性能化防火設(shè)計(jì)在大型公共建筑改造工程中的應(yīng)用分析

文/陳理力 萬達(dá)文化旅游規(guī)劃研究院有限公司 北京 100001

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快了城市的建設(shè)，也改變了建筑的室內(nèi)布局，讓建筑結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，這雖然增加了城市建設(shè)的趣味性，但也增加了建筑的安全隱患，特別是人員的疏散、濃煙的排放等，降低了建筑的安全，而用性能化防火設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有工程進(jìn)行改造，可有效預(yù)防這一問題的發(fā)生。

1、性能化防火設(shè)計(jì)的概述

1.1 內(nèi)容

其有別于設(shè)計(jì)規(guī)范，如果是規(guī)范，是對(duì)建筑物內(nèi)部整體環(huán)境的規(guī)定，包括結(jié)構(gòu)、耐火等級(jí)、機(jī)械等內(nèi)容，要求不同方面必須符合政策性提出的要求，可用專業(yè)術(shù)語概述，也就是，規(guī)范內(nèi)沒有給出解決方法，而是給出人們接受的方法，但無論哪種方法，都有替代物，它可以概括為性能化設(shè)計(jì)。性能化設(shè)計(jì)是用術(shù)語描述后，描述的環(huán)境、物品符合規(guī)范性提出的要求，它從某方面分析，是利用火災(zāi)安全工程學(xué)的有關(guān)理論，以及具體使用的方法，測評(píng)建筑，通過具體的設(shè)計(jì)與計(jì)算，給出最佳的安全措施，實(shí)現(xiàn)建筑物防火效果的最優(yōu)。其具有的優(yōu)勢是：展示建筑的獨(dú)特性，明確用途，會(huì)根據(jù)具體建筑的差異，給出具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案，沒有統(tǒng)一的規(guī)范；根據(jù)建筑的基本情況，給出適合的設(shè)計(jì)方案，可隨時(shí)轉(zhuǎn)化思路；使用多個(gè)分析工具，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確無誤[1]。

1.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.2.1 火災(zāi)的場景

火災(zāi)場景的設(shè)計(jì)需綜合多個(gè)因素，根據(jù)建筑物室內(nèi)的結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行具有針對(duì)性的描述，選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇相應(yīng)的物質(zhì)分解物，或是得到其他參數(shù)后，用這些參數(shù)表達(dá)場景具有的特征。火災(zāi)特征的設(shè)計(jì)，是利用其增長曲線，模擬火災(zāi)發(fā)生后的情景變化。同時(shí)，也要監(jiān)測火災(zāi)發(fā)生后的熱釋放速率，它是在既定的單位時(shí)間內(nèi)，燃燒物體向外釋放出的熱量，它決定了火災(zāi)發(fā)展的參數(shù)，會(huì)隨著可燃物燃燒的時(shí)間變化，而它也決定了室內(nèi)煙氣的產(chǎn)生量。

1.2.2 人員的疏散

人員的疏散會(huì)通過建筑內(nèi)的消防通道，以及其他消防設(shè)施，把人帶離火災(zāi)現(xiàn)場，疏散到室外或未起火區(qū)域，等待救援，它作為建筑物防火設(shè)計(jì)必不可少的一部分，具體設(shè)計(jì)中，因根據(jù)建筑物具有的特性，以及火災(zāi)發(fā)生后人的心理變化，在恰當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置設(shè)施，選擇可實(shí)現(xiàn)高效疏散的路徑。建筑物內(nèi)會(huì)因?yàn)榻ㄖ愋偷牟煌胁煌陌踩枭⒀b置，對(duì)于中高類的建筑，多以安全出口、人員疏散的樓梯為主，并在某些位置放置輔助工具，緩降器等，而如果是超高層的建筑，會(huì)在內(nèi)部設(shè)置避難間，在建筑的天臺(tái)上，修建停機(jī)坪。

1.2.3 明確目標(biāo)與準(zhǔn)則

為讓設(shè)計(jì)工作順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員必須明確防火目標(biāo)，且每類建筑的目標(biāo)存在差異，但不變的幾點(diǎn)是：保證人員安全、保護(hù)財(cái)產(chǎn)、控制火勢的蔓延、關(guān)鍵設(shè)施可持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)，這也是設(shè)計(jì)必須遵守的準(zhǔn)則。比如以人員的安全為例，火災(zāi)發(fā)生后，為保證人員安全，必須在安全容忍時(shí)間內(nèi)全部疏散，其表式是：RSET+Ts＜ASET，表式中RSET是疏散時(shí)間，ASET是危險(xiǎn)發(fā)生的時(shí)間，Ts則是安全容忍時(shí)間。

2、案例的應(yīng)用與分析

本文選擇的是某市已經(jīng)完成建設(shè)并投入使用的室內(nèi)水樂場，其整體面積是35000㎡，整體高度為30米，室內(nèi)共有多層，設(shè)有電梯與樓梯，樓梯分布在建筑的四面，室內(nèi)水樂城被劃分成多個(gè)區(qū)域，且一些區(qū)域獨(dú)立，包括游戲區(qū)、以及供人休息的房間，其頂棚是鋼結(jié)構(gòu)桁架，墻面內(nèi)有穿孔吸音鋁板，建筑的基底是200×100，且消防設(shè)置分別分布在游戲區(qū)與餐飲區(qū)內(nèi)等位置。

2.1 具體應(yīng)用

火災(zāi)場景模擬：考慮到游樂場內(nèi)部消防設(shè)置的分布，以及設(shè)置的消防通道，確定了可能出現(xiàn)火災(zāi)荷載的區(qū)域，這一區(qū)域內(nèi)有大量的游戲設(shè)備，且這些設(shè)備后有復(fù)雜的電線，位于二層的游戲區(qū)，在排煙情況的不同的情況下（如表1所示），構(gòu)建不同的火災(zāi)場景[2]。

表1 室內(nèi)游樂場的排煙情況

由三種排煙方式，構(gòu)建了整個(gè)室內(nèi)空間的基本模型，選擇的參數(shù)貨源的具體位置，建筑的實(shí)際高度、室內(nèi)的溫度，可燃物、排煙系統(tǒng)等，設(shè)定時(shí)間為1600s，得到其中三種火災(zāi)場景的結(jié)果是：場景一，如果建筑內(nèi)沒有排煙，室內(nèi)的所有人必須根據(jù)建筑蓄煙能力的高低，決定人員疏散的時(shí)間，但因?yàn)槭覂?nèi)火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域有大量電線，游戲工具的表面中有易燃燒的物體，所以，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，煙氣的高度最低下降到為2m；場景二，自然排煙后，會(huì)用建筑內(nèi)部與外部空氣的壓差，調(diào)整補(bǔ)風(fēng)口的大小，以讓足量的空氣進(jìn)入室內(nèi)，所以這個(gè)場景中，其他因素不變，補(bǔ)風(fēng)口大小的改變是唯一需要參考的變量，最終得到的結(jié)果是，如果排煙量是105.4m3，煙氣的高度最低下降到2.5米，但如果是132.5m3，煙氣的高度最低下降到3.5米處；場景三，用機(jī)械排煙，不會(huì)受外界風(fēng)力的影響，但需要花費(fèi)較多的成本，會(huì)受人為操作與設(shè)備的性能影響，而有些場所也會(huì)在室內(nèi)加入補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)械排煙開始運(yùn)行后，如果按照規(guī)范操作，室內(nèi)煙氣可良好的排出，為人員疏散提供充足的時(shí)間，但如果調(diào)整速度后，需要足量的補(bǔ)風(fēng)量，才能保證人員的安全疏散。

人員安全疏散：室內(nèi)人員安全疏散需要滿足的條件是，火焰、煙氣對(duì)人造成的輻射。其一，如果人體接受的火焰、煙氣輻射在0.25W/cm2以上，會(huì)在皮膚表面出現(xiàn)灼傷，其二，如果煙氣的高度降低，低于人員可看見的特征，即可判斷煙氣是否在臨界點(diǎn)以下，所以，提出的疏散模擬方案如下；根據(jù)上一段中假設(shè)的著火點(diǎn)，待起火后東側(cè)的樓梯不可以使用，只能通過北側(cè)與西側(cè)、南側(cè)的樓梯疏散，其使用的公式是：

公式中，N及Ni對(duì)應(yīng)的是出口的人流量，n是出口數(shù)量，V是人流量。假設(shè)節(jié)假日進(jìn)入游樂城的人數(shù)為2500人，出口門的寬度是2m，總寬度是6m，共有三個(gè)出口，每人的面積是1.5m，Ks是75m，計(jì)算過程是Te=2500/（1.5×6）+75/2，計(jì)算出所需的時(shí)間是314.5s，同時(shí)因?yàn)橹饘佑螒騾^(qū)棚的高度為5.5米，所以，必須在高度下降到2.3m以下后，讓所有人員全部撤出，才能避免給人員造成危害。

由此，提出的分析是，當(dāng)時(shí)間在314.5s以內(nèi)，煙氣下降到高度依然在安全范圍內(nèi)，不會(huì)給人體造成傷害，同時(shí)，根據(jù)火災(zāi)場景的模擬，也證明了建筑內(nèi)的煙氣在自然與機(jī)械的排風(fēng)下，可順利排出，只要在安全時(shí)間內(nèi)，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。所以，該室內(nèi)游樂場有良好的疏散能力，并在噴淋系統(tǒng)的配合下，可保證人員在短時(shí)間內(nèi)快速疏散，且煙氣下降的速度也在可控的范圍內(nèi)，表明室內(nèi)的蓄煙能力較高[3]。由此，提出的設(shè)計(jì)思路是，在現(xiàn)有工程的基礎(chǔ)上，調(diào)整排風(fēng)口的設(shè)置，并適當(dāng)增加補(bǔ)風(fēng)量，與現(xiàn)有噴淋系統(tǒng)配合，滿足室內(nèi)整體環(huán)境的消防要求。

結(jié)語：

性能化防火設(shè)計(jì)在應(yīng)用，是根據(jù)現(xiàn)有大型建筑工程的基本情況，在室內(nèi)進(jìn)行火災(zāi)情景的分析，并根據(jù)分析得出人員的安全容忍時(shí)間，模擬計(jì)算人員安全疏散所需的時(shí)間，以此給出設(shè)計(jì)的思路，體現(xiàn)性能化防火設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。