机场候机楼建筑防火设计与人员疏散安全

1、机场航站楼建筑防火设计与人员疏散安全北京市公安局消防局 袁宝平 吴涛 刘荪首都机场扩建工程指挥部 申宝珍中国建筑科学研究院建筑防火研究所 刘文利摘要：机场航站楼建筑作为一种特殊的公共建筑，无论在设计、建造和运营方面都极为复杂，安全、便利、美观是对其的基本需求。通过适当的防火设计和管理措施，防止航站楼建筑火灾发生，控制火灾规模，及时扑灭火灾，保护人员疏散安全是机场建筑防火设计与管理的重要的目标。本文结合火灾案例和性能化分析评估方法，分析论述机场航站楼建筑特征、火灾时影响人员疏散安全的因素，并提出防火安全对策。关键词：航站楼建筑 防火安全 人员疏散1. 建筑特征与火灾特点分析机场航站楼作为特殊的一

2、种公共交通类建筑，安全、便利、美观是对其的基本需求。近二十年来，随着航空业的迅猛发展，机场航站楼以从过去的单一功能（办票、候机、登机）逐步发展成功能多样，面积巨大的建筑集合体。一般机场航站楼建筑包括以下功能区域：（1）旅客办票区、离港区、到达区及迎客区域，人流集散区域，旅客候机及登机的区域；（2）与航空相关的商务设施，如航空公司办公区、餐饮区和零售商店等。（3）行李交运、行李传输处理、行李提取等区域；（5）与建筑运营管理相关的设备用房等区域；（6）此外现代化的航站楼往往内部还设置有现代化的内部交通，外围区域设置有大规模停车场。现代化的机场航站楼建筑多采用单一大屋顶结构形式，这种结构形式的建筑除

3、了通常表现为空间巨大，主入口靠近一侧，大空间区域难以分隔划分为不同的小空间，几层空间相互连通等建筑特点。机场旅客航站楼建筑的使用功能、建筑特点，决定了其人员组成复杂，人员众多，进出港大厅出入口等处人员密度高，人员一般对建筑疏散出口、路径及其他消防设施不熟悉。对于国际机场，往往包含众多国籍和文化不同的人员，具有人员组成的国际性。一般认为，机场航站楼建筑火灾荷载相对较低，管理水平相对较高，火灾较少发生。1996年4月11日，德国Dusseldorf机场航站楼发生了火灾，造成了17人死亡，62人受伤，并使机场关闭了3天半，这场火灾使人们深刻地认识到机场航站楼火灾对人员生命的危害程度和后果是非常严重的

4、。由于机场建筑体形大、周边长，这样就往往限制了火灾救援的扑救面；不可分隔的巨大空间易造成火灾和烟气的迅速蔓延；体量大，人员负荷高，导致人员疏散距离大，疏散宽度相对较少；此外，航站楼建筑与装满油料的飞机相贴邻，墙体及玻璃区域以及其他建筑部分可能受到飞机气流影响，存在着较大的火灾风险。上面提到的德国Düsseldorf机场旅客航站楼火灾发生在一层旅客到达大厅东端，火灾是由电焊工人在过道上进行焊接作业时导致了首层吊顶上空聚苯乙烯保温板被点燃引起的。由于火灾发生区域未设置自动喷水灭火系统，自火灾发生后约20min，火灾在首层迅速蔓延，扩大至航站楼一层大部分区域，然后火灾通过未保护的楼梯和电梯

5、开口扩展到二层。火灾给楼梯间附近造成了巨大的破坏，最后浓烈的烟气蔓延了二层和三层的2/3区域，烟气还通过未保护的电梯扩散到四层区域。经过3个多小时，火灾才得到了彻底控制。据当地消防部门调查，死亡的17人中有7名死于停在一层的电梯（5个人在一部电梯，另两个人在另一部电梯中），8名遇难者死于三层VIP休息厅，该层为一个夹层，可看到二层和出发层，另外2名遇难者死于卫生间。2. 防火安全目标与设计方法现代化机场航站楼的建筑特征和火灾特点，决定了其防火设计难以依据传统的规格式设计方法进行，给防火设计、运营管理以及防火监督带来了巨大的挑战。也正基于机场航站楼功能的特殊性、复杂性以及使用人员的流动性和国际性

6、，目前大部分现代化机场航站楼采用了基于性能化的设计方法进行防火安全设计。一般地，性能化设计的目的在于防止火灾发生；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；有组织、由计划地将楼内人员撤出；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范围之内；保护机场的名誉和财产等。性能化防火设计安全目标至少应包括以下几部分：（1）保证建筑内人员的疏散安全；（2）保护财产安全；（3）保持机场运行的连续性。性能化消防设计是借助消防安全工程学的方法和手段，在对具体建筑物的火灾风险、火灾发展状况以及主动和被动防火措施的实际效果进行个案评估的基础上，确定该建筑所需要的消防措

7、施的设计方法。消防安全工程学是将最新的消防技术和火灾科学研究成果应用于实际消防工程设计和安全评估的桥梁。它涉及火灾发展蔓延、烟气流动及控制、火灾探测及扑救、建筑及材料对火反应特性、人员疏散逃生、人员在火灾中的行为等有关的多个学科，包括物理、化学、心理学和社会学等。性能化的消防设计综合考虑了火灾的发生发展、烟气的蔓延和控制、火灾的蔓延和控制、火灾探测和报警、主动和被动灭火措施以及人员的疏散等各个方面，因此能够得出经济合理的消防设计方案，为设计人员提供更多的选择余地，性能化的消防设计方法是国内外消防设计发展的必然趋势。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

8、，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以下几个方面：火灾风险评估、消防设计安全评估、火灾发展和烟气流动模拟、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、制定综合消防策略规划等方面。3. 疏散设计与安全评估保证建筑内人员疏散安全是机场航站楼建筑防火安全设计的基本目标，机场建筑疏散设计应结合航站楼建筑的特点、火灾特点以及人员组成特点，综合考虑各方面影响因素，合理进行疏散设计，保证火灾情况下人员疏散安全。火灾时人员安全疏散设计是以建筑内的人能够脱离火灾危险并独立地步行到安全地带为原则的，这是通过采取防止火灾蔓延和保护消防安全通道等防火措施

9、来实现的，即能够为建筑中的所有人员提供足够的时间疏散到安全的地点，整个疏散过程中不应受到火灾的危害。评估疏散设计是否合理，人员是否安全，是看建筑中的所有人是否能够在危险到来前到达安全的地点。这样疏散时间（RSET）及危险到来时间（ASET）就成为了判定人们能否安全疏散的主要参数。如果ASET大于RSET则疏散是安全的，疏散设计合理；反之则不安全，需要修改调整设计方案或设计参数。即保证安全疏散的判定准则为： RSET + TS ASET （式1）式中：RSET 疏散时间（或以tescape表示），即建筑中人员从疏散开始至全部人员疏散到安全区域所需要的时间。ASET 危险到来时间（或以trisk表

10、示），即开始出现导致疏散人员生理或心理不可忍受情况的时间。Ts 安全裕度，即疏散设计所提供的安全余量。疏散时间（RSET）一般包括疏散开始时间（tstart）和疏散行动时间（taction）两部分。 （式2）疏散开始时间又可分为从起火至人感知火的时间（ta，一般由探测和报警时间决定）和从感知火至开始疏散时间（tpre，即疏散人员预动作时间）两阶段。一般地，疏散开始时间与疏散人员类型、位置、状态以及火灾探测系统、火灾报警系统、疏散诱导设置等因素紧密相关，此外还同起火场所、建筑布局及管理状况等因素有关。疏散开始时间的预测多采用定性和定量分析相结合的方法，其中探测时间可根据建筑场所探测器或喷淋头的不

11、同采用FPETool 模型进行启动时间定量预测。 （式3）疏散行动时间可分为从疏散开始至到达相对安全地点时间和从相对安全地点至避难区或室外时间两阶段。疏散行动时间同建筑出口分布、宽度，疏散距离，以及人员状况等因素紧密相关。疏散行动时间的预测目前采用的模型有水力疏散预测模型（如日本避难安全检证法提供的经验公式）和人员行为计算机疏散模型（如SIMULEX、STEP）两种，对于机场建筑二者均可使用，并可结合二者的预测结果进行疏散设计和评估。对于机场建筑人员数量的确定是疏散行动时间预测的关键一环，可根据各个功能区域类型分别加以考虑。对于公共人流区域，可结合机场航站楼建筑的设计吞吐能力和人员流线设计情况

12、以及人员在各区域停留时间预测综合考虑加以确定；对于办公区域则可根据人员密度进行确定。危险到来时间（ASET），一般应考虑火灾烟气、辐射热和人群恐慌等因素。一般情况下，火灾烟气是影响人员疏散的最主要因素。火灾烟气的危害主要表现烟气的热作用和毒性，另外烟气的能见度也是一个重要的影响因素。通常情况下人员疏散安全的控制指标如下表2所示。表1 危险来临时间控制判据指标项 目人体可耐受的极限烟层高度烟气温度高于200°C，烟层高度2.1m热辐射对使用者是2.5kW/m2, 对消防员是4.5kW/m2光学密度 (能见度)当烟层高度低于 2.1m，一般0.1m-1 (10m)使用者在烟气中疏散的温度

13、当热烟层降到2.1m下时，持续30分钟 60°C上述指标来源于国内外科研成果，是目前性能化设计与安全评估广泛采用的指标。表中的临界烟层高度取为2.1m，该值也可根据不同建筑情况适当加以调整。疏散区域所需的能见度对于大空间取为10m，而对于小房间应取5m。对于烟气的毒性，一般认为在可接受的能见度的范围内，毒性都很低，不会对人员疏散造成影响。对于机场建筑航站楼建筑由于空间大，烟气因空气稀释作用温度和浓度一般均较低，此时考虑人员心理因素，疏散时间应加以控制，避免人群出现恐慌状态。对于烟气流动状况的预测目前采用的模型包括区域模型（如CFAST、NFPA 92B和CIBSE TM19等提供的经

14、验公式）和场模型（如FDS、FLUENT等计算流体动力学工具软件等）。对于机场建筑大空间区域（如办票大厅、迎客大厅等）可结合区域模型及场模型进行火灾烟气模拟，而对于小空间的办公区等采用区域模型进行火灾烟气模拟即可。火灾时，人员疏散过程和火灾发展过程的关系见下图1。起火探测时间危险来临火势衰减火灾发展：时间参数：RSETASET火灾发生与发展典型时刻：熄灭疏散开始时间感知火灾行动准备疏散行动时间疏散结束Ts图1 火灾发生发展与人员疏散时间参数关系图火灾时影响不同时间参数的主要因素见下表2。表2 火灾时影响不同间参数的主要因素因素时间从起火至人的感知火时间从感知火至开始疏散时间从疏散开始至到达相对

15、安全地点时间从相对安全地点至避难区或室外时间从起火至火势难以控制的时间探测系统气体11烟感22温感33人124报警系统可听系统12可视系统12人的因素感觉听觉1233视觉1122心理124体能11生理222数量3114人群种类311人员分布4412训练33112管理2222建筑因素 建筑尺寸323建筑形状3323烟负荷22231火负荷22231火源22231出口位置31出口尺寸1疏散通道尺寸21疏散方向指示1楼梯几何形状1电梯2避难区2维护322消防系统 阻火323有效灭火232控烟321应急照明32通讯系统3223 消防队到现场的时间323管理已逃生人员3灭火24. 防火安全对策对于机场航站

16、楼建筑，为弥补大空间区域无法进行防火分隔的不足，避免火灾及烟气在大空间区域的迅速蔓延扩大，保证人员疏散安全，保护财产和名誉，防火设计采用火灾控制的“舱概念”等性能化设计理念是十分有效的方法，此外以下防火安全对策应在设计和管理中加以重视。（1）限制使用严重影响疏散的建筑及装饰装修材料，以及固定的家具。通过该措施，可限制火灾荷载密度，避免大面积火灾蔓延，减少烟气生成量，为保证人员疏散提供了条件。（2）确保火灾时结构安全。对于机场大空间建筑结构，保证结构安全至关重要，火灾时的结构安全设计可通过性能化分析针对不同区域适当降低或增加防火设计等级。（3）合理疏散设计，保证人员疏散安全。保证两方向出口。火灾

17、发生当人们意识到要逃生时，人们往往奔向熟悉或进来的出口和楼梯，但当遇到烟和火的阻碍，不能抵达该门和楼梯时，就不得不掉头返回，离开危险场所而寻找其他路径以到达安全地点，这就需要每个区域提供至少两个可供选择的出口。尤其当人们在非常状态情况（惊恐、失去理智控制）下，行动往往比较盲目，如只有一个方向的疏散路线是不安全的。飞机登机桥方便旅客上下飞机，使旅客免受气候影响，在火灾事件中，可作为疏散通道（NFPA415提出了从飞机到航站楼5min的疏散能力要求），但必须考虑到从航站楼通过登机桥疏散路径的合理设计和疏散出路，可在登机桥飞机侧设置辅助疏散楼梯。对于空侧、路侧人员在火灾时可考虑相互借用出口，但应注意

18、应通过技术和管理措施确保对进入空侧的路测人员加以合理控制。因机场航站楼建筑人员对建筑设施不熟悉，应提供适当的出口及路径标示，强化疏散诱导系统设置。（4）制定详细而妥善的疏散计划，避免建筑人员同时疏散。（5）应采用适当的早期探测和报警系统。延迟的通知将导致大量人员滞留在建筑主要空间周边的航空俱乐部和休息厅等区域，而这些区域仅提供通过建筑主体空间疏散的途径，这部分人员如不能得到及时的通知，疏散安全将受到威胁。（6）应采用适当的固定自动灭火系统对除无火灾危险的区域外的整个空间区域进行保护，可有效控制火灾蔓延和保证人员疏散安全。（7）针对建筑不同功能区域采用适当的防排烟措施控制烟气蔓延扩大。（8）加强管理措施的制定和落实。所有建筑防火系统设备的制造、安装及维护、测试等均应符合相关的技术标准或规范要求。（9）制定管理人员的培训计划。主要参考文献1. NFPA 415, Airport Terminal Buildings, Fueling Ramp Drainage, and Loading Walkways, the 2002 edition2. NFPA 101, Life Safety Code , the 2000 edition3. Fire Protecti