对人员密集大空间建筑消防性能设计的探讨

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大空间建筑通常是指民用和工业建筑内净空高度大于8米，仓库建筑物内净空高度大于12米的建筑。近年来，随着经济和文化发展的需要，体育馆、展览馆、礼堂、影剧院等人员密集大空间建筑如雨后春笋，四处可见。而人员密集的大空间建筑，材料使用更加复杂，同时由于人流量大以及由于人员的不确定性从而带来到人员疏散的不确定性，火灾危险性和火灾危害性更高，使得此类建筑比普通的大空间建筑提出类更高的防火要求。

由于大空间建筑空间跨度大，功能针对性强，传统的消防设计方法和设计规范已经很难满足建筑本身的防火设计需要，同时消防新技术、防火新材料、建筑新构件的出现也为消防性能化设计提供了新思路和新条件。

消防性能化设计是基于火灾学（firesafetyscience）和消防安全工程学（firesafetyengineering）成立的。它通过运用安全工程学的原理方法，对建筑物的火灾危险性进行量化分析，对火灾过程及其影响进行科学决策，并验证预定的消防安全目标能否达到，最后再视情况对设计方案进行优化调整。它强调从系统安全的高度出发，综合考虑各种因素对火灾的影响，研究如何实现建筑物的总体安全，得出最经济合理的设计方案。其评估分析流程主要为：确定评估对象—确定消防安全目标及性能化判定标准—确定火灾场景—火灾性状预测及结果分析—改进消防安全措施以达到目标。消防性能化设计在我国已经得到了一定的发展，国内也成立了部分防火研究所，专门从事大空间建筑的防火性能化研究，并得到了大量的实践和应用。

针对人员密集大空间建筑的消防特点，其性能化设计主要应包括人员安全疏散、建筑物的防火能力和有效的防火灭火措施三个方面：

1、人员安全疏散：人员疏散的安全评判标准是在综合考虑人员疏散速度、火灾烟气流动速度、火势蔓延时间、建筑物安全牢固的基础上，人员疏散的所需安全疏散时间（rset）小于可用安全疏散时间（aset）。其中rset涉及的参数主要包括人流密度、行走速度、出口流动系数等；aset涉及的参数主要包括火灾增长系数、火灾热释放系数、烟气蔓延速率、排烟系数、建筑强度衰减系数、烟气能见度、空气温度、co浓度等。火灾中，在保证建筑物基本强度的基础上，对人员疏散影响最大的是烟气能见度、烟气浓度和空气温度。依据资料，允许逃生的空气温度不应高于60℃，允许逃生的co浓度不应高于500ppm，允许逃生烟气能见度不应小于13米。烟气浓度可以通过自动喷水灭火系统和防排烟系统进行控制，同时，由于大空间建筑空间高、体积大的特性，本身具有较强的蓄烟功能，而应用排烟系统可能会破坏火灾中已经稳定的热烟层。因此，最好是对此类大空间建筑的烟气流动模式建立一个基于实验室或实际数据的数据库，通过对烟气蔓延的模拟，建立一个可性能化设计的平台，为排烟设计提供指导性依据。

2、建筑物的防火能力：鉴于人员密集大空间建筑的功能特点，其承重构件主要为钢梁和钢柱。因此，在对大空间建筑的性能化设计中，主要应将防止钢结构强度失效作为设计的一个重点。钢结构失效时的临界温度与钢结构的材质、结构的几何形状、截面系数、负载情况有关，因此，可以通过对不同钢结构的模拟试验，建立数据库模型，确定不同情况下钢结构的临界温度。从消防工程的观点看，如果火灾中钢结构在要求的耐火时间内没有达到临界温度，则不需要额外的防火保护；如果达到临界温度，则需要计算等效时间来确定钢结构的保护时间。

根据《建筑设计防火规范》的要求，人员密集场所建筑耐火等级不应低于二级，柱的耐火等级不应低于2.5h，梁的耐火等级不应低于1.0h，屋面承重构件的耐火等级不应低于1h。目前，钢结构防火涂料主要分为薄型、超薄型、厚型三种，而超薄型钢结构防火涂料因其美观及易施工、易装修等特点，使用频次最高，钢结构管材网架的内循环水冷却保护法还停留在研究探讨阶段。优良的钢结构防火涂料可以将钢结构的耐火时间提高至3h以上。具体的耐火时间可以根据建筑物的设计等级来确定。

3、有效的防火灭火措施：在传统的探测报警设备中，感温探测器只能探测8m及以下高度的空间，感烟探测器为12m及以下，火焰探测器及红外光束感烟探测器为20m及以下。鉴于大空间建筑的构造特性，功能区等固定房间可采用普通感温（烟）探测器，而展览区等大空间部位在实际施工中多采用双波段火焰探测器、线型光束图像感烟探测器、扫描式火灾探测器、主动时气体探测器等配合自动水炮系统等先进技术。其中以图像型火灾探测报警系统应用最为广泛。一般认为，在大空间建筑内水系统灭火方式仍然是最适宜的灭火方式。对于快速响应早期抑制喷头（esfr），喷头具有反应快，水滴大，流量大，压力高等特点，可适用于9-13m的大空间建筑，但作用效果受安装结构规整度、建筑高度的影响较大，消防用水量偏高，因此施工方在esfr的有效性和可行性上考虑较多；自动消防炮具有定位准确，灭火效率高，保护面积大，响应速度快的特点，同时对非火灾区域造成的损失小，可结合室内建筑装修实际合理布置，但一次性投资较高，对人员密集场所还应考虑到防止人身意外伤害的问题。

人员密集大空间建筑的防火安全设计涉及建筑、结构、电气、空调、给排水等多方面的内容，在设计中应优先考虑火灾中的人身安全，同时考虑如何降低成本，减少火灾发生和火灾损失，防止火灾的扩大和蔓延，利用性能化设计的思想，可以弥补现行规范的不足，进一步适应社会经济发展的需要。