大空间商业建筑防火设计研究

巫昀玲

(内江市公安消防支队, 四川内江 641000)

大空间商业建筑规模大、空间高、结构特殊、火灾危险高。这些建筑在结构形式、使用功能、建筑材料、空间大小等方面都与传统建筑有相当大的不同，对于火灾的预防和救援提出了新的要求，现有的“处方式”防火设计规范已经不能满足当前很多大空间商业建筑的防火要求。因此，性能化防火设计逐渐成为大空间商业建筑消防设计发展的一种趋势，得到越来越广泛的应用。

1 大空间商业建筑的特征与火灾特点

1.1 大空间建筑的特点

大空间商业建筑面积大，在巨大的营业空间内，布局复杂，管理模式多样，经营项目复杂，服务功能多样，商品种类多，摆放复杂，商品种类可达上万种甚至几万种，商品摆放按楼层分类，以可移动的松散式的货架摆放为主，货架高度一般为1.5 m以上，顾客可以在货架之间自由走动购物。双休日，节日期间，人流密度大，而且妇女儿童居多。

大空间商业用火用电用气多，着火因素复杂。大空间商业建筑在营业期间用电量非常之大，除了照明外，电梯、空调、食品加工、冷冻等电气设备的用电量都很大。有餐饮的建筑内还大量用火、用气等。这些都增加了发生火灾的危险性。

管道竖井多，中庭高大，通道及竖向空间复杂。大空间商业建筑内部有很多管道和竖井，使整个建筑多处上下贯通。各种管道井、竖井等，在火灾情况下都可能成为火势蔓延的重要通道。中庭是大空间商业建筑内部贯通上下层，并营造出具有室外自然环境美的室内共享空间，是大空间商业建筑的内部核心。火灾条件下，中庭是火势向上、向各层蔓延的主要通道，其火势扩大蔓延速度之快是难以预料的。中庭是烟气顷刻间席卷整幢建筑的主要空间。

大空间商业建筑的消防安全管理一般都较好，但也有个别疏于消防安全管理，存在重大火灾隐患的情况，如消防通道不畅、消防设施和器材维护管理差、装修装饰不规范、违章用火用电严重、员工消防安全意识差、教育培训不到位等。

大空间商业建筑都能按国家规范要求设置固定消防设施。主要包括：自动监控系统、火灾自动报警系统、自动灭火系统、消防给水系统、安全疏散和防火分割系统、防排烟系统、火灾照明和疏散指示标志、应急广播系统和消防电源等。这些固定消防设施的操作复杂，管理要求高，需要由经过培训有资质的专职人员操作。

1.2 大空间建筑的火灾特点

大空间建筑的火灾特性与普通建筑有着明显的差别。

(1)大空间建筑空间体积庞大,防火分隔困难[1],一旦发生火灾,由于具有充足的氧气供应,且在空间高度上火灾高温气流不受限，迅速上升扩展蔓延至其他可燃物体,从而极有可能发展成为重大火灾,造成巨大的人员伤亡和经济损失。

(2)早期探测初期灭火较难，大型建筑顶棚比较高,空间较大,早期火灾烟气在上升过程中,沿途烟气温度及密度大大降低,达不到感烟、感温探测器和自动喷水灭火装置所需要的启动值,从而不能发现并控制早期火灾安全疏散困难。

(3)大空间烟气扩散迅速,使建筑物内能见度很快降低,此类建筑因空间过大,人员由空间中任意一点到达室外出口的距离大,因此疏散时间亦长。且该类建筑大多为公用建筑,人员对逃生路线不熟,难以找到安全出口,易给人员造成恐慌心理,从而造成更大人员伤亡及财产损失灭火和扑救比较困难。

(4)高大建筑主体部分被其它部分包围,消防人员很难直接进入到现场进行扑救,且烟气易扩散到整个建筑,难以判断火源的准确位置。且由于火势发展快,蔓延途径多等,给抢救物资和扑灭火灾造成了困难。

(5)面对新型建筑,我们缺乏扑救大空间建筑物火灾的实践经验,指挥水平不高。且灭火面积较大,消防供水量不足,如未设消防电梯,消防人员因攀登数层高楼体力不足,不能及时到达起火层,同时消防器材也补充困难,均会影响扑救。

2 常规消防设计要素及问题

2.1 常规消防设计要素

国家针对建筑防火，专门制定了消防技术标准及规范，以保障建筑具有防火功能，这种规范或者标准的制定是依据建筑的火灾特征制定的，具有明显的针对性，因此也被称为“处方式”防火设计。国家相关部门在总结多年的消防设计的经验前提下，充分借鉴发达国家的建筑防火设计，目前的消防技术规范已经比较成熟，能够应对普通建筑的防火需求，在火灾发生后能取得较好的火灾救治效果。通过制定统一的消防技术规范，使得各个单位能依据现有的标准设计消防方案，从而有助于提升建筑的防火性能，这对于降低火灾的危害能力具有重要意义，并且在普通建筑中，还会在今后很长一段时间内继续采用这些常规的消防防火设计规范。

2.2 消防设计面临的问题

“处方式”消防设计规范具体表现出下列缺点[4]，需要不断改进。

(1)规范条文之间出现了矛盾与偏差的问题。

(2)不能与现代建筑设计防火要求相贴合，很多新型的建筑结构以及新的建筑材料的使用，使得传统的消防规范无法应对这些场所的消防需求。

(3)综合性较差，没有从整体上进行消防设计，极易导致浪费。

(4)“处方式”防火设计存在着一些空白，影响了建筑的整体安全。

(5)长时间的处方式防火设计情况下，无法产生更加优秀的设计人员。

(6)不能最大程度表现出环境与人对建筑安全的影响程度。

(7)很多强制性的规范要求建筑采用固定种类的建筑材料和施工工艺，导致建筑设计的发展进步十分缓慢，影响建筑工艺、材料等行业的发展。

综合来讲，现代建筑体现出复杂的功能，类型也更加多样化，这对于消防设计提出了更高的要求。对于大空间建筑而言，不能仅仅将常规消防规范作为参考依据，以符合消防标准作为消防设计的目的，而是应当充分结合建筑的消防需求现状，设计出贴合自身需求的消防方案，从而保证大空间建筑的防火需求，避免因为一味迎合消防标准而造成消防资源的浪费，并且完全按照消防标准进行消防方案的设计也可能无法取得较好的消防效果[2,3]。

3 性能化防火设计要点

3.1 确定安全目标

对于大空间建筑而言，防火性能化设计安全目标如下：第一，有火灾预防机制，能有效控制火灾的发生概率；第二，具有传感器系统和警报功能，能及时发现火情并通过警报系统向管理者发送火灾信息；第三，人员安全保障机制，通过构建人员逃生系统，保持较快的人员疏散速度；第四，尽量降低经济损失，控制火灾的影响范围。

人员安全保证条件包括三个方面：第一，对于起火区域，应控制烟气层的高度在安全高度以上，并保证辐射热强度不会超过人的耐受极限。当烟气层高度较低时，烟气温度、毒性、浓度应不会超出人体承受极限；第二，对于非起火区域，应控制烟气层的高度在安全高度以上，烟气层辐射强度不会超过人体承受极限；第三，疏散楼梯、安全出口等位置应当没有烟气侵入。

3.2 性能指标的选取

性能指标应能够体现由火灾或消防措施造成的人员伤亡、建筑及其内部财产的损害、生产或经营被中断、风险等级等的最大可接受限度。常见的性能指标包括：辐射热及其作用效应、毒性和能见度等，如热解气体含量、能见度以及热暴露水平；火灾蔓延、烟气损害、防火分隔物受损和结构的完整性和对暴露于火灾中财产所造成的危害等，如构件和材料的温度、环境或构件内部的温度分布。一项设计目标可能需要多个性能指标来验证，而一个性能指标也可能需要多个参数值予以支持。但并不是每一个性能指标都能采用这种方式表达，有时可以采用“处方式”规范中的数值要求等。

3.3 火灾场景的设定

火灾的发展过程特点通过火灾场景进行重现，包括火灾的引燃起因、火势增长、火势减弱至熄灭等过程，并涉及到烟气、辐射热等多种参数的描述。按照以下原则进行火灾场景的确定：充分总结场景重现对象的特征，按照总结的特征设计最贴近实际的火灾场景，并设计最高损害程度、最大火灾危险性等极限场景作为备选。例如发生火灾时堵塞了全部安全出口、排烟、给水系统失灵等。火灾场景设计还要综合考虑周边环境，比如邻近楼层、周边存放的物品、逃生通道等，设计多种场景情况，并按照火灾发展概率进行分析。进行火灾场景设计时，应考虑着火房间结构布局、外部环境、火源位置、房间开口、建筑火灾自防自救以及部署的消防力量直接影响了火灾的发展，需要对火灾发展历史认真分析。

3.4 关键参数的确定

(1)火灾探测时间：烟气流动、火焰长度、火场温度是影响探测火灾时间的主要因素。使用不同的探测设备，也会导致探测时间有所差别。一般探测时间最长的系统为自动喷水系统，其次为火灾感温探测设备，而感烟探测仪则是测时耗时最短的。在探测方式方面，线型感烟探测器的报警时间与探测器安装高度以及间距相关。

(2)逃生时间提前量：在检测到火情之后，到准备疏散人员具有一定的时间差，不同的建筑设计有不同的逃生时间提前量。

(3)疏散开始时间：疏散的开始时间即为火灾探测时间、逃生时间提前量二者之和。

(4)人员数量：已知人员分布密度以及建筑区域面积，即可得到人员数量。通过预判建筑的人员分布密度、容纳面积以及座位、人数之间的关系，可以促使双方经过协商解决问题。人员行进速度不同的人员逃生速度不同，应当综合区域内的人员年龄、性别等特征进行人员行进速度的预测。人员密度设置低于0.5 人/m2时，一定数量的人同时可以快步行走达到70 m/min并能够顺畅通行。

4 性能化设计中应该注意的问题

4.1 人员疏散

在火灾中，人员在对逃生路线的选择上，往往避生就熟，倾向于从最近的、最常出入的安全出口或楼梯疏散，万一出口被封死，则慌不择路，找不到其它紧急疏散出口。设置相对偏僻的出口因无人问津而失去其应有的作用，因此，在疏散的设计中，除了坚持双向疏散的原则外，还应结合火灾中人的心理和行为特点，将常用通道和紧急疏散通道合并设计，给人员逃生安上“双保险”。从上面的讨论中可以看出，火灾中人的行为特点是我们进行安全疏散设计的一个非常重要的依据，只有从人的行为特点出发才能更加合理地设计疏散线路，从而更好地保护人的生命安全。

4.2 疏散引导

在紧急情况下，火灾警报只是一种向人们传达火险来临的常规信号，并不能绝对保证受到火灾威胁的人员顺利逃生。正常情况下，人们对于火灾警报的反应大多比较迟钝，总想着警报响起之后会有什么其它内容，以及应采取什么措施。特别是对于身处闹市集镇中的人群来说，不仅无助于逃生疏散，还可能会引发集体恐慌，甚至发生拥挤踩踏事故。如果通过事故广播及时通报现场情况，告知逃生路线，并辅以同步的疏散指令，将会取得事半功倍的效果。另外，开发智能的语音疏散指示系统，正确引导人们疏散，也是保证顺利完成安全疏散的重要措施。

4.3 机械排烟系统的补风

机械排烟系统的排烟和补风应该相适应，否则排烟系统难以发挥有效地作用[6]。GB 50045-95《高层民用建筑设计防火规范》规定设置机械排烟系统的地下室，应同时设置送风系统，且送风量不宜小于排烟量的50 %。但是，对于地上大空间商业建筑的补风方式和补风量没有明确的规定，在有的性能化设计中也仅提出所需排烟量，对补风量或补风方式没有说明。特别是常规的商场排烟系统设计中排烟口和补风口通常都布置到顶部，这对于控制烟层高度和提高排烟效率是不利的。另外，由于现代大空间商业建筑的室内采光也越来越多地依赖于人工照明，配置了中央空调系统，采用全封闭的玻璃幕墙或固定的落地玻璃窗，有的虽然在外墙上设置了可开启的外窗，但是常常被货架或室外广告展板封堵，这使地上大空间商业建筑与地下大空间商业建筑的排烟条件区别不大，所以在排烟系统设计中不能简单地以建筑在地上或地下做区。

5 结束语

总之，对于大空间商业建筑进行防火设计的时候，我们需要了解大空间商业建筑的特征与其发生火灾特点。与常规消防设计要素相比较，发现其问题；并提出了大空间建筑性能化防火设计要点，包括安全目标的确定、性能指标的选择，火灾场景的设定和关键参数的确定等。特别注重人员的疏散与引导，机械排烟系统的补风等问题。减少火灾发生，保障大型商业建筑在开展商业活动时的安全性，避免人员及财产在发生火灾时受到严重的损失。