,使建筑内的人员迷失方向,而且在紧急情况下选择疏散路线时,会扰乱人的方向感, 并影响人群的流动.针对大型商业购物中央的这些特点,必须制定整体消防策略,综合考虑防火分隔、人 员疏散、烟气限制、消防设置等各方面因素,进行整体消防平安性能化论证.笔者将以淄博市某大型商业购物中央为研究对象,综合运用现有消防标准和基于性能 化的火灾风险评估方法,研究建筑中庭防火分隔举措的有效性以及对人员疏散的影

8、响.2建筑概况与问题提出2.1 建筑概况与功能定位淄博市某大型商业购物中央位于淄博市淄川区中央路段交汇处.建筑层数4层,建筑最高处32.5m,主要屋面高度22.5m.总用地面积为71919.16m2,总建筑面积为 150813m2,其中地上建筑4层,面积为116744m2,地下1层,建筑面积为34069m2.建筑 耐火等级为一级,柱、梁、楼板、墙、楼梯、屋顶承重构件和吊顶等均采用不燃烧体.工程属于综合性商业建筑,各层功能为：地下一层为设备房、超市商铺及车库,地上 一至四层为百货、商铺、车库,四层局部为电影院.建筑平面呈通过中间大范围中庭结构连接的两翼结构图1.建筑除各层车库及超市区域E、F、G

9、高度超过24m 为30.5m外,建筑中其他区域总高度均未超过 24m,各层车库及超市区域与其他区域采用防火墙分隔.建筑北翼商业区、建筑东南面翼 商业区以及连接两区的中部设有多个中庭.中部中庭高度为32.5m,两翼内部中庭高度为22.5 m.图1建筑防火分区示意图22.6 目存在的消防平安难点根据对工程建筑结构分析,其在消防平安设计方面存在如下难点：1、面向中庭商铺营业面及公共回廊与中庭之间防火分隔未采用防火卷帘.2、建筑中部与两翼中庭排烟未采用机械排烟,而是采用在火灾时消防联动整体开启屋 顶侧面玻璃窗的自然排烟方案.3、建筑E、F、G区域与其它区域采用防火墙或防火卷帘进行分隔,其它区域高度不超

10、 过24米.A、B、C区域根据?建筑设计防火标准?4进行设计,其它区域根据?高层民用建筑设计防火标准?5进行设计.22.7 保证消防平安采取的特殊消防设计方法为保证本建筑的消防平安,在依据国家有关消防标准的根底上,采用了如下的特殊消 防设计方案：1、建筑商业区域店铺(A-D)营业面与中庭回廊之间依据?建筑用平安玻璃第1局部:防火玻璃?(GB 15763.1-2021) 6标准采用耐火极限为1.0h的A类隔热型防火玻璃分隔.其 他区域用特级防火卷帘或防火墙把店铺分隔为不大于4000m2的防火分区；整个中庭的防火分隔举措将采用消防性能化的方法进行论证.2、租户区的店铺之间的分隔砌至梁、板底部.中庭

11、回廊的自动喷水灭火系统安装使用 快速响应洒水喷头,连接各区中庭走廊内均不设置可燃物,不设商业性经营设施,只作为 人员流动连通的准室外场所.3、中庭采用在火灾时消防联动整体开启屋顶侧面玻璃窗的自然排烟方案.中庭屋顶顶 棚侧面玻璃窗可开启自然排烟口面积不小于中庭投影面积的20%.4、建筑地上商业区域 A、B、C区域各防火分区根据?建筑设计防火标准?(GB50016-2006) 7要求设置了疏散楼梯,D、E、F、G区域借鉴?建筑设计防火标准?(整合版)设置了疏散楼梯和平安出口,疏散楼梯数量和宽度均满足新标准的要求.5、建筑内人员疏散将采用分区域分阶段的疏散策略,通过不同火灾规模和危险性大小, 如有必

12、要再疏散着火楼层所在的整楼层人员.疏散指示标志灯采用智能应急疏散指示限制 系统.该系统出口标志灯具有频闪、语音功能,方向标志灯具有方向可调和频闪功能,可 根据火灾的具体部位指示最正确疏散路径,使疏散指示更加准确、及时、高效,提升人员疏 散的平安性.3消防设计难点定量分析与讨论作为淄博市拟建的单体建筑面积最大的商业购物中央(shopping mall),本建筑体量较大,多个中庭贯穿地下 1层直至建筑4层,因而在防火区域分隔及人员疏散平安性上均 受到一定的影响,必须制定整体消防策略,综合考虑防火分隔、人员疏散、烟气限制、消 防设置等各方面因素,进行整体消防平安性能化论证,并经专家论证定案.3.1消

13、防平安设计目标本工程中,针对不同的消防问题,提出以下防火目标：防火分区：扩大的防火分区或替代的防火分隔方法其火灾蔓延性、烟气限制效果、 人员疏散平安水平均到达或高于按标准设计的水平.自然排烟策略满足人员平安疏散要求,能提供平安的疏散环境,到达标准要求的 平安度.保证人员快速疏散火场并将对建筑的干扰降到最低限度.一般条件下,人员平安疏散的判定准那么是从火灾发生到危险状态的时间( Available Safety Egress Time, ASET)是否大于从火灾发生到建筑物内人员全部疏散完毕的时间(Required Safety EgressTime , RSET),参见图 2.I可用平安疏散时

14、间ASET)F1 |2 (1200sF-21层中庭走廊区域起火,t2快 速火,火源功率3.3MW.分析该区域烟气蔓延过 程和中庭自然排烟效果, 计算场景危险到达时间, 为论证人员疏散的平安 性提供比拟依据.1200sF-31层中庭走廊区域起火,假设 消防设施失效,排烟系统失效, 火灾类型为完全开展的t2快速 火火,成炽热释放速举稳定在 4MW.同上894sF-43层防火分区商铺内起火,消分析该区域烟气蔓延过1200s防系统正常启动,t2快速火,火源功率3.3MW程,计算场景危险到达 时间,为论证人员疏散 的平安性提供比拟依据.F-53层防火分区商铺内起火,假 设消防设施失效,排烟系统失 效,火

15、灾类型为完全开展的 t2 快速火火,取大热释放速率稳 定在8MW.同上750s,3上摘It%!芾崎&15咻杖%的直接危害如烟气危害.紧密围绕如前所述 的平安目标,根据3.2确立的可能的火灾场景,分析人员特性并结合设定的火灾探测时间 与模拟计算得到的人员准备运动时间和运动时间,分析火灾危险性,即火灾烟气到达危险 状态的可能性,最终评估人员能否平安疏散.人员疏散场景设置如表2所示：表2人员疏散场景设计与计算结果表编 号场景描述楼层疏散时间/sS-1该疏散场景对建筑进行整体疏散,所有平安出口与对外出口均正常运 行.1 层:386s2 层:620s3层:336s4 层:244s-1 层:293sS-2

16、分区疏散,火灾发生在地下一层的防火分区E的中央,人员可以通过三个楼梯进行疏散.123sS-3火灾发生在一楼中庭走廊区域中央附近,防火分区A和防火分区B内的人员可以通过三个主出口向室外疏散.265sS-4火灾发生在二楼防火分区 B的一家商店内,B分区内的人员通过该分 区内的楼梯向卜疏散199s3.4结算模拟结果与消防平安难点分析笔者利用目前世界上火灾平安工程界常用的火灾动力学场模拟软件Fire DynamicSimulator FDS对已设定的火灾场景中商场和中庭火灾蔓延烟气运动过程进行模拟.同时采用由格林威治大学的 EXODUS的开发团队采用 C+语言编制的人员疏散工程 软彳BuildingE

17、xodus定量模拟人员疏散过程.该软件模型中考虑了人与人之间、人与结构 之间和人与环境之间的相互作用,并尝试在软件中引入人与人之间、人与火之间以及人与 结构之间的交互作用.模型跟踪每一个人在建筑物中的移动轨迹,他们或者走出建筑物, 或者被火灾产物,如热、烟和有毒气体等所伤害,进而影响疏散过程.3.4.1 中庭与公共回廊之间防火分隔中庭走廊商铺设置防火分隔玻璃和自动喷水灭火系统的目的是为了预防火灾在起火层 商铺和中庭之间发生蔓延,当近中庭走廊商铺发生火灾时,烟羽流在浮力作用下上升并撞 击顶棚产生沉降或浮力驱动力缺乏时也会产生沉降.在这种情况下,防火分隔的作用为阻隔烟气的蔓延,使其对人员疏散不产生

18、重大影响.同时通过中庭的自然排烟设置,将 蔓延至中庭的局部烟气通过顶部高侧窗排出.综合分析如下：1 .火灾场景F-5计算结果可知,1200s内在3层各测点和顶棚各测点中,均没有出现 温度高于60c的情况,说明烟气温度不会对人的身体造成影响.图3也显示着火店铺附近位置及顶棚位置温度均在平安范围内.建筑三、四层区域在着火后1200s内在2m高度处关键部位均没有出现能见度低于10m的情况,而3层人员的局部疏散时间为 265s,说明烟气能见度不会对人员身体和疏散造成影响,因此可以认为防火分隔方式是有效的.图3三层近中庭店铺火灾场景 F-5测点位置温度变化情况2 .关于建筑中庭的防火分隔问题,在美国消防

19、协会?生命平安标准?(NFPA101 , Life Safety Code)第8.6.7节中提出了相应的要求10,在本工程的防火分隔措 施设置上,工程设置均符合NFPA的相关规定.同时根据人员疏散结果分析,在 1.5倍计算疏散时间根底上,且在发生火灾并有平安出口失效的情况下,发生火灾的防火分区 ASET均远大于RSET,能够保证烟气层界面的高度高于该疏散口地面上方人员平安高度, 可以保证人员疏散的平安性.3 .中庭内部或与之相邻的走廊部位,存在的可燃物较少,而且中庭又是人员活动频 繁,24小时值班有人的场所,很难想象在这个地方能发生有规模的火灾.水喷淋头加防火 玻璃(钢化玻璃或防火玻璃)作为中

20、庭防火分隔的做法,参考了 NFPA101的有关规定, 符合国际通用做法,同时,又有相关科研院所的相关实验作为依据,与复合防火卷帘相比, 这种做法更为经济、效果更为理想,是较为可行中庭防火分隔解决方案,已经在一些大型 商业建筑及会展中央工程中使用【11-14.表3中庭及周边区域采用防火玻璃分隔的工程案例建筑 名称建筑及中庭参数防火分隔方法广州 太古 汇总建筑面积462388m2,其中地上面积293393m2.裙楼商业 中央设计有多个中庭,每个中庭上有天窗.商场与回廊之间采用防火玻璃分隔. 沿商场店铺玻璃墙和玻璃门的一侧, 安装加密喷淋保护.北京 京澳 中央主题建筑为两栋高22层,66m*68m的

21、方形大厦.两栋建筑 的1-5层位共享型中庭,中庭高 24m,长68m,宽为13m. 该中庭与3-5层主楼的办公区相连.原设计拟采用复合防火玻璃,后改为水喷淋头保护12mm厚钢化玻璃的方案广州 正佳 广场基地东西长229m,南北长237m,建筑面积约为295950m2,地上七层,建筑内部围绕几个七层通高的中庭,防火墙和防火固定玻璃墙作防火分 隔,中庭走廊设置喷淋系统3.4.2 中庭排烟根据?高层民用建筑设计防火标准?规定：净空高度超过12m的中庭,应设置机械排烟设施,这主要是考虑空间太高,烟气由于“层化现象而缺乏浮力,停止上升.这种现象取决热压、空间密闭性、空间体量等各种因素影响.根据计算结果分

22、析：1 .以火灾场景F-1为例,表4列出了此火灾场景下的中庭自然排烟烟气运动和温度 变化模拟结果.表5火灾场景F-1-Y截面不同时刻的烟气温度分布火灾场景F-1自然排烟的模拟结果显示,地下 1层中庭区域发生火灾后,烟气在中庭空间 此,在中内迅速 垂直上 升,至IJ 到达顶 层.自 然排烟 口全部 联动打 开,烟 气由排 烟口排 出室外. 计算 结果显 示,从 火源中 心丫 方向及 各层2m 处的能 见度温 度截图 来看,20min 内,各 层中庭 区域回 廊内的 能见度 均大于 10m, 空气层 温度除 火源羽 流外均 不超过60 C.因庭最不利火灾场景情况下,中庭自然排烟环境可提供不小于20

23、min的人体耐受时间,这段时间内人员可以平安疏散.因此,目前设计中采用的中庭自然排烟策略能到达相应的排烟 效果和平安度.2.连接建筑各商业区域的中庭顶部设置的可开启的高侧窗,作为“近室外的准平安 区域实际上将建筑划分出了合理的防火分隔,顶部高侧窗可全部翻开进行自燃排烟,保 证了 “准平安区域的可能性11.中庭设置防火玻璃和可开启窗户后,中庭内连接各单元 之间的走廊可作为人员疏散最直接的方向,人员不仅可以垂直疏散,更可以水平向相邻建 筑区块疏散,从而大大增强了疏散水平；同时窗户的开启,可将火灾产生的烟气迅速排出, 预防高温烟气对人员造成伤害,为人员疏散争取时间.3.4.2人员疏散平安性中庭发生火

24、灾时,由于中庭将各层贯穿,疏散时考虑整座商业建筑将同时进行疏散, 而位于火源附近的人员将优先疏散.各层疏散宽度及疏散距离均根据标准要求设置.分析中运用计算结果偏保守的疏散软件BuildingExodus对整个疏散过程进行模拟,可得到如下结论：整栋大楼中人数约35472人,所有人员疏散至室外时间约为17分30秒.各层人员疏散时间总结如表 2.从疏散模拟中可以看出,地下1层由于局部人员可以直接疏散至室外,虽然疏散人员较多,但疏散时间并未延长很多,人员在 5min之内即全部进入室外或楼梯间.1层人员虽然可以直接疏散至室外地面,但由于楼上各层疏散人员均在楼梯间等待,因此人员在7min之内即全部疏散至室

25、外平安区域.而2-4层人员主要通过楼梯垂直疏散,各层人员在楼梯口平安走道处会出现短暂排队现象,所有人员在11min内全部进入楼梯间内.各中庭区域仅做人员流通用途,人员较少,均能很快疏散完毕.当建筑内发生火灾时,根据现有疏散楼梯的设置,也能保证了人员疏散的平安性.根据人员疏散模拟结果,图 4列出了最不利情况下疏散过程中,人员不能越过着火区域进行逃生,同时乘以1.5倍的疏散时间的 ASET与RSET比拟,由图可以看出,在发生火 灾并有平安出口失效的情况下,发生火灾的防火分区ASET均远大于RSET,可以保证人员疏散的平安性.可用平安疏散时间 1.5倍人员疏散所用时间图4火灾发生时最不利情况下：AS

26、ET与RSET时间比拟4结论笔者采用了消防性能化设计的方法,对某大型商业购物中央的火灾危险性、防排烟措 施的有效性和人员平安等方面进行了分析评估.通过分析论证,主要得出以下结论：1 .通过相关消防平安装备和设施,商业建筑形成了设定在商场和中庭之间：将火势及烟气限制在租户区的店铺范围内；将火势及烟气蔓延限制在着火楼层；排出流入中庭空间烟气；的三道防线,有效预防在火灾发生时烟气直接进入中庭.因此,经过工程组的模拟计算证 明中庭回廊和中庭之间不设置防火卷帘的防火分隔举措是可行的.2 .中庭防火分隔举措虽然有所变化,但通过严格限制中庭内部的火灾荷载,并未扩 大中庭的危害.而从中庭的烟气蔓延及人员疏散平安分析也可知,在选取的中庭可信最不 利火灾场景下,RSET均小于ASET,且留有一定的平安余量,可见中庭的防火分隔举措能 够保证人员的平安.3 .中庭自然排烟系统可以有效排除中庭火灾的烟气.而通过烟气模拟及人员疏散模 拟,在选取的中庭可信最不利火灾场景下,RSET均小于ASET,且留有一定的平安余量,在各火灾场景下环境均不会影响人员疏散平安.4 .通过消防性能化设计,经送专家评审组评审,认为本工程整体消防策略具有一定 的合理性和可靠性,能够到达国家相关