大空间建筑消防设计难点与对策

饶俊 程紫来

摘要：结合现行消防技术规范条文，探讨了大空间建筑消防设计与现行规范、技术标准的矛盾之处;有针对性地提出了运用现代消防科学技术解决大空间建筑消防设计难点的几点建议。

关键词：大空间建筑;消防设计;难点与对策

随着我国社会经济的快速发展，各地方在建或者已建成的大空间建筑也随之增多，这些大空间建筑规模宏大、人流量大、用途十分广泛，一旦设计不合理或者管理不善，极易发生火灾和其他安全事故，也很容易造成人员的群死群伤。大空间建筑由于使用性质的要求和建筑本身的特点决定了其在消防设计中不同于普通建筑的设计要求，目前大空间建筑消防设计只能参照现行规范中类似及相关的条款来满足其视觉上、功能及使用上的要求，这就突破了现有的消防设计规范要求。

1  当前大空间建筑消防设计中存在的难点

1.1  防火分区

在大空间建筑物内采取划分防火分區这一方法，可以在大空间建筑发生火灾时把着火区域控制在一定范围内，为人员安全疏散、消防扑救提供有利条件。大空间建筑具有使用面积大、建筑内部功能复杂、空间高大，按现行消防设计规范划分防火分区存在很大困难。《建筑设计防火规范》相关条款规定，设置在单层建筑或仅设置在多层建筑的首层时，其每个防火分区的最大允许建筑面积应不大于10000m2;一、二级耐火等级的单、多层民用建筑的每个防火分区最大允许建筑面积为2500m2，加设自动灭火装置时，面积可增加一倍。设置在地下或半地下时，其每个防火分区的最大允许建筑面积应符合不大于2000m2。从目前正在建设或已经建成并投入使用的大空间建筑来看，大都超过了现有《建筑设计防火规范》相关条款规定的最大允许面积。

1.2  防排烟

防烟、排烟设计是大空间建筑消防设计的重要组成部分，从目前国内外发生的火灾来看，火灾中产生的烟气，其遮光性高温和毒性的影响是造成人员伤亡的一个最主要的因素。因此，要确保大空间建筑内人员的安全疏散和消防救援人员的有效施救，组织合理的烟气控制方式，建立有效的烟气控制是非常有必要的。虽然根据规范部分大空间建筑可不设置防烟系统，但是在建筑物内设置分区是控制烟气蔓延的主要方法，为了保证排烟口顺利排烟，防止烟气侵入人员疏散通道，应在大空间建筑内有效采取防烟措施。火灾时大空间建筑产生的热烟气在上升过程中温度逐步下降，产生的热烟气在缓缓上升到一定高度时会沿着水平方向继续扩散，进一步大面积扩散热烟气[1]，从而给灭火救援带来极大的困难。

1.3  安全疏散距离

目前，我国已建成的或正在建设的大空间建筑，其内部进深和跨度都非常大，因此在进行消防设计时，按照《建筑设计防火规范》中规定，要求设置安全疏散距离是非常困难的，规范要求一、二级耐火等级建筑内疏散走道应采用长度不大于10m走道通至最近的安全出口，实际上，一些大空间建筑内部至安全出口距离往往都已经超过30m，如果该场所设置了消防自动喷水灭火系统，大空间建筑室内任一点至最近安全出口的安全疏散距离还可增加25%。

1.4  火灾自动探测报警系统

《火灾自动报警系统设计规范》中要求烟感和温感探测器的最高安装高度不应超过12m，现实中很多大空间建筑的高度大多超过了12m，即便烟感和温感探测器启动火势已经非常敏感且已经数字智能化，但还是失去了早期火灾报警的意义。因此在普通建筑中广泛使用点式感烟、感温探测器在大空间建筑内无法正常使用，这给大空间建筑火灾自动探测报警系统设计带来了困难。

1.5  自动喷水灭火系统

近200年以来，世界各国尤其是一些经济发达的国家在自动喷水灭火系统开发、标准的修订及规范方面都做了大量的实验研究。国内外应用实践证明，具有灭火效率高效、经济实惠、维护简单、对环境污染小等优点的自动喷水灭火系统是人们在生活、生产和社会活动中各个场景中使用的最普遍的一种固定灭火装置。火灾中大空间建筑喷头附近的烟气温度常常不足以启动喷头，即使启动，由于空间高导致喷出来的雾状水流往往无法精准到达着火部位，就已经被不断扩散的烟气流冲散并迅速蒸发，无法在短时间内将着火区域内的火焰扑灭。

2  大空间建筑消防设计对策

2.1  大空间建筑防火分区设计

2.1.1  在规范中适当增加大空间建筑防火分区面积

随着新型消防自动设施的运用，在大空间建筑装修时材料应优先选用不燃烧材料或难燃材料，在符合规范要求前提下可适当增加大空间建筑防火分区的最大允许面积。

2.1.2  采用新技术来划分防火分区

如果采用防火墙、防火水幕、防火卷帘、防火门等来划分大空间建筑内部的防火分区，就无法很好地满足大空间的设计功能需求，视觉上的通透性也无法得到很好展现，这也违背大空间建筑设计的初衷。

2.1.2.1  防火带

在设置防火带时不能千篇一律地采用某个标准宽度，而是要根据实际需要在面对不同的大空间建筑时具体分析，首先要合理设计防火带的宽度，如果防火带设计过窄，火灾时就不能很好地阻止火灾的蔓延，那么划分的防火分区就形同虚设。如果设计的防火带过宽，这也会浪费大空间建筑的面积，更会影响大空间建筑的功能使用。

2.1.2.2  防火水幕墙

用防火水幕墙划分大空间建筑的防火分区，可以很好地满足大空间建筑的视觉通透性和建筑功能的有效使用[2]。在实际施工中，防火水幕墙的水幕安装部位不应有易燃可燃材料，有效宽度不应小于6m，喷水延续时间不应小于3h，供水强度不应小于2L/s·m。

2.1.3  结合建筑实际情况，采用防火卷帘划分防火分区

广泛应用在工业与民用建筑中的防火隔断区的防火卷帘，能在火灾中阻止火势蔓延，可以有效控制背火面温度的上升，保障生命财产安全，是现代建筑中不可缺少的防火设施。我国各个省市自治区大多以无机特级防火卷帘作为通用型防火卷帘，当防火卷帘两侧设有独立的闭式自动喷水系统保护时，其喷水延续时间不应小于3.00h[3]。

2.2  防排烟

2.2.1  防烟分区设计

大空间建筑的面积一般都在几千甚至几万平方米以上，《建筑设计防火规范》中规定排烟风机的风量与分区的面积成正比，这样大的面积相对应的排烟机的风量是巨大的，这给设计出风口面积和设置排烟风机带来了难题。

2.2.2  防排烟系统设计

2.2.2.1  自然排烟

自然排烟是一种经济、简单、易操作、维护管理方便的排烟方式，一些大空间建筑在其顶部设有天窗、楼梯间设有满足其自然通风的可开启外窗。当采用自然排烟时，火灾时产生的高温热烟气和室外风力以及大空间建筑热压力作用等都会对自然排烟产生严重的影响，如果按照规范设计的标准严格施工，就能达到非常好的自然排烟效果[4]。

2.2.2.2  加压送风

大空间建筑消防设计中采取加压送风方式，能使保护区域内形成正压，免遭烟气侵害。当然加压送风方式也有缺点：一方面，送风压力控制不好会导致保护区域内压力过高，使通向疏散走道的门打不开，影响建筑物内人员的安全疏散;另一方面，空间过大时，采用加压送风方式的操作难度大，很难达到设计效果。所以，加压送风方式主要采用在防烟楼梯间、前室、安全通道以及大空间建筑中重要的消防控制室、电气设备室等场所。

2.2.2.3  机械排烟

机械排烟能在火灾初期阶段，使着火区域快速形成负压，将火灾发生的烟气（包括空气受热膨胀的体积）及时排到室外，不使烟气流向非着火区，以迅速降低着火区的压力，同时也排走燃烧产生的热量，有利于着火区人员的快速疏散和消防救援人员的灭火施救。机械排烟系统需要安装较为复杂的设备，排烟风机和排烟风管都需要耐高温，造价和运行维护费用较高，在设计机械排烟系统时，要充分考虑机械排烟系统的补风问题。

2.3  消防安全疏散

2.3.1  消防安全通道的设置

在大空间建筑的内部采用防火卷帘、防火墙、防火门等设置消防安全通道，对连接建筑内各防火分区及疏散出口区域进行严格管理，禁止放置易燃可燃物和影响消防救援的障碍物，使用防火门进入该消防安全通道，并设置明确清晰的疏散标志，同时选用机械设备充压送风或空气流通等方法，避免烟尘进到消防疏散通道，排烟系统选用机械设备排烟方法或空气流通方法，将烟尘排入大空间建筑的外部，另外送风时楼道内处在正压力，换句话说楼道的标准气压比其他地区高，浓烟不容易渗进来而造成工作人员窒息，从而最大限度保障人员安全疏散成功。

2.3.2  安全疏散的时间

火灾时，影响安全疏散的时间主要有现场人流量、存储物品的数量、种类、存放方式，是否具有易燃易爆性、发生火灾时热烟气浓度和毒性等因素。而疏散距离、宽度、防火分隔措施及应急照明疏散指示等消防设施，更是安全疏散的基本保证，强化大空间建筑内的防火分隔措施，可以有效防范或抑制区域内的火势蔓延风险，延长外部消防救援人员的可用疏散时间，大空间建筑的疏散路线比较复杂，其疏散出口的宽度和疏散距离不能简簡单单的依据《建筑设计防火规范》的相关条款来做强制要求，应该采用性能化消防设计并结合建筑的实际需求来确定疏散距离的长短和疏散出口的宽度，最大限度保障现场人员安全疏散。

2.3.3  利用新型疏散指示标志和应急照明设施系统

目前，安装在建筑物内的疏散指示标志和应急照明设施都是以单体的形式存在的，独立型的安全疏散指示标志和应急照明设施由于其本身特性，在使用一段时间后，可能会出现各种故障，导致其在火灾发生时不能正常工作。根据测算，一栋面积为5万至6万m2的建筑，指示灯的数量在800～1000个之间，采用人工维护的办法，很容易造成疏漏，从而影响疏散效果。

为解决这一问题，可采用集中控制型消防应急疏散指示系统，该系统将独立型安全疏散指示标志和应急照明设施集合到系统中，统一管理，该系统具有自我巡检功能，对巡检中发现的问题及时发出警告。解决了日常维护检修的难题，节省大量人力物力。同时该系统可以和自动报警系统联动，利用并加载在计算机程序中，对逃生路径进行分析，调整疏散方案，引导人员快速安全疏散，避免了大空间建筑内走道复杂、逃生路径难以选择的弊端。

2.4  火灾自动探测报警系统

2.4.1  图像型火灾探测系统

图像型火灾探测系统是最近发展起来的，专门解决大空间建筑火灾探测难题的一种新型探测器，它有效地综合烟、温度、光等火灾参数，更准确及时地探测火灾。

2.4.2  吸气式烟雾探测系统

吸气式烟雾探测系统，又称采样式烟雾探测系统。这是一种基于光学空气检测技术发展起来，由微处理器电脑控制的烟雾检测装置。现代大空间建筑中大都安装了中央空气调节系统，在其使用时将对大空间建筑内的气流产生影响，而吸气式烟雾探测系统采用主动吸气的方式，突破了对空气流速的限制，可以安装在空调回风口进行探测。

2.4.3  红外光束式探测器

这种探测器与点式探测器相比在探测距离上有了很大的提高，同时，这种探测器的安装较为灵活，可安装在距顶棚较低的部位，在一定程度上克服了大空间建筑中出现的烟气沉降现象。

2.5  自动喷水灭火系统

2.5.1  大流量开式雨淋系统

雨淋系统具有火灾时反应速度快、使用效果明显的优点，大都采用火灾探测传动控制系统开启灭火，主要适用于燃烧猛烈、火灾荷载较大、存储危险和易燃物品较多且火灾时火势蔓延速度快的建筑，比如大型的影剧院、大型演播室、电影摄影棚等。普通喷淋系统喷出来的水滴较小，往往还没有到达着火点，就已经被烟气流迅速冲散并蒸发。而大流量（5L/s）开口喷头的雨淋系统能较好地满足需求，大流量开式雨淋系统的火灾探测传动控制系统报警的时间短于闭式喷头开启的时间，因此开式雨淋系统的反应时间比闭式自动喷水灭火系统快得多，再加上它喷出来的水流量很大，可以实现快速灭火。

2.5.2  快速响应早期抑制喷头（ESFR）的闭式自动喷水系统

该系统最初是美国为扑救高堆垛、高货架仓库火灾而开发出来的，随着对该系统研究的深入，它的适用范围越来越大，逐渐应用到大空间建筑中。ESFR喷头中心有一个小孔，在高压作用下，中心这股水柱可直达建筑地面，可扑灭喷头下部地面的火灾，解决了建筑高度过高对水滴的影响问题[5]。

2.5.3  智能数字化消防水炮

智能数字化消防水炮与火灾自动报警设施联动将红外传感、通信控制、信号处理、机械传动等技术有机地结合在一起，通过消防控制室主机实现24h不间断的自动监测保护。

一旦发生火灾，自动定位射流灭火装置立即启动，在确定好火源的位置后，迅速对准火源部位进行射水灭火，如果发现新的火源，自动灭火装置将重复上述动作。待全部火源扑灭后，中央控制器再发出停止射水灭火的指令。5～10L/s大空间高空水炮的射水形式为柱状射水，射程远，保护范围广，灭火能力非常强，是一种高度智能化的消防灭火装置。

2.5.4  大空间智能型喷水灭火系统

与传统的采用感温元件控制的闭式自动喷水灭火设施相比，具有可以主动开启系统定点持续喷水灭火，可以主动对火源位置进行定位，可多次重复启闭并主动停止喷水，大空间智能型喷水灭火系统不需紧贴房屋顶安装（灭火装置安装高度最高可达25m），并且安装方式灵活[6]，不需集热装置。

参考文献：

[1]王利珍，刘芳，蒲清平.大空间建筑喷淋对烟气层的影响[J].消防科学与技术，2004（11）：25-34.

[2]盖仁柏.消防系统安装工程[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]丁尚林.建筑消防技术规范[M].北京：化学工业出版社，2005.

[4]李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京：化学工业出版社，2005.

[5]J.HKlote，J.A.Milke. Design of Smoke Management Systems ASHRA[M].Atlanta.1992.

[6]孫说.关于大空间建筑防火对策[J].建筑科学，2002，

18（6）：48-50.

Difficulties and countermeasures in large space buildings fire design

Rao Jun，Cheng Zilai

（Wuhan Municipal Fire and Rescue Brigade，Hubei  Wuhan  430000）

Abstract：The paper combines the current fire technology specifications to explore the contradictions between the fire design of large space buildings and the current specifications and technical standards. Several suggestions for solving the difficulties in fire design of large space buildings by using modern fire protection science and technology are put forward in a targeted manner.

Keywords： large space building; fire design; difficulty and countermeasure