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摘要：消防防火系统是大型综合体建筑的重要组成部分，其设计水平直接关系到建筑消防安全性能的发挥。本文结合工程实例，在介绍建筑消防防火设计难点的基础上，阐述了大型商业综合体建筑的消防防火设计方案，并从多个方面论证了消防设计方案的可行性，以供借鉴。
关键词：大型建筑；消防防火；设计方案；计算模拟
随着我国社会经济建设步伐的加快，城市建筑行业得到充足的发展，传统商业建筑在功能及形式上都发生了较大的变化，一些集购物、餐饮、娱乐、文化和休闲于一体的大型商业综合体建筑物数量日益增加，在城市化进程的发展中逐渐成为主流的消费场所，同时，社会各界对于大型建筑的消防安全性能也提出了更高的要求。由于大型综合体建筑具有人员密集、构造复杂，建设规模大和功能繁多等特点，在发生火灾后火势容易蔓延，若建筑消防防火设计不合理，不仅会影响到大型建筑消防系统安全性能的有效发挥，而且也会导致人员的伤亡和财产的损失。因此，如何提高综合体建筑物消防防火设计水平就成为了建筑设计人员亟待解决的难题。本文通过探讨大型商业综合体建筑物的消防设计工作，提出切实有效的设计方案，希望对完善建筑内部消防防火系统有所帮助。
1 工程概况
某大型商业综合体建筑，地下2层地上32层，是集商业、办公、酒店、公寓、住宅为一体的综合体项目。工程分B、C两个地块，其中B地块为办公、商业和住宅；C地块为酒店和公寓。
2 防火设计难点
根据现行国家标准GB 50045-952005年版《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称“高规”），该工程属于一类高层建筑，耐火等级为一级。
鉴于该工程B地块商业部分使用功能的需要及其造型设计的独特性，在现有的消防设计方案中主要存在一些现行规范未予明确规定或不能完全按照规范规定进行设计的问题，需要运用性能化设计方法进行分析论证，确保其消防安全设计达到规范要求的同等水平。其主要存在的消防设计难点如下：
（1）室内步行街未在中庭周围采用防火卷帘或防火墙进行防火分隔，故各层与中庭相连通的区域实际为一个防火分区，其建筑面积叠加后大于“高规”第5.1.2条的规定。
（2）步行街中庭两侧和各主力店单体建筑内部分疏散楼梯在首层的出口设在步行街内，人员需通过步行街公共区域到达室外，其最长疏散距离达62m，导致人员疏散距离超过规范规定的30m，不满足“高规”第6.1.7条的规定；另外，部分主力店所在防火分区的疏散宽度不满足“高规”第6.1.9条及第6.1.10条的规定。
（3）商业步行街中庭五层高度为29.1m，体积约为131154m3，顶部设一曲面顶棚，整体上相当于一个五层室内受限空间，按“高规”第8.4.2条要求，其排烟量不应小于524616m3/h，所以，需确定其合理的排烟量。
（4）电影放映厅设在四层，最大的6号和11号放映厅面积均超过400m2，不满足“高规”第4.1.5条规定。
（5）建筑两个长边分别为305m和320m，建筑周长约为878m，未设置穿过建筑的消防车道，不满足“高规”第4.3.1条的规定。
3 防火设计方案
针对使用功能需要，结合该建筑的空间特点，对其防火设计提出方案，以确保其消防安全功能可达到规范要求的同等水平。
3.1 步行街两侧店铺形成“防火单元”
若干个同侧相连的店铺与其他店铺之间用防火墙分隔开，店铺内部设置火灾报警、自动喷水灭火和机械排烟系统，形成相互独立的“防火单元”，可将火灾尽量限制在店铺内，使火灾造成的影响局部化，可起到与防火分区一样的限制火灾蔓延的效果。防火单元内的消防措施如下：
（1）店铺之间隔墙的耐火极限不应低于1.5h，同侧的店铺与公共走道和中庭之间采用受喷淋保护防火玻璃进行分隔；同侧精品店铺总面积若超过500m2，应采用防火墙、甲级防火门进行分隔。
（2）精品店铺内部应设置感烟探测报警系统、自动喷水灭火系统以及机械排烟系统，其自动喷水灭火系统宜采用扩大覆盖面积喷头。
防火单元的分隔形式仅适用于步行街两侧面积较小的精品店区域。对于面积较大的主力店内部应按规范的要求划分防火分区，且防火分区之间应尽量采用防火墙进行分隔，不应大范围长距离使用防火卷帘，要控制其连续长度不超过总长度的1/3，且不应大于20m；并要求主力店之间的隔墙应有至少2h的耐火极限，主力店和步行街之间应采用防火墙、防火卷帘或甲级防火门分隔开，以避免火灾在步行街和主力店之间发生蔓延。
3.2 带中庭的步行街公共区域作为“亚安全区”
将带中庭的步行街公共区域定义为界于店铺功能域和室外之间的“亚安全区”，从疏散策略上，允许首层以上的人员经过，再通过疏散楼梯向下疏散；部分在商业广场中部，较难设通往室外直通出口的疏散楼梯，也可经过首层的公共区域疏散到室外。公共区域内将不再划分防火分区。“亞安全区”内的消防措施如下：
（1）中庭和公共走道区域不放置任何固定可燃物。
（2）公共区域两侧的精品店铺应采用“防火单元”的方式进行保护，各主力店开向公共区域的开口处，应采用甲级防火门或复合防火卷帘分隔，以避免店铺发生火灾时火焰和烟气进入中庭。
（3）为防止移动可燃物发生火灾，建议在中庭区域设置大空间自动扫描定位喷水灭火系统。
（4）“亚安全区”内任意点到最近安全出口距离不大于60m。
（5）中庭设置机械排烟系统，防止店铺内排烟系统失效的情况下烟气进入中庭并威胁人员生命安全。
3.3 开向安全走道的出口作为“辅助安全出口”
地下一层至地上四层各层均设置了供人员疏散的安全走道，该通道直接与防烟楼梯间或室外出口相连，人员可利用该通道疏散到室内外安全区域，各主力店开向该通道的出口可作为辅助安全出口，但应满足以下要求： （1）通向安全走道的门向外开启时不得占用安全走道的宽度，不得阻碍通道内人员的行走。
（2）安全走道不得放置物品阻碍通道，且走道最窄处的宽度不应小于2m。
（3）通向安全走道的各防火分区人数不等时，安全走道的净宽不应小于设计容纳人数最多的一个防火分区通向安全走道各安全出口最小净宽之和。
（4）各主力店开向此通道设置辅助安全出口时，不能通过增加单个出口宽度来达到增加疏散宽度的目的，单个出口有效疏散宽度最大不超过避难走道的净宽度。
（5）安全走道内的防火分隔应使用防火门，不能使用卷帘，且内部应进行正压送风以防止主力店内烟气入侵。
4 排烟系统和排烟量
在火灾发展过程中，只要排烟量等于产烟量，烟气层界面就会保持在一个相对稳定的高度，不会继续下降。只有烟气层保持在一定高度以上，才能给人员安全疏散提供一个良好的环境。假定排烟量等于体积产烟量，在一定的建筑空间和火灾规模条件下，产烟量将主要取决于羽流的质量流量。羽流的质量流量由可燃物的质量损失速率、燃烧所需的空气量及上升过程中卷吸的空气量三部分组成，在一定高度上羽流的质量流量主要取决于羽流对周围空气的卷吸能力。该工程步行街中庭高度达30m，火源位于此中庭部位，属于轴对称烟羽流，其产烟量最大，计算得到的排烟量更为保守。
质量产烟量的计算公式如式（1）所示。
式中：M为质量产烟量，kg/s； 为火源对流热释放速率， =0.7 ，kW； 为火源热释放速率，取自动灭火系统有效时的火灾最大热释放速率2200kW；z为烟气层的高度，取保证最上层人员安全的烟气层高度17.4m；经计算为98.6kg/s。
烟气层的平均温度计算公式如式（2）所示。
式中：Tm为烟气层的平均温度，K； 为火源热释放速率，取2200kW；M为质量产烟量，kg/s；Cp为空气比热容，取1.02kJ/（kg·K）；T0为环境空气温度，取293K；经计算为314.9K。
体积产烟量的计算公式如式（3）所示。
式中：V为体积产烟量，m3/s；M为质量产烟量，kg/s；Tm为烟气层的平均温度，K；ρ0为环境空气密度，取1.2kg/m3；T0为环境空气温度，取293K；经计算为88.3m3/s。
汇总以上计算结果，可得步行街中庭所需的机械排烟量如表1所示。
考虑到步行街建筑面积较大，对其进行烟气控制分区划分，当烟气蔓延到某控制分区时，该分区的机械排烟系统开启。将其划分为4个烟气控制分区，每个防烟分区排烟量为表2所示排烟量的1/2，即44.2m3/s。当两个防烟分区的机械排烟系统开启时，排烟量即等于产烟量，而4个防烟分区的机械排烟系统同时开启时，排烟量则为产烟量的两倍，既经济又保证了安全。
5 烟气流动
采用火灾动力学模拟软件FDS，通过对设定的29个火灾场景下建筑內火灾烟气流动状况模拟分析，在自动喷水灭火系统和排烟系统有效启动的情况下，当步行街中庭或两侧精品店以及6号电影放映厅内发生火灾时，人员的可用疏散时间均大于1200s；当主力店卖场和餐饮店发生火灾时，人员的可用疏散时间不低于7.5min。现有的烟气控制方案能够有效地排出烟气并控制烟气蔓延，为火灾初期的人员安全疏散赢得较多时间。
6 人员疏散
采用人员疏散模拟软件Pathfinder对建筑内的人员疏散进行了模拟分析，各个疏散场景下人员必需疏散时间最大达到13.6min。因此，当步行街中庭或两侧精品店、主力店卖场、餐饮店以及6号电影放映厅内发生火灾时，在自动灭火系统和排烟系统有效的情况下，人员均可安全疏散。
7 结束语
综上所述，大型商业综合体建筑的消防防火设计应遵循“预防为主、防消结合”的消防原则，结合大型建筑物的整体特点，制定出合理的、科学的和经济的消防设计方案，以保证建筑消防系统综合性能的发挥。本工程制定的防火设计方案经多方面验证后，满足人员的安全疏散要求，达到了规范原则要求的同等水平，为广大群众营造了一个更好的安全购物空间。
参考文献：
[1]陈星.高层商业综合体消防性能化设计探讨[J].消防科学与技术.2012年第12期
[2]赵伟刚.某大型商业建筑性能化消防设计[J].消防技术与产品信息.2013年第01期
关键词：大型建筑；消防防火；设计方案；计算模拟
随着我国社会经济建设步伐的加快，城市建筑行业得到充足的发展，传统商业建筑在功能及形式上都发生了较大的变化，一些集购物、餐饮、娱乐、文化和休闲于一体的大型商业综合体建筑物数量日益增加，在城市化进程的发展中逐渐成为主流的消费场所，同时，社会各界对于大型建筑的消防安全性能也提出了更高的要求。由于大型综合体建筑具有人员密集、构造复杂，建设规模大和功能繁多等特点，在发生火灾后火势容易蔓延，若建筑消防防火设计不合理，不仅会影响到大型建筑消防系统安全性能的有效发挥，而且也会导致人员的伤亡和财产的损失。因此，如何提高综合体建筑物消防防火设计水平就成为了建筑设计人员亟待解决的难题。本文通过探讨大型商业综合体建筑物的消防设计工作，提出切实有效的设计方案，希望对完善建筑内部消防防火系统有所帮助。
1 工程概况
某大型商业综合体建筑，地下2层地上32层，是集商业、办公、酒店、公寓、住宅为一体的综合体项目。工程分B、C两个地块，其中B地块为办公、商业和住宅；C地块为酒店和公寓。
2 防火设计难点
根据现行国家标准GB 50045-952005年版《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称“高规”），该工程属于一类高层建筑，耐火等级为一级。
鉴于该工程B地块商业部分使用功能的需要及其造型设计的独特性，在现有的消防设计方案中主要存在一些现行规范未予明确规定或不能完全按照规范规定进行设计的问题，需要运用性能化设计方法进行分析论证，确保其消防安全设计达到规范要求的同等水平。其主要存在的消防设计难点如下：
（1）室内步行街未在中庭周围采用防火卷帘或防火墙进行防火分隔，故各层与中庭相连通的区域实际为一个防火分区，其建筑面积叠加后大于“高规”第5.1.2条的规定。
（2）步行街中庭两侧和各主力店单体建筑内部分疏散楼梯在首层的出口设在步行街内，人员需通过步行街公共区域到达室外，其最长疏散距离达62m，导致人员疏散距离超过规范规定的30m，不满足“高规”第6.1.7条的规定；另外，部分主力店所在防火分区的疏散宽度不满足“高规”第6.1.9条及第6.1.10条的规定。
（3）商业步行街中庭五层高度为29.1m，体积约为131154m3，顶部设一曲面顶棚，整体上相当于一个五层室内受限空间，按“高规”第8.4.2条要求，其排烟量不应小于524616m3/h，所以，需确定其合理的排烟量。
（4）电影放映厅设在四层，最大的6号和11号放映厅面积均超过400m2，不满足“高规”第4.1.5条规定。
（5）建筑两个长边分别为305m和320m，建筑周长约为878m，未设置穿过建筑的消防车道，不满足“高规”第4.3.1条的规定。
3 防火设计方案
针对使用功能需要，结合该建筑的空间特点，对其防火设计提出方案，以确保其消防安全功能可达到规范要求的同等水平。
3.1 步行街两侧店铺形成“防火单元”
若干个同侧相连的店铺与其他店铺之间用防火墙分隔开，店铺内部设置火灾报警、自动喷水灭火和机械排烟系统，形成相互独立的“防火单元”，可将火灾尽量限制在店铺内，使火灾造成的影响局部化，可起到与防火分区一样的限制火灾蔓延的效果。防火单元内的消防措施如下：
（1）店铺之间隔墙的耐火极限不应低于1.5h，同侧的店铺与公共走道和中庭之间采用受喷淋保护防火玻璃进行分隔；同侧精品店铺总面积若超过500m2，应采用防火墙、甲级防火门进行分隔。
（2）精品店铺内部应设置感烟探测报警系统、自动喷水灭火系统以及机械排烟系统，其自动喷水灭火系统宜采用扩大覆盖面积喷头。
防火单元的分隔形式仅适用于步行街两侧面积较小的精品店区域。对于面积较大的主力店内部应按规范的要求划分防火分区，且防火分区之间应尽量采用防火墙进行分隔，不应大范围长距离使用防火卷帘，要控制其连续长度不超过总长度的1/3，且不应大于20m；并要求主力店之间的隔墙应有至少2h的耐火极限，主力店和步行街之间应采用防火墙、防火卷帘或甲级防火门分隔开，以避免火灾在步行街和主力店之间发生蔓延。
3.2 带中庭的步行街公共区域作为“亚安全区”
将带中庭的步行街公共区域定义为界于店铺功能域和室外之间的“亚安全区”，从疏散策略上，允许首层以上的人员经过，再通过疏散楼梯向下疏散；部分在商业广场中部，较难设通往室外直通出口的疏散楼梯，也可经过首层的公共区域疏散到室外。公共区域内将不再划分防火分区。“亞安全区”内的消防措施如下：
（1）中庭和公共走道区域不放置任何固定可燃物。
（2）公共区域两侧的精品店铺应采用“防火单元”的方式进行保护，各主力店开向公共区域的开口处，应采用甲级防火门或复合防火卷帘分隔，以避免店铺发生火灾时火焰和烟气进入中庭。
（3）为防止移动可燃物发生火灾，建议在中庭区域设置大空间自动扫描定位喷水灭火系统。
（4）“亚安全区”内任意点到最近安全出口距离不大于60m。
（5）中庭设置机械排烟系统，防止店铺内排烟系统失效的情况下烟气进入中庭并威胁人员生命安全。
3.3 开向安全走道的出口作为“辅助安全出口”
地下一层至地上四层各层均设置了供人员疏散的安全走道，该通道直接与防烟楼梯间或室外出口相连，人员可利用该通道疏散到室内外安全区域，各主力店开向该通道的出口可作为辅助安全出口，但应满足以下要求： （1）通向安全走道的门向外开启时不得占用安全走道的宽度，不得阻碍通道内人员的行走。
（2）安全走道不得放置物品阻碍通道，且走道最窄处的宽度不应小于2m。
（3）通向安全走道的各防火分区人数不等时，安全走道的净宽不应小于设计容纳人数最多的一个防火分区通向安全走道各安全出口最小净宽之和。
（4）各主力店开向此通道设置辅助安全出口时，不能通过增加单个出口宽度来达到增加疏散宽度的目的，单个出口有效疏散宽度最大不超过避难走道的净宽度。
（5）安全走道内的防火分隔应使用防火门，不能使用卷帘，且内部应进行正压送风以防止主力店内烟气入侵。
4 排烟系统和排烟量
在火灾发展过程中，只要排烟量等于产烟量，烟气层界面就会保持在一个相对稳定的高度，不会继续下降。只有烟气层保持在一定高度以上，才能给人员安全疏散提供一个良好的环境。假定排烟量等于体积产烟量，在一定的建筑空间和火灾规模条件下，产烟量将主要取决于羽流的质量流量。羽流的质量流量由可燃物的质量损失速率、燃烧所需的空气量及上升过程中卷吸的空气量三部分组成，在一定高度上羽流的质量流量主要取决于羽流对周围空气的卷吸能力。该工程步行街中庭高度达30m，火源位于此中庭部位，属于轴对称烟羽流，其产烟量最大，计算得到的排烟量更为保守。
质量产烟量的计算公式如式（1）所示。
式中：M为质量产烟量，kg/s； 为火源对流热释放速率， =0.7 ，kW； 为火源热释放速率，取自动灭火系统有效时的火灾最大热释放速率2200kW；z为烟气层的高度，取保证最上层人员安全的烟气层高度17.4m；经计算为98.6kg/s。
烟气层的平均温度计算公式如式（2）所示。
式中：Tm为烟气层的平均温度，K； 为火源热释放速率，取2200kW；M为质量产烟量，kg/s；Cp为空气比热容，取1.02kJ/（kg·K）；T0为环境空气温度，取293K；经计算为314.9K。
体积产烟量的计算公式如式（3）所示。
式中：V为体积产烟量，m3/s；M为质量产烟量，kg/s；Tm为烟气层的平均温度，K；ρ0为环境空气密度，取1.2kg/m3；T0为环境空气温度，取293K；经计算为88.3m3/s。
汇总以上计算结果，可得步行街中庭所需的机械排烟量如表1所示。
考虑到步行街建筑面积较大，对其进行烟气控制分区划分，当烟气蔓延到某控制分区时，该分区的机械排烟系统开启。将其划分为4个烟气控制分区，每个防烟分区排烟量为表2所示排烟量的1/2，即44.2m3/s。当两个防烟分区的机械排烟系统开启时，排烟量即等于产烟量，而4个防烟分区的机械排烟系统同时开启时，排烟量则为产烟量的两倍，既经济又保证了安全。
5 烟气流动
采用火灾动力学模拟软件FDS，通过对设定的29个火灾场景下建筑內火灾烟气流动状况模拟分析，在自动喷水灭火系统和排烟系统有效启动的情况下，当步行街中庭或两侧精品店以及6号电影放映厅内发生火灾时，人员的可用疏散时间均大于1200s；当主力店卖场和餐饮店发生火灾时，人员的可用疏散时间不低于7.5min。现有的烟气控制方案能够有效地排出烟气并控制烟气蔓延，为火灾初期的人员安全疏散赢得较多时间。
6 人员疏散
采用人员疏散模拟软件Pathfinder对建筑内的人员疏散进行了模拟分析，各个疏散场景下人员必需疏散时间最大达到13.6min。因此，当步行街中庭或两侧精品店、主力店卖场、餐饮店以及6号电影放映厅内发生火灾时，在自动灭火系统和排烟系统有效的情况下，人员均可安全疏散。
7 结束语
综上所述，大型商业综合体建筑的消防防火设计应遵循“预防为主、防消结合”的消防原则，结合大型建筑物的整体特点，制定出合理的、科学的和经济的消防设计方案，以保证建筑消防系统综合性能的发挥。本工程制定的防火设计方案经多方面验证后，满足人员的安全疏散要求，达到了规范原则要求的同等水平，为广大群众营造了一个更好的安全购物空间。
参考文献：
[1]陈星.高层商业综合体消防性能化设计探讨[J].消防科学与技术.2012年第12期
[2]赵伟刚.某大型商业建筑性能化消防设计[J].消防技术与产品信息.2013年第01期