中原福塔廣播電視發射機房消防性能化設計分析

黃永濤（河南省廣播電視發射臺，鄭州　450002）

中原福塔廣播電視發射機房消防性能化設計分析

黃永濤
（河南省廣播電視發射臺，鄭州450002）

位于中原福塔塔樓的河南省廣播電視發射臺廣播電視發射機房，設備多，位置高，中原福塔超高層建筑，一旦發生火災事故人員疏散及滅火救援困難，所以本工程按其高度和重要性質屬一類超高構筑物，耐火等級為一級。高層建筑結構的復雜、功能多元化都是消防工作的難題。本文首先介紹了中原福塔作為世界級較高全鋼結構塔在施工中消防方面的一些創新舉措，研究了目前高層建筑在消防方面的一些共性的難題，并嘗試構建以預防為目的的消防防范體系。

無線發射；全鋼結構；高層救援；氣體滅火

0　引言

中原福塔是一座以發射廣播電視信號為主，同時具有旅游觀光、展覽、餐飲、娛樂、休閑等綜合服務功能為一體的多功能鋼結構電視塔，河南省廣播電視發射臺廣播電視發射機房于2011年1月1日搬遷至中原福塔，開始發射廣播電視節目，無線覆蓋鄭州市及周邊中原城市群，由于機房設備多，有30多部大功率發射機及其配套設備和信號源系統、調頻監控系統、電視監控系統等；位置高，屬于超高層建筑，人員疏散及滅火救援困難，所以本工程按其高度和重要性質屬一類超高構筑物，耐火等級為一級。

1　設計思路及問題解決方法

本項目消防設計的指導思想首先是通過嚴格的管理將火災發生的可能性降低到最低水平；其次，萬一發生火災，應能將火災限制在起火局部區域或起火建筑內，不使其蔓延到其它建筑。火災的發生、發展具有一定的規律性，它兼有確定性和隨機性的雙重規律性。但在工程分析中，通常只能從確定性的一面出發進行定量的分析。火災蔓延受到多種不確定因素的影響，如：可燃材料和可燃物本身對火的反應特征、可燃物分布情況、滅火救援情況等。性能化設計與分析往往只能針對典型可燃物及布置形式下，進行火災及煙氣的蔓延和擴散情形分析。

1.1本工程的工程技術特征有如下四點

（1）主體結構分為鋼砼結構和鋼結構兩種類型，耐火性能差別很大。特別對于鋼結構，自身防火性能差，須有完善的消防對策。

（2）高度超高，塔樓高度在215.75m 以上；疏散通道為筒狀體，給人員疏散和消防工作帶來諸多問題。

（3）使用功能特殊，發射機房內有大量的電器設備，不能使用常規的救火方法。

（4）防火材料以輕質材料為主。由于建筑高度較大，若防火材料采用傳統的磚或砼材料則自重太大，結構造價將大大增加，所以只能采用輕質防火材料。

電視塔建筑屬于人員密集的公共設施，一旦發生火災就可能造成極大的人員傷亡和財產損失，因此，對電視塔的耐火性能進行基于性能的量化分析和計算機模擬仿真具有重要的現實意義和研究價值。

1.2現有規范不足與性能化防火分析

保證建筑物的安全與完整是在建筑設計中的基本內容，火災是破壞建筑結構安全的一種重要原因。建筑物在遭受火災時，在高溫作用下，建筑構件的材料性能和內部應力狀況發生變化，力學性能迅速惡化，乃至失去支撐能力、隔斷能力或隔熱能力，造成結構的破壞甚至整體的倒塌。這樣的事例在國內外數不勝數，建筑物發生倒塌的原因都是因為局部構件在高溫下失去承載能力而引起建筑物整體坍塌，由于鋼結構屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯結了很多的支撐桿件，隨著局部的破壞造成整體失去穩定，因而也就決定了鋼結構屋頂的破壞是整體的，或者是較大部分的。這些事件已經引起了國內外防火安全領域的專家學者們的高度重視，有關火災狀況下的建筑物倒塌破壞方面的研究也成為一個熱門的研究課題。

電視塔建筑屬于人員密集的公共設施，一旦發生火災就可能造成極大的人員傷亡和財產損失，因此，對電視塔的耐火性能進行基于性能的量化分析和計算機模擬仿真具有重要的現實意義和研究價值。在火災情況下，由于鋼結構的耐火性能差，在高溫作用下，很快出現塑性變形，溫度在450～500℃時，承載能力便大大減弱。溫度再高，鋼材變軟，變形顯著，屋架翹曲，屋頂隨著就會塌落，經過的時間很短，一般在10～20min左右。由于鋼結構屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯結了很多的支撐桿件，隨著局部的破壞造成整體失去穩定，因而也就決定了鋼結構屋頂的破壞是整體的，或者是較大部分的。

2　火災場景與人員安全疏散場景設置分析

由于機房位于電視塔塔樓部分，屬于超高層建筑，人員疏散及滅火救援困難，是當今超高層建筑的世界性難題。在遵循技術可行性和經濟合理性的原則上，本項目在圍繞超高層防火困難的基礎，通過消防性能化設計分析，在本項目中如何提高人員疏散，如何提高鋼結構耐火極限和怎樣有效的預防火災發生。

2.1其主要創新點如下

（1）根據此建筑的實際情況，設置剪刀樓梯，把觀光電梯全部按照消防電梯設計，此舉開創了省內高層建筑人員逃生的先例，革新了以往人員疏散逃生的單一模式。

（2）在此消防系統中首先開創了由傳輸水泵直接把消防水抽到塔樓238米的水箱中，此例在全國高層建筑中實屬首例，革新了以往經過幾級中途轉輸的不利因素，既經濟又實用。

2.2人員安全疏散場景設置分析

發射機房的人員安全疏散結合塔樓的疏散方案實施的，電視塔的塔樓呈五瓣臘梅花開狀，由片狀金屬和高強玻璃構件玻璃幕墻作外型處理，造型剔透曲美。整個塔樓分為10層和11層戶外觀光層，是高空旅游觀光的主要場所。塔樓通透幕墻為中空夾膠鋼化玻璃幕墻，部分點式封閉幕墻為鈦合金或彩色不銹鋼板表面保溫層夾芯幕墻。幕墻內樓板外沿設置耐火極限不低于1.0h、高度0.9m的不燃燒實體裙墻，承托板與主體結構、幕墻結構及承托板間縫隙填充防火密封材料，各層每層為一個防火分區。

塔樓最大設計疏散人數為600人，其中塔樓八層100人，塔樓九層150人，塔樓十層（旋轉餐廳）：150人，塔樓十一層（觀光平臺平面）200人。

2.3塔樓部分主要區域分析

四層：為避難層，面積為424m2。其火災荷載密度低，人員荷載密度較大。該層應避免受到火災煙氣的影響。

十層：旋轉餐廳，面積為559m2，共設有120座固定座位。下層火災時的火災氣上升快，可能對上部空間人員造成不利的影響。

十一層：為露天觀光平臺，面積達1124m2，一般該區域不設置固定座椅，火災荷載密度低（一般設定為80MJ/m2），人員荷載密度大，且該區域為距離地面最高最遠區域，因此該區域人員處在最不利疏散位置。

3　滅火系統設置

3.1氣體滅火系統

廣播電視發射機房內有大量大型的的電器設備，如發射機、配電柜等，所以專設置了煙烙盡氣體滅火系統，設鋼瓶間貯存滅火劑。塔樓分為三個防護區，防護區面積小于500m2，容積小于2000m3，設計最小濃度37.5%，防護區環境設計溫度21℃，噴射時間不超過80s。系統設三種控制方式：自動控制、手動控制和機械應急操作。

3.2其他滅火設備

發射機房所在的塔樓部分均按嚴重危險級配置滅火器，每具滅火器最小配置級別3A，采用磷酸銨鹽手提式滅火器。塔樓頂部設置40m3消防水箱，滿足火災初期10分鐘滅火用水量，塔樓3層238m處設消防轉輸水箱50m3。

3.3防、排煙系統

塔座防煙樓梯間采用機械加壓送風系統，送風機設于裙房或電梯機房頂層屋面，送風機風量均為24700m3/h。樓梯間內隔層設置自垂式正壓送風口，火災時，消防控制中心通過煙感器報警，隨之正壓送風機啟動。

塔座消防電梯合用前室均設機械加壓送風系統，送風機設于裙房或電梯機房頂層屋面，送風機風量均為16000m3/h。每層合用前室均設置常閉型電動遠控正壓風口，送風機及電動風口均由消防控制室控制，著火時，著火層及其上下層正壓風口打開，同時風機運行。

空調通風系統防火措施：風管穿越防火分區處，穿越通風、空調機房及重要的或火災危險性大的房間隔墻和樓板處，垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上，穿越變形縫的兩側均應設70℃防火閥，風管采用不燃型無機氯氧鎂風管。發生火災時，通過聯動系統關閉所有非消防用風機。

4　性能化設計分析結論

由于廣播電視發射機房所在的塔樓區域距離地面垂直高度大，達到218-260m，建筑內全部人員靠自力疏散至室外所需疏散時間較長，達到約68min，故在塔樓設置避難層是必要的，應采取可靠措施保證避難層和疏散路徑的安全；當采取一定的措施情況下，可利用消防電梯對避難層人員進行疏散；并應適當延長疏散路徑的應急照明和燈光疏散指示連續供電時間。

完美的設計加上優質的維護，使得中原福塔廣播電視發射機房消防系統有力的保障了機房日常播出工作的正常運行。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.186