大型地下空間消防性能化設計評估案例分析

一、情景描述

某商務核心區(qū)(圖3-45-1)地下一層建筑面積約為102951m2，主要功能為：①人行交通系統(tǒng)。是聯(lián)系公共區(qū)與二級地塊的人行通道，為在地下車庫停車的使用者提供了清晰和便捷的快速通道，呈“井”字形分布于地塊內(nèi)?？焖偻ǖ赖膬魧挾葹?4m，建筑面積約為52529m2，與各二級地塊均有出人口，行人可通過清晰的標志系統(tǒng)找到相應的樓座;②商業(yè)功能。包括品牌主力店、餐飲區(qū)、影劇院、超市等，建筑面積約為50422m2。商業(yè)西側(cè)室外設置有從南至北、完全開敞的下沉廣場，既為商業(yè)增加了室外景觀，又改善了采光通風及疏散條件。為了滿足商業(yè)店鋪的有效布局，并解決商業(yè)疏散問題，在商業(yè)區(qū)域中間設置了南北長約200m，東西寬度為14m的室內(nèi)步行街(圖3-45-2)，周圍的商業(yè)店鋪通過步行街進行疏散，步行街設置有多個直通下沉廣場的出口，還設置有多部直通室外地坪的疏散樓梯。該建筑除室內(nèi)步行街的防火分區(qū)劃分、借用室內(nèi)步行街進行疏散等問題以外，其他消防設計均滿足現(xiàn)行有關(guān)國家工程消防技術(shù)標準的規(guī)定。

在消防性能化設計評估中，通過隔離室內(nèi)步行街中的商業(yè)火災荷載，限制室內(nèi)步行街內(nèi)部的火災荷載，設置有效的火災探測、自動滅火、防排煙等消防措施，將步行街設置為“臨時安全區(qū)”，以解決步行街防火分區(qū)面積超大、借用步行街疏散等問題。與此同時，通過設置下沉廣場，引導步行街人員首先疏散至開闊的下沉廣場，有效解決地下商場疏散樓梯不足的問題。

二、案例說明

本消防性能化設計評估案例包含或涉及下列內(nèi)容：

1)人員的耐受性指標的選取。

2)煙控系統(tǒng)的設計及其量化指標。

3)性能化設計評估對室內(nèi)步行街排煙的要求。

4)性能化設計評估對用于防火分隔的下沉廣場的要求。

三、關(guān)鍵知識點

(一)人員的耐受性指標的選取

人員的耐受性指標，是指計算危險來臨時間時應考慮火災時建筑物內(nèi)影響人員安全疏散的因素，包括煙氣層高度、熱輻射、對流熱、煙氣毒性和能見度。

這些因素可以通過對建筑內(nèi)特定的火災場景進行火災與煙氣流動的模擬得到。各因素應按以下要求確定：

1)在疏散過程中，煙氣層應始終保持在人群頭部以上一定高度，人在疏散時不必要從煙氣中穿過或受到熱煙氣流的輻射熱威脅。

2)人體對煙氣層等火災環(huán)境的輻射熱的耐受極限為2.50kW/m2，即相當于上部煙氣層的溫度約為180～200℃。

3)高溫空氣中的水分含量對人體的耐受能力有顯著影響。人體可以短時間承受100℃環(huán)境的對流熱，當溫度低于60℃(水分飽和)時可以耐受大于30min。

4)火災中的熱分解產(chǎn)物及其濃度與分布因燃燒材料、建筑空間特性和火災規(guī)模等不同而有所區(qū)別。在設計和評估時，可簡化為：如果空問內(nèi)煙氣的光密度不大于0.10D/m，則視為各種毒性燃燒產(chǎn)物的濃度在30min內(nèi)達不到人體的耐受極限，通常以一氧化碳的濃度為主要定量判定指標。在設計與評估中，應根據(jù)空間高度與大小以及可能的疏散時間來確定該光密度的大小。

5)能見度的定量標準應根據(jù)建筑內(nèi)的空間高度和面積大小確定。對于小空間，能見度指標取5m;對于大空間，能見度指標取10m。

(二)煙控系統(tǒng)的設計及其量化指標

煙控系統(tǒng)的主要設計目標是：

1)為人員疏散提供一個相對安全的區(qū)域，保證在疏散過程中不會受到火災產(chǎn)生的煙氣的傷害。

2)為消防救援提供一個救援和展開滅火作業(yè)的安全通道和區(qū)域，免受火災的影響。

3)及時排除火災中產(chǎn)生的大量熱量，減少對建筑結(jié)構(gòu)的損傷。

在性能化的煙控系統(tǒng)設計中，排煙量一般采用以下三種方法之一進行計算：

1)排煙量大于火災時產(chǎn)生的煙氣量。

2)排煙量等于火災時產(chǎn)生的煙氣量，且煙層的高度要大于一個臨界高度，即保證人員安全的

高度。

3)排煙量小于火災時產(chǎn)生的煙氣量，但是煙層的高度下降到臨界高度時，人員已經(jīng)疏散完畢。由于煙控系統(tǒng)的目的是防止人員受到火災煙氣的影響，因此煙控系統(tǒng)設計應使煙層維持在距離地面一定的高度以上，這個高度又稱為臨界煙層高度。臨界煙層的計算見式(3-45-1)。

Hd=1.6+0.1(Hc-h)(3-45-1)

式中Hd——煙層距離疏散地面的臨界高度;

Hc——空間頂棚距離火源位置的高度;

h——疏散地面高于火源位置的高度。

三者的空間關(guān)系如圖3-45-3所示。

火災中煙氣運動的一般現(xiàn)象是：燃燒產(chǎn)生熱煙氣，這些熱煙氣上升并在火焰上方形成煙羽流。煙羽流在上升的過程中不斷卷吸空氣，因此隨著高度的增加煙羽流水平斷面的直徑和質(zhì)量流量逐漸增加。這些熱煙氣在屋頂形成一個熱煙層，并隨著煙氣的聚集，煙層高度逐漸下降。另外，對于空間形狀復雜或情況特殊的排煙設計需要進行煙氣運動的數(shù)值模擬分析。

(三)性能化設計評估對室內(nèi)步行街排煙的要求

步行街頂棚設置自然排煙設施，自然排煙口的有效面積不應小于其地面面積的25%。

(四)性能化設計評估對用于防火分隔的下沉廣場的要求

1)不同防火分區(qū)通向下沉廣場等室外開敞空間的安全出口，其最近邊緣之間的水平距離不應小于13m。室外開敞空問除用于人員疏散外不得用于其他商業(yè)或可能導致火災蔓延的用途，其中用于疏散的凈面積不應小于169m2。

2)下沉廣場等室外開敞空間內(nèi)應設置不少于1部直通地面的疏散樓梯。當連接下沉廣場的防火分區(qū)需利用下沉廣場進行疏散時，疏散樓梯的總凈寬度不應小于任一防火分區(qū)通向室外開敞空間的設計疏散總凈寬度。

3)確需設置防風雨篷時，防風雨篷不應完全封閉，四周開口部位應均勻布置，開口的面積不應小于室外開敞空間地面面積的25%，開口高度不應小于1m;開口設置百葉時，百葉的有效排煙面積可按百葉通風口面積的60%計算。

四、注意事項

(一)快速通道區(qū)域

為了提高通道使用的便利性，局部設置一些簡易商業(yè)設施，單個店鋪的面積不超過80m2。商業(yè)設施的設置增加了通道區(qū)域的火災危險性，因此雖然不劃分防火分區(qū)，但是為了減少通道區(qū)內(nèi)的火災荷載，應限制店鋪的面積，如將店鋪面積控制在整個通道面積的6%以內(nèi)。另外，還應按照規(guī)范要求設計防排煙系統(tǒng)，自動探測報警及噴淋滅火等消防設施。

(二)步行街區(qū)域

步行街作為地下商業(yè)區(qū)域重要的疏散路徑，應確保其在火災時的安全性。因此，為了減少步行街通道的火災危險性，通道區(qū)域僅作為人流交通場所，不作為商業(yè)用途場所。

(三)商業(yè)區(qū)域

地下商業(yè)的主要火災危險來源于步行街兩側(cè)的營業(yè)廳、餐飲區(qū)、電影院等。這些不同經(jīng)營類型的商業(yè)區(qū)域之間應進行有效的防火分隔。為了安全疏散，連接樓梯間的疏散走道應采用耐火極限不小于1.OOh的實體墻進行分隔。作為人員疏散的主要出口的下沉廣場，應設置不少于1個直通地坪的疏散樓梯，總凈寬度不應小于相鄰最大防火分區(qū)通向下沉廣場等室外開敞空間的計算疏散總凈寬度。

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