地下建筑的消防安全防火设计探讨

2022-06-10应志刚蔡海宇陈思思

中国建筑金属结构 2022年5期

关键词：排烟口分区救援

应志刚蔡海宇陈思思

0 引言

地下建筑最大限度地利用了建筑物的竖向空间，有效地缓解了城市用地紧张的问题。建筑设计中，考虑到地下建筑火灾特点突出、危害性较大等因素，需积极分析其火灾影响因素，开展地下建筑的防火设计，保证地下建筑的消防安全。

1 地下建筑火灾特点

1.1 燃烧特点

火灾对于建筑物的使用具有较大危害，并且其严重影响着建筑使用者的人身安全和财产安全。当地下建筑发生火灾时，外界通风状况对于火灾的燃烧状况、危害程度具有较大影响。相比地上建筑，地下建筑的出入口较少，通风状况较差，这使得地下建筑本身具有氧气供给不充分的特征；在这种条件下，一旦发生火灾，则不完全燃烧现象较为明显，不完全燃烧会产生浓烈的烟雾，这些烟雾主要是通过出入口向外排放的。出入口是地下建筑新鲜空气输入的通道，受向外排放烟雾影响，新鲜空气的输入会受到影响，这使得地下建筑的不完全燃烧现象更显明显。另外在地面风向、风速等因素的影响下，地下建筑内部烟气流动状况也会变得更加复杂，一般在具有两个或以上出入口的地下建筑中，发生火灾时会自然地形成排烟口和进风口。此外，随着出入口的增加，地下空气中氧气含量丰富，这会大大加快火灾的燃烧速度。

1.2 疏散困难

地下建筑发生火灾时，人员疏散较为困难。（1）地下建筑的出入口相对较少，疏散步行距离相对较长，且在发生火灾时，电梯等工具均无法使用，这对地下建筑的人员疏散造成了较大影响。（2）地下建筑烟雾扩散实验表明，当地下建筑使用倾斜面吊顶时，发生火灾使得浓烟流速可达到3m/s。在没有排烟设备的支撑下，出入口即是火灾下的排烟口，这造成了排烟口与人们疏散方向一致的问题；致使疏散逃生人员容易受高温浓烟影响。同时地下建筑基本没有自然采光，在发生火灾时，地下建筑的电力系统容易受到影响，此时在黑暗与火灾浓烟的双重作用下，人员疏散的难度会大大增加，尤其是当人们的视距不到3m 时，很难逃离火灾现场。（3）伴随着火灾燃烧现象，地下建筑内的缺氧问题会愈发明显，同时不完全燃烧所产生的一氧化碳还会使得人体中毒，这些问题均增加了地下建筑人员疏散的难度，有必要积极防范地下建筑火灾，并加强火灾下的人员疏散管理，避免造成较大人员伤亡和财产损失。

1.3 扑救困难

扑救困难是地下建筑火灾的主要特征。一方面，结合建筑施工应用实际可知，地下建筑多被用来作为设备间、储物间、商场、停车场，建筑内的电气线路及管道较为密集，且装饰多为易燃、可燃的材料，这大大加快了火灾的蔓延速度。另一方面，受出入口较少等因素的影响，消防人员的现场指挥和火灾救援速度会受到较大影响，放缓了火灾救援的速度；另外，火灾发生时较为混乱的逃生人群也会给救援工作带来加大影响，增加了地下建筑火灾扑救的难度。

2 地下建筑消防安全防火设计思路

2.1 任务目标

地下建筑火灾不仅会造成较为严重的人员伤亡和财产损失，而且会对周围的环境造成较大污染；针对可能出现的地下建筑火灾危害，应积极开展消防安全防火设计。从本质上讲，消防安全防火设计是一种事故应急救援设计，其设计的核心目标在于：通过切实有效的应急救援方案和救援行动，最大限度降低事故后果。火灾救援过程中，抢救受害人员是最基本的任务，其要求采取切实有效的措施，规范开展现场救急和转送工作，减少人员伤亡，并减少火灾事故下的财产损失。

2.2 思路要求

地下建筑应用中，火灾的发生具有突然性、高危性的特征。发生火灾后，首先，应组织人员及时地进行撤离，减少火灾对人员的伤害。其次，应迅速地控制事态，检测事故造成的危害，测定火灾事故的危害区域；该环节中，应重视危险源的控制，避免火灾事故进一步扩张，为后期救援奠定良好基础。最后，在消除危险后，应做好火灾现场的恢复，一般在火灾现场恢复中，应通过封闭、隔离、洗消、检测等方式，控制和减少火灾对人体、动植物、土壤和空气造成的危害，最终将事故现场恢复到相对稳定的状态。

为从源头上预防或减少火灾发生，在地下建筑消防安全防火设计的初期阶段，就必须注重建筑耐火等级的设计。以高层建筑为例，其在设计中应按照一二级的差异进行建筑耐火等级设计，具体设计中，还应注重建筑构件燃烧性能和耐火极限的细化分析（见表1）。值得注意的是，在建筑消防安全防范设计中，还应考虑火灾发生后的自救和火灾扑救设计。在火灾救援设计中，要求通过减少燃烧源、隔断火灾蔓延、使用灭火器具消除火源的方式及进行扑救，该环节中，要求积极预防中毒、坍塌、坠落、触电等问题，避免火灾造成较大危害。

表1 建筑构件燃烧性能及耐火极限

3 地下建筑的消防安全防火设计要点

3.1 防火分区设计

结合工程建设实际可知，当前地下建筑的建设规模逐渐增多，建筑层数逐渐增多，除商业服务外，这些地下建筑在文化娱乐服务中也发挥着重要作用，另外一些地下建筑还被作为车库，设备间，这些地下建筑人员密集，设备管线众多，且存在较多的可燃物，故而在地下建筑消防安全防火设计中，先应开展地下建筑的防火分区设计。

尽可能地减少防火分区的面积是地下建筑防火分区设计的基本要求，其能有效地减少火灾所带来的损害。结合防火分区设计应用实际可知，当发生火灾时，通过关闭防火门、防火卷帘等措施，已能避免火灾向其他区域蔓延。在一定程度上，这种借助防火门的方式能将火灾带来的损失控制在绩效的范围之内，但是考虑到该设计方式后期建设投资较高的特征，需在同一个防火分区中涉及多个小空间，以此来实现防火效果与经济效益的统一。

对比地面建筑防火分区设计，地下建筑在防火分区划分中更加严格，考虑到建筑功能的差异，其防火分区的划分也有较大差异。通常在地下建筑消防安全防火设计中，要求其防火分区的面积保持在500m以内，并且在划分的防火分区中，应配置系统完善的防火设施，如火灾报警、自动喷水灭火系统等。当地下建筑物有特殊用途，在开展防火分区设计过程中，要求配置性能突出的防烟、排烟设备，一般防烟分区的面积多保持在2 000m以内。另外地下建筑面积较大，且已经超过20 000m时，在具体设计中，还应考虑以下要点：（1）在防火分区设计中，要求采用不开设门窗、洞口的防火墙进行分割，以此来减少不同区域之间火灾蔓延的问题。（2）应做好防火隔间、避难走道的设计，其中在防火隔间设计中，要求重视实体防火墙的设计，同时应配置甲级防火门，确保地下建筑发生火灾时，通过防火墙、防火门的应用，能有效减小火灾的危害。避难走道设计中，要求走道的两侧为防火墙，同时在一些局部的连接区域，应重视敞开式甲级防火门的设计，这些防火门应具有自行关闭功能，满足后期火灾救援需要。

3.2 防烟排烟设计

地下建筑火灾多为不完全燃烧，伴随着火灾，地下建筑内的烟雾较为浓烈，对此应将防烟、排烟设计作为地下建筑消防安全设计的重点，积极开展防烟分区、排烟口、风道等要素的设计，同时应做好自然排烟、机械排烟、防烟楼梯间等要素的科学规划。

3.3 防烟分区

地下建筑消防安全防火设计中，防烟分区和防火分区设计具有相似性的特征；即在防烟分区设计中，要求其分区的面积尽可能地保持在500m以内，且防烟分区不得跨越防火分区，此外应保证防烟分区形状简单，避免两个街道的防烟分区发生混合，以此来提升防烟、排烟的整体效果。结合现阶段地下建筑设计应用实际可知，其防烟分区多是通过挡烟垂壁形成的，这种挡烟垂壁的蓄烟能力有限；当火灾突然发生，烟尘量急剧增加时，挡烟垂壁的排烟能力难以满足实际应用需要，故而在挡烟垂壁应用中需重视其与感烟探测器、排烟设备的联动应用。

3.4 排烟口与风道

完成地下建筑防烟分区设计后，还应为每个防烟分区设计一定的排烟口，要求每个防烟分区的排烟口不少于1个。现阶段，排烟口多被设计在吊顶面上或其他排烟效果较好的区域；并且为保证地下建筑的排烟效果，一些地下建筑中还配置了机械排烟设备，要求加强这些机械排烟设备与挡烟垂壁的结合，在此过程中，应为机械排烟设备设置必要的排烟口，满足地下建筑排烟需要。传统设计模式下，一些地下建筑的出入口即为排烟口，这使得火灾事故下的人员疏散受到了较大影响，新时期，为提升地下建筑防火、排烟效果，还应注重出入口和排烟口风道的独立设计，这样能确保即便在火灾情况下出入口也没有浓烟，确保了人们的安全性。

3.5 排烟方式

建筑消防安全防火设计中，还应注重排烟方式的系统设计。现阶段，自然排烟、机械排烟是地下建筑消防安全防火设计的重要方式。其中，若地下建筑具有较大的排烟口，排烟口的面积占到地下建筑面积1/50 时，一般设计采用自然排烟方式。该方式下，应重视自然排烟设施的合理安排，避免地面风从排烟口倒灌入地下建筑当中；出于这一考虑，在排烟口设计阶段，还应确保其高出地面，这样不仅能增加排烟的效果，而且能减少外界风力等因素对排烟效果的影响。值得注意的是，在自然排烟方式下，烟尘的流动方向难以控制，即便存在排烟口，出入口也有可能成为排烟口，这影响了火灾救援及人员疏散工作的开展。对此在出口部位设置自然排烟通道时，还应注重垂壁挡烟设施的应用。

3.6 防烟楼梯间

传统设计模式下，地下建筑消防安全防火设计往往会忽视防烟楼梯间的设计。新时期，应将防烟楼梯间作为关键设计内容，对防烟楼梯间的各个要素进行合理规划。通常，当地下建筑不少于3 层，或者到地下室内地面与室外出入口地坪高差超过10m 时，应为其设置防烟楼梯间，并且在防烟楼梯间设计中，还应注重其进风、排风系统的独立设计，以此来确保防烟楼梯间应用的安全性。

4 人员疏散设计

开展地下建筑消防安全防火设计，首要任务是保证地下建筑内人员的安全，避免人们因火灾而受到伤害。对此在实际设计中，应将人员疏散设计作为关键内容，从人员密度、疏散时间、疏散标准三个层面出发，进行人员疏散设计，最大限度地保证地下建筑人员安全。

4.1 人员密度

建筑工程项目开发建设中，受城市用地紧张等因素的影响，地下建筑的建设应用规模不断扩大，这些地下建筑作为商场、影剧院、游乐场、停车场，在城市经济发展和人们生活中发挥着重要作用。从地下建筑实际应用情况来看，当前地下建筑的人员密度较大，人员疏散较为缓慢，这使得发生火灾时容易造成一定的人员伤害。对此从地下建筑消防安全防火设计的角度来看，在实际设计中，应注重地下建筑人员密度的科学估算。

4.2 疏散时间

安全疏散设计是建筑消防安全设计的重要内容，在此项设计要素中，应注重疏散时间的系统分析。通常当地下建筑发生火灾时，应确保所有的人员能在最短的时间内疏散到地面或者避难处。在此过程中，除考虑地下建筑到安全出口最大步行距离外，还行注重通道宽度、出口数量的有效设计；此外设计师还应考虑地下建筑人员性质、火灾发生时人员行动能力等因素，这样才能实现疏散时间的准确把控，为火灾救援提供有效支撑。结合相关设计规范可知，当地下建筑发生火灾时，烟热等因素对人员的影响较大，故而人们应尽可能地在3min 内疏散到安全地点，这样能大大减少火灾对人员的伤害。

4.3 疏散标志

要进一步提升地下建筑消防安全防火设计质量，在人员疏散设计阶段，还应注重疏散标准的系统设计。疏散标志在地下建筑火灾救援中起到至关重要的作用。在实际设计中，针对疏散标准的设计，一方面，应严格控制火灾救援疏散标志高度的设计，要求该标志保持在距地面1.8m 左右，避免对正常的交通造成影响，同时应防止烟气遮挡标准。另一方面，发生火灾时，浓烟会严重影响人们的视线，在疏散标志设计中，应尽可能地使用发光性疏散标志，这样人们能有效辨识疏散标志，并顺着疏散标志快速疏散到安全区域，这大大减少了火灾危害，提升了消防安全防火设计应用的整体质量。

5 加强新能源汽车充电桩设计应用管理

随着国家鼓励新能源发展政策的不断出台，电动汽车行业得到迅猛发展，为满足新能源汽车充电需要，越来越多的地下建筑还配置了一定的新能源汽车充电桩。这满足了新能源汽车充电需要，但也给地下建筑带来一定的消防压力。对此在新能源汽车充电桩设计中，应系统考虑被充电车型，充电类别，车辆应用类型，进行充电桩电量及功率因数控制，实现新能源汽车充电与用电安全的统一。同时在新能源汽车充电桩应用中，要求严格按照充电桩数量进行防火分隔设计，要求在每个防火分区配置固定数量的新能源汽车充电桩，避免某一分区集中用电产生火灾隐患。另外还应通过智能监测技术对新能源汽车充电桩的应用进行监管，确保新能源汽车充电桩应用的安全性，保证地下建筑防火综合效益。