大型商业综合体大中庭消防安全性能探讨

舒雅 陈桦 张洁玉 吴林峰

针对某一类高层商业中庭进行了消防安全性探讨。通过中庭存在的消防设计难点，提出了相应适合的中庭消防设计方案。结合设计方案从保守角度出发，设置4个火灾和1个整体疏散场景，利用数值模拟软件进行消防安全性分析。通过模拟分析，各火灾工况下中庭内人员均能在烟气发展到人体耐受极限条件之前疏散至安全区域。

中庭; 烟气模拟; 疏散模拟; 消防安全; 大型商业综合体

TU998.12 A

［定稿日期］2022-06-01

［作者简介］舒雅（1989—），女，硕士，工程师，从事消防设计咨询顾问和特殊消防设计工作。

中庭因为联通面积较大，是建筑消防安全设计的重点关注对象，国内学者利用计算机模拟对中庭及超大空间烟气特性开展了相关研究。李莉［1］利用FDS对100 m高中庭进行烟气特性研究，并考虑排烟方式、排烟口位置对排烟效果的影响。袁满等［2］针对中庭底部起火对大空间的影响进行了研究。研究通过数值模拟的方法，设置8.0 MW快速火，明确了超高层中庭的烟气蔓延特性及排烟策略。蔡敬［3］针对某5层大型商业综合体开展了消防优化设计的研究，通过设置亚安全区、挡烟设施、开设辅助疏散口等多项措施，并结合数值模拟结果，优化了现行消防设计方案。 张蓬［4］利用消防新能化的防范对双层会展中心进行了优化设计，并对比了多种防火分隔措施的效果及经济性指数。

笔者针对某8层大型商业综合体中庭开展研究，目的是分析其消防安全性能。

1 工程概况

某大型商业综合体地上8层，建筑高度49 m。地上建筑面积约为22万m2。属于一类高层建筑，耐火等级为一级。建筑内室内中庭连通8个楼层，按照中庭连通形状和所处的位置共包含4个中庭区域，如图1所示。

基于商业空间效果的诉求，设置了4个中庭共享空间。1号和3号中庭为独立中庭，2号中庭和4号中庭为同一个中庭内2个独立小中庭。4个中庭应分别按照一个防火单元进行设计。各中庭联通楼层及面积如表1所示。

2 消防设计难点

1～3号中庭连通面积均超过了GB 50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》第5.3.1条对单个普通防火分区面积限制［5］，拟按照GB 50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》第5.3.2条要求进行消防设计，分别从中庭空间性质、防火分隔、人员疏散设计、排烟设计等几个方面，并结合规范条文要求，论述和分析中庭的消防设计情况。

3 消防性能化解决方案

3.1 中庭性质

中庭有多个洞口、回廊等共享空间组成，中庭两侧为商铺等功能房间。中庭区域不作为商业用途，仅作为人员交通空间，不可设置可燃物。针对中庭区域的装修装饰材料，严格按照现行规范要求执行，其连通部位的顶棚、墙面、地面采用A级装修材料，其他部位应采用不低于B1级的装修材料。

3.2 防火分隔

根據实际功能需要，中庭与商业之间的分隔拟按采用C类防火玻璃+喷淋保护系统、防火卷帘及甲级防火门进行分隔。部分店铺前分隔防火卷帘耐火隔热性不满足GB/T 7633-2008《门和卷帘的耐火试验方法》要求时［6］，按规范设置自动喷水灭火系统进行保护。中庭与走道之间采用耐火极限不低于2 h的实体墙+甲级防火门，满足防火与人员疏散的需要。中庭与中庭之间的分隔采用耐火极限不低于3 h防火卷帘进行分隔。

除上述主要部位外，中庭与儿童活动场所、电影院及歌舞娱乐放映游艺场所等其他部位之间采用耐火极限不低于2 h的实体墙进行分隔，实体墙上确需要开设门窗洞口时，需采用甲级防火门、窗。

为了避免防火卷帘失效情况下，火灾通过中庭洞口竖向蔓延，并兼顾疏散需要，要求中庭回廊宽度（即中庭洞口边缘至中庭与店铺分界面之间的距离）不应小于3 m。

3.3 人员疏散设计

中庭与商铺的防火分隔是铺前，商铺不通过中庭疏散。需在商铺背面设疏散走道，以满足商铺的疏散要求。各中庭防火单元内人员均应在本单元内进行疏散，中庭各层应按规范对应商业营业厅要求计算疏散人数，疏散楼梯的设置应满足规范要求。经核算，各中庭防火单位疏散宽度均满足要求。

中庭公共区疏散距离按37.5 m控制。现设计方案中庭各层的疏散就能均能控制在37.5 m以内。中庭每层有不少于2个安全出口。L1层中庭区域直接出室外；其他楼层中庭区域主要是利用通向本中庭防火单元的疏散楼梯进行疏散。

3.4 排烟设计

中庭的回廊和洞口之间设挡烟设施，分别划分防烟分区。回廊防烟分区排烟量按60 m3/（h·m2）计算且不小于13 000 m3/h；中庭洞口区域排烟量不小于周围场所防烟分区最大排烟量的2倍且不小于107 000 m3/h。

中庭内部按规范要求划分防烟分区，当空间高度大于9 m时，防烟分区之间可不设挡烟设施。防烟分区内存在不同标高楼板时，并根据安全疏散所需最小清晰高度来核算排烟量。

4 数值模拟

4.1 模型建立

为研究现行中庭设计方案是否可以保证火灾情况下人员安疏散，采用FDS软件模拟火灾发展和烟气蔓延特性，采用STEPS人员疏散软件模拟人员疏散行动时间。 根据商业综合体的数据建立等比例模型（图2）。

4.2 场景及参数设置

考虑到火灾工况下消防系统各种可能出现的情况，设置了4个火灾场景，1个疏散场景。

火灾场景结合工程实际情况，分别考虑了排烟口不能正常打开的不利情况，并参照GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的要求设置火灾规模参数［6］；考虑到本项目体量较大，疏散人数较多，故对其安全性的模拟时间确定为30 min，即1 800 s（表2）。

中庭防火单元内人员均应在本单元内进行疏散，中各层应按规范对应商业营业厅要求计算疏散人数。研究共设定了1个整体疏散场景，所有出口均可使用。

4.3 烟气模拟结果

烟气模拟结果及相关数据具体如图3所示。

A1场景模拟过程中，中庭上层烟气温度在36 ℃左右，下层烟气温度在26 ℃左右。7层、6层、5层、4层、3层、2层、1层各层中庭回廊距地面2 m高度处的CO2浓度分别达到0.09%、0.088%、0.085%、0.084%、0.43%、0.2%、0.1%左右。各层中庭回廊距地面2 m高度处的能见度都保持在30 m左右。

A2场景模拟过程中，中庭上层烟气温度在48 ℃左右，下层烟气温度在29 ℃左右。7层、6层、5层、4层、3层、2层、1层各层中庭回廊距地面2 m高度处的CO2浓度分别达到0.35%、0.32%、0.3%、0.29%、0.28%、0.45%、0.4%左右。各层中庭回廊距地面2m高度处的能见度分别在1 200 s、1 290 s、1 350 s、1 360 s、1 500 s、1 080 s、1 060 s时下降至10 m。

B1场景模拟过程中，中庭上层烟气温度在86 ℃左右，下层烟气温度在26 ℃左右。7层中庭回廊距地面2 m高度处的CO2浓度在1 000 s时到达在1%；6层中庭回廊距地面2 m高度处的CO2浓度达到0.18%左右；5层、4层、3層、2层、1层各层中庭回廊距离2 m处的CO2浓度无明显变化接近火灾发生前的室内环境值。7层中庭回廊距地面2 m高度处的能见度在500 s时下降至10 m；6层中庭回廊距地面2 m高度处的能见度下降至18 m左右；5层、4层、3层、2层、1层各层中庭回廊距离2 m处的CO2浓度无明显变化接近火灾发生前的室内环境值。

B2场景模拟过程中，中庭上层烟气温度在98 ℃左右，下层烟气温度在26 ℃左右。7层中庭回廊距地面2 m高度处的CO2浓度在830 s时到达1%；6层中庭回廊距地面2 m高度处的CO2浓度达到0.6%左右；5层、4层、3层、2层、1层各层中庭回廊距离2 m处的CO2浓度无明显变化接近火灾发生前的室内环境值。7层、6层中庭回廊距地面2 m高度处的能见度分别在450 s、1 600 s时下降至10 m；5层、4层、3层、2层、1层各层中庭回廊距离2 m处的CO2浓度无明显变化接近火灾发生前的室内环境值。

4.4 疏散模拟结果

烟气模拟结果及相关数据具体如图4、表3所示。

4.5 小结

为了实现对人员安全疏散的定量分析，通过烟气流动和人员疏散2个方面的模拟，对比量化的人员安全疏散时间判据进行判断。安全余量越大，人员疏散的安全性就越高。计算结果表明，在发生火灾时，现有消防方案设计可以保证人员的安全疏散（表4）。

5 结论与建议

5.1 结论

结合消防性能化解决方案和数值模拟分析结果，现行大中庭防消防安全设计是可行的，能够保证人员的安全疏散。但在日常运营中要加强管理，严格控制火灾荷载，同时应确保各疏散门、疏散通道和安全出口的畅通，加强消防设施设备的维护保养，确保消防设施设备的功能完整性。

5.2 建议

通过对起火点高度进行比对分析，在消防系统失效的情况下，火灾场景B2（起火点为1层）中L7层安全余量时间为912 s；火灾场景D2（起火点为7层）中L7层安全余量时间仅为162 s，安全余量大幅度降低。这是因为火灾场景D2所在的4号中庭的高度仅约10.8 m，蓄烟能力相对较低，在最不利的情况下烟气很容易填充满整个中庭空间导致安全余量时间较小。从疏散的角度出发，为进一步提升中庭的消防安全性能，建议将4号中庭和2号中庭贯通，有利于提高该区域的人员疏散安全性。

参考文献

［1］ 李莉. 基于数值模拟的超高中庭排烟系统性能研究［J］. 消防科学与技术， 2015， 34（12）：3.

［2］ 袁满，张佳庆，何学超. 回廊式超高中庭三级排烟效果模拟研究［J］. 消防科学与技术，2018，37（6）：757.

［3］ 蔡敬. 建筑工程消防安全性能化设计探讨［J］. 消防科学与技术， 2016， 35（6）：3.

［4］ 张蓬. 基于性能化方法的消防工程设计经济性优选分析［J］. 消防科学与技术， 2014， 33（6）：4.

［5］ 建筑设计防火规范： GB 50016-2014（2018年版）［S］.

［6］ 门和卷帘的耐火试验方法： GB/T 7633-2008［S］.

［7］ 建筑防烟排烟系统技术标准： GB 51251-2017［S］.