萬達商業綜合體的性能化防火設計分析

曹克珍（天津市長城建筑設計有限公司，天津　300041）

萬達商業綜合體的性能化防火設計分析

曹克珍
（天津市長城建筑設計有限公司，天津300041）

摘要：大型商業綜合體的出現給按傳統規范進行防火設計帶來新的難題和挑戰，性能化防火設計是解決這一問題的可行方法。萬達商業綜合體即是具有代表性的商業綜合體模式，采用性能化防火的方法對其進行分析，可以突破現行規范的桎梏，解決實際消防難題。

關鍵詞：萬達商業；指標；性能；場景；參數

中國經濟的高速發展引起了商業業態的深刻變革，各種大型商業綜合體如雨后春筍般地出現。此類建筑發生火災時容易導致人員傷亡多，經濟損失大，而現行建筑規范的適用范圍已經無法涵蓋這種新的建筑形式。

目前尚未針對商業綜合體制定專門的規范，由于我國規范內容的滯后性不能適應新形勢的發展，局部進行簡單的修訂也很難適應建筑的多樣化的需求，探索合理的建筑設計和技術支持是當前面臨的主要課題。國內外已經在這方面做了大量的研究和應用工作，并且在許多大型建筑中得到初步實踐取得很好的效果，這就是以性能為基礎的消防設計，簡稱性能化防火設計。

性能化防火設計是一種新型的防火設計思路，它不是根據固定的模式進行，而是一種更為理性的方法。首先運用消防安全工程學的原理和方法制定整個防火系統應達到的性能目標針，然后對特定的建筑功能，火災荷載和火災場景進行分析，利用工程分析工具對火災的危險性和后果進行定性、定量的預測與評估，最后得到最佳解決方案，該方案不是特定的解決方案，只需根據指標要求確定具體的工程措施，但是需要證明其所選擇的工程解決方法或措施是安全可靠性，取得審核人員的認可。

萬達商業綜合體的商業業態根據項目所在地理位置，結構形式，功能組合及人員構成等方面不同特點和消防設施的配置情況，決定其使用功能復雜，造型體量獨特，在消防設計方面面臨巨大的難題。

首先，室內防火分區的劃分面積超過標準，而且劃分措施難以保證實效。為了保證室內步行街與兩側精品店使用功能和空間的完整，兩者不劃分防火分區，導致該區域的建筑面積遠遠超過規范規定的防火分區最大允許建筑面積。中庭等共享空間跨越幾層，防火分區需疊加考慮，即便疊加也難以保證分隔嚴密，造成防火分隔漏洞。

其次，室內的疏散距離無法滿足現有規范要求。防火規范對于營業廳等大空間的行走距離未做要求，而是由當地消防部門確定一個參考值。另外室內步行街往往超出現有規范對疏散距離的要求，無法保障在火災發生時人員能否依據消防設施的參與救援，快速而有效地通過消防路徑到達安全區域。

再次，主要營業大廳和步行街的疏散樓梯無法直通室外，形成有效的疏散安全出口。該類建筑由于在外墻設置樓梯難以滿足疏散距離要求，只能在商業空間內部區域布置疏散樓梯，導致疏散樓梯在首層的出口將設在室內，人員需要通過室內公共區域才能到達室外，期間過程曲折，容易消耗寶貴的逃生時間。

最后，各層疏散走道和樓梯的寬度均小于按照規范要求計算所得數值。疏散寬度直接影響人員的疏散時間，而疏散時間又直接關系疏散人員的生命安全。由于設計時未考慮實際使用時可能遇到的最不利情況以及室內疏散路徑的不確定性，實際所需的疏散寬度小于規范要求所需寬度的情況經常出現。

針對這些消防設計的難點，萬達商業綜合體結合不同形式的火災荷載分布，火災和煙氣蔓延情況以及人流疏散等特點，在確保消防安全目標達到規范要求的基礎上，采用創新的思路用性能化防火設計的方法來解決以上問題。性能化防火設計總體設計思路是：根據工程性質確定安全目標和性能指標，利用收集的性能參數設計火災場景，建立火災模型，模擬計算后分析結果，由此判斷是否滿足指標，若不滿足則進行修改設計回到流程起點，多次往返后直到最終滿足指標。

下面我們將對性能化防火設計的工作步驟進行討論。涉及的內容包括：安全目標的確定，安全性能的選擇，火災場景的設計，關鍵參數的確定與計算。

一、安全目標的確定

安全目標對商業建筑而言主要是保護人員生命的安全，保護財產的安全，保護建筑本身的安全。從三個安全目標具體分析包括防火分區擴大，疏散和防火分隔幾個問題。

首先是防火分區面積過大問題，防火分區面積超出規范的要求是大型商業建筑中經常出現的問題，設置防火分區的目的是為了控制火災的規模，限制火災的大面積蔓延，從而減少由此而來帶來的財產損失和人員傷亡。因此，針對防火分區擴大問題，應該從保證人員疏散，控制火災規模和防止火災大面積蔓延方面進行分析，并采取必要的消防措施，以保證人員生命安全，盡可能減少財產損失。

其次是疏散問題，疏散設計能否滿足規范對疏散距離和疏散寬度的要求，這是商業建筑消防設計中最典型的問題。人員安全疏散要保證建筑中的所有人員能夠在危險到來之前到達安全地點，這時疏散時間及危險來臨時間則成為判定人們能否安全疏散的主要參數。疏散時間小于或等于危險來臨時間則疏散就是安全的，二者差值越大則安全度越高。疏散時間的決定因素一般包括探測報警時間，疏散通道維護結構和構件的耐火性能，火災煙氣的溫度，能見度與毒性的影響以及疏散人員的心理承受能力。

最后是防火分隔問題，規范規定應采用防火墻等劃分防火分區，在設置防火墻有困難的場所可采用防火卷簾作防火分隔。為了實現通透、自然和互動的目的，大型商業建筑多數采用透明的玻璃等材料作為空間的分隔物以取代傳統的實體墻，實測表明這種防火分隔措施并沒有達到耐火極限要求。但如果能夠判斷火災持續時間小于1.5小時或2小時，則防火分隔措施能夠起到隔火隔煙作用，達到分隔防火分區的目的。

二、性能指標的選擇

性能指標是針對分析問題提出的，不同的問題提出的性能指標不同，針對相同的問題由于要求的安全等級不同，性能指標也會不同。商業建筑常用三類性能指標：人員安全疏散的性能指標，火災蔓延的性能指標和鋼結構的臨界溫度指標。

首先，人員安全疏散的性能指標主要涉及煙氣。當煙氣層位于臨界溫度以上和以下時，分別通過熱輻射和直接的熱作用對人產生影響。煙層溫度高低決定在此環境中的堅持時間的長短。疏散通道中煙氣能見度在小空間小于大空間，對于煙氣的毒性一般認為在可接受的能見度范圍內都很低，不會對人員疏散造成影響。

其次，火災蔓延的性能指標主要涉及火源和起火物與相鄰可燃物之間的距離以及相鄰可燃物的臨界點燃輻射強度。火災首先由火源引起，隨著火災的增大，火災煙氣和火焰輻射不斷增加，增至一定值后會導致相鄰可燃物被引燃。

最后，關于鋼結構的臨界溫度取決于是否有防火保護。鋼結構的失效源于火災的熱作用，隨鋼結構溫度升高其強度和剛度有所減弱。通過采取外包不燃材料或噴涂防火涂料，或設置自動噴水滅火系統保護等防火保護措施，可以使其達到規定的耐火極限要求。

三、火災場景的設計

為了辨識危險源，預測可能發生的火災及所產生的后果，在進行消防安全評估時需估計火災產生的部位，規模以及環境條件等，稱之為設計火災場景。設計火災場景涉及以下內容：

首先是火災發生的位置，選擇位置時應該考慮火災頻率高，發生火災后危害大以及特殊的區域。對于商業建筑應考慮廚房或操作間，主要疏散出入口處，地下商場以及家具展示廳等特殊區域。

其次是火災增長速率，不同性質可燃物的火災增長時間常數不同，按熱釋放速率增長的快慢通常分為超速火，快速火，中速火和慢速火四類。對商業建筑而言，由于可燃物數量和種類較多，通常選擇快速火或超快速火進行分析。

再次是火災最大規模，安全目標不同則確定最大火災規模的方法也不同。火災規模是性能化設計中的重要參數，工程通常參考三種方法綜合確定火災的規模：相關設計規范或指南，噴淋啟動確定火災規模和通風與燃料控制型火災。

四、關鍵參數的確定與計算

關鍵參數包括火災探測時間，疏散準備時間，疏散開始時間，人員數量，人員行進速度，流動系數和安全裕度。

火災探測時間可以通過火災產生煙氣的減光度，溫度或火焰長度等特征參數來預測，另外火災探測器的類型和探測方式不同，探測到火災的時間也不同。疏散準備時間與人的疏散方式，建筑物的功能和室內環境有關。疏散開始時間由火災探測時間和疏散準備時間兩部分時間組成，這可以根據前面的分析結果相加得到。

人員疏散數量通常由火災發生地的面積和該區域內的人員密度的乘積來確定，有固定座椅時可按座椅數確定。人員行進速度與人員密度，年齡和靈活性有關。流動系數是單位時間內通過單位寬度的人流數量，在數值上等于人員密度與對應的人流速度的乘積。

安全裕度是考慮到在人員疏散時間和危險來臨時間分析過程中存在的不確定性，需要增加一個安全余量，計算參數選取為相對保守值時，安全裕度可以取小些，否則取較大值。

萬達商業綜合體通過性能化設計引入“亞安全區”用于解決消防問題，此區域可對可燃物進行控制，與周圍進行嚴格的防火分隔，形成逃生暫時過渡空間，并為火情偵察和撲救提供暫時安全場所。

性能化設計對萬達商業綜合體的火災危險源特性進行研究，結合防火設計方案，建立火災場景，利用人員疏散模擬軟件進行模擬，得到人員疏散時間，利用場模擬軟件進行煙氣蔓延模擬，得到危險來臨時間，最后通過計算和分析論證“亞安全區”的安全可行性，以確保在采取一定消防措施的條件下能達到設定所需的消防安全目標，保障人員生命安全，并且限制火災的蔓延。

需要說明的是性能化防火設計并非拋棄常規設計，也不是與現行消防規范相對立。性能化設計與常規設計兩者在消防系統的安全目標和功能目標上應該是相同的。因此，性能化設計應該從這兩個方面出發分析常規設計背后的根本目的，而不是簡單地以規范的條文作為性能化設計的目標。

參考文獻

[1]GB50016-2014，建筑設計防火規范[S]．

[2]李引擎．建筑防火性能化設計[M]．北京：化學工業出版社，2005．

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