我国南方某大型会展中心消防设计分析

赵玉婷,张典帅

(1.珠海格力房产有限公司, 广东珠海 519000; 2. 珠海合联房产有限公司, 广东珠海 519015)

0 引言

随着我国城市化推进和经济的发展,会展中心在城市需求越来越大,承担着国内学术、文化及经济的交流的任务。会展中心因建筑占地面积大、空间高,在建筑设计方面存在较大难点。因此国内学者针大型会展中心问题,开展了系列消防设计研究。其中许剑方[1]以福州国际会展中心开幕大厅为例,利用SIMULEX和FDS软件进行了烟气模拟和人员疏散特性研究。李守斌[2]采用防火隔离带的方式解决了新疆国际会展中心防火分区面积过大的消防设计问题。申立新、王均亮[3]的研究成果明确利用计算机仿真软件进行建筑性能化设计和评估,能够使得特殊使用功能的建筑消防设计方案更合理。宋云龙等[4]针对杭州大会展中心项目采用了9 m的防火隔离带将多功能站厅划分为不大于5 000 m2的区域[4]。为了更好地了解大型会展中心消防设计现状,笔者以我国南方大型会展中心为例针对其消防安全设计展开了系列分析。

1 工程概况

我国南方某会展中心因设计形式共分为南北2个区域。其中南区总建筑面积81 150 m2,展览面积60 950 m2、主序厅及前厅4 050 m2, 展厅配套11 150 m2;北区会议及精品展馆20 850 m2,前厅3 520 m2,会议配套8 380 m2。建筑使用功能为会展,可举办大型展览或多个不同规模的中型展览,同时配套会议、餐饮等综合服务功能,可满足大型活动、庆典等多功能使用需求。

2 消防设计难点

会展中心因其建筑体量较大,为考虑作为国际会展中心的使用功能和特殊需求,部分会议功能区域若按照常规设计将破坏建筑的使用功能,无法满足使用要求。根据JGJ 218-2010《展览建筑设计规范》条文5.2.5规定[5]:“当展厅的使用有特殊要求时,可采用性能化设计方法进行防火设计。”因此,笔者运用消防安全工程学的原理进行消防安全评估论证,确保其消防安全达到规范要求的同等水平。针对大型会展中心防火分隔方式设计和大型空间防排烟系统设计开展了系列比对分析。

2.1 防火分隔方式设计

2.1.1 设计难点

参照GB 50016-2014(2018年版)《建筑设计防火规范》的要求[6],会展中心内展览厅在消防设计满足相关要求时,最大程度防火分区面积不超过10 000 m2。目前会展中心考虑到后期成本国际会议,目前北区南区共4个展馆面积均突破10 000 m2。相关情况详见表1和图1。

图1 会展中心南北区平面布置示意

表1 会展中心展馆面积情况汇总

2.1.2 防火分隔设计方案

为满足会展中心功能、视觉及空间的连续,防火分区之间难以采用常规的防火分隔设施进行进一步分隔。厅内的大空间有利于烟气排放和稀释,可以使烟气更晚地下降到危险高度,但同时展馆的超大面积却可能导致火灾在建筑内进一步蔓延,造成更大的经济损失。因此,针对此类情况提出采用“防火隔离带”的方式来进行分隔,具体要求:

(1)面积控制:采用防火隔离带将南区会展中心首层各展馆分隔为2个大区块,每个区块面积不超过10 000 m2;采用防火隔离带将北区会议中心首层展馆分隔为3个大区块,每个区块面积不超过4 000 m2;采用防火隔离带将北区会议中心2层会议厅分隔为2个大区块,每个区块面积不超过3 000 m2。

(2)宽度要求:防火隔离带的净宽度不应低于9.0 m。即防火隔离带两侧的展位或其他可燃物之间应至少保持9.0 m的间距,防火隔离带应在地面划分醒目标线,并注明“防火隔离带范围内严禁放置可燃物”等字样。

(3)防烟分隔设施:防火隔离带两侧与展厅相连接的部位应设置挡烟垂壁,挡烟垂壁的深度不应小于1.8 m。

2.2 防排烟系统设计

2.2.1 设计难点

南区会展中心展厅建筑空间高大,最大净高为29 m,且防火分区面积较大,设计中防烟分区按不大于2 000 m2划分虚拟防烟分区。 1#展厅至4#展厅的排烟系统设计为自然排烟系统,利用外门作为自然补风口,参照GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的要求设计排烟系统的排烟量和有效自然排烟窗(口)面积[7]。

由于展厅的建筑规模较大,建筑空间较高,为了保证紧急情况下展厅的自然排烟系统的有效性,拟采取计算机软件模拟分析论证南区会展中心展厅自然排烟系统的有效性。

2.2.2 防排烟系统设计方案

针对南区会展中心超大空间防排烟涉及问题,提出几点要求:

(1)可靠性:为保证紧急情况下自然排烟口能有效开启,要求自然排烟口的开启方式应包含自动(消防联动)开启、手动开启和机械应急制动开启,在紧急情况下应仍能保证自然排烟口的正常开启。自然排烟窗(口)采用与火灾自动报警系统联动和温度释放装置联动的控制方式。自然排烟窗(口)应在储烟仓内,沿火灾烟气的气流方向开启,设置在高位不便于直接开启的自然排烟窗(口),应设置距地面高度1.3～1.5 m的手动开启装置。

(2)控制方式:由于本区域净空高度超9 m,按规范要求可不设挡烟设施,烟气蔓延过程中不会受到明显的阻挡,因此,报告要求自然排烟窗应按照展厅同时开启的方式控制;高位自然排烟窗采用气动开启的方式,选用符合要求的气动排烟窗;此类自动排烟窗应在60 s内或小于烟气充满储烟仓时间内开启完毕,带有温控等防失效功能的自动排烟窗,其温控释放温度应大于环境温度30 ℃且小于100 ℃。

相关防排烟涉及还将采取火灾动力学软件模拟进行有效性分析。

3 数值模拟

笔者利用火灾动力学模型(FDS)开展了相关计算机模拟工作。分别在会展中心北区、南区设置不同火灾规模的火灾并考虑到外部风速、消防设备失效对结果的影响。

3.1 场景设置

参照国家标准GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的相关规定确定火灾规模,对于展馆以及具有展览用途的展馆,按表中“商店、展览厅”的要求,火灾规模取3.0 MW,对于自动灭火系统失效的情况,火灾规模取10.0 MW,相关火灾场景参数见表2。

3.2 模型结构

当确定了人员疏散时间,必须确保人员在疏散时的安全,即在人员完全疏散之前火场的温度、烟气层高度等安全指标能否小于人的耐受极限。需要进行烟气分析以便计算场内可提供的安全时间。文章采用FDS模型,把各个设计火灾场景输入FDS模型,然后定量分析烟气的扩散情况。计算机仿真模拟模型及烟气蔓延情况、温度分布情况、能见度及CO2浓度分布示意见图2。

图2 会展中心计算机仿真模拟模型及参数

3.3 小结

考虑到本项目属于大型建筑,建筑空间形式比较复杂,疏散距离较长,故对其安全性的模拟时间确定为30 min,即1 800 s。通过计算机模拟软件设置了7个火灾模拟工况,相关模拟情况和判定标准见表3。

表3 火灾工况模拟结果汇总 单位:s

4 结论与建议

笔者以国内某国际会展中心为研究对象,根据建筑的使用功能要求及设计的特殊性提出了消防安全策略,通过对设计的消防安全性采用定性和定量分析,以保护生命安全、减少财产损失、提供消防扑救环境等为消防安全目标。通过设计相关的计算机仿真模拟研究结果,得出结论:

(1)按照提供的消防技术解决方案设计时,通过模拟分析,各个火灾场景的可用安全疏散时间均大于必需安全疏散时间,且具有较大的安全余量,建筑内人员能够在烟气发展到人体耐受极限条件之前疏散至安全区域,达到了设定的消防安全设计目标。

(2)设置防火隔离带后,能有效阻止会展中心内部的火势蔓延,防止火势进一步扩大,到达了用于防火分隔的目标。

(3)南区会展中心在自动灭火系统和自然排烟系统失效,展馆之间室外通道的疏散门的通行功能和防烟隔热功能失效的保守不利条件下,展馆内的环境均未达到人体耐受极限,仅有少量烟气进入室外通道并被及时排走,未进入前厅,不会危及室外通道和前厅的安全,展馆、前厅和主序厅内的人员均能安全疏散。

(4)南区会展中心展馆采用自然排烟系统或者机械排烟系统均能保证人员安全疏散;自然排烟工况下,结合当地气象条件,在考虑室外较高温度(35.1 ℃)和风速(最大8.0 m/s,相当于通用风级划分标准《蒲福风力等级表》的五级风)条件下,也能够保证人员的安全疏散。