大空間建筑消防設(shè)計難點與對策

饒俊 程紫來

摘要：結(jié)合現(xiàn)行消防技術(shù)規(guī)范條文，探討了大空間建筑消防設(shè)計與現(xiàn)行規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的矛盾之處;有針對性地提出了運用現(xiàn)代消防科學(xué)技術(shù)解決大空間建筑消防設(shè)計難點的幾點建議。

關(guān)鍵詞：大空間建筑;消防設(shè)計;難點與對策

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，各地方在建或者已建成的大空間建筑也隨之增多，這些大空間建筑規(guī)模宏大、人流量大、用途十分廣泛，一旦設(shè)計不合理或者管理不善，極易發(fā)生火災(zāi)和其他安全事故，也很容易造成人員的群死群傷。大空間建筑由于使用性質(zhì)的要求和建筑本身的特點決定了其在消防設(shè)計中不同于普通建筑的設(shè)計要求，目前大空間建筑消防設(shè)計只能參照現(xiàn)行規(guī)范中類似及相關(guān)的條款來滿足其視覺上、功能及使用上的要求，這就突破了現(xiàn)有的消防設(shè)計規(guī)范要求。

1? 當(dāng)前大空間建筑消防設(shè)計中存在的難點

1.1? 防火分區(qū)

在大空間建筑物內(nèi)采取劃分防火分區(qū)這一方法，可以在大空間建筑發(fā)生火災(zāi)時把著火區(qū)域控制在一定范圍內(nèi)，為人員安全疏散、消防撲救提供有利條件。大空間建筑具有使用面積大、建筑內(nèi)部功能復(fù)雜、空間高大，按現(xiàn)行消防設(shè)計規(guī)范劃分防火分區(qū)存在很大困難?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》相關(guān)條款規(guī)定，設(shè)置在單層建筑或僅設(shè)置在多層建筑的首層時，其每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積應(yīng)不大于10000m2;一、二級耐火等級的單、多層民用建筑的每個防火分區(qū)最大允許建筑面積為2500m2，加設(shè)自動滅火裝置時，面積可增加一倍。設(shè)置在地下或半地下時，其每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積應(yīng)符合不大于2000m2。從目前正在建設(shè)或已經(jīng)建成并投入使用的大空間建筑來看，大都超過了現(xiàn)有《建筑設(shè)計防火規(guī)范》相關(guān)條款規(guī)定的最大允許面積。

1.2? 防排煙

防煙、排煙設(shè)計是大空間建筑消防設(shè)計的重要組成部分，從目前國內(nèi)外發(fā)生的火災(zāi)來看，火災(zāi)中產(chǎn)生的煙氣，其遮光性高溫和毒性的影響是造成人員傷亡的一個最主要的因素。因此，要確保大空間建筑內(nèi)人員的安全疏散和消防救援人員的有效施救，組織合理的煙氣控制方式，建立有效的煙氣控制是非常有必要的。雖然根據(jù)規(guī)范部分大空間建筑可不設(shè)置防煙系統(tǒng)，但是在建筑物內(nèi)設(shè)置分區(qū)是控制煙氣蔓延的主要方法，為了保證排煙口順利排煙，防止煙氣侵入人員疏散通道，應(yīng)在大空間建筑內(nèi)有效采取防煙措施?；馂?zāi)時大空間建筑產(chǎn)生的熱煙氣在上升過程中溫度逐步下降，產(chǎn)生的熱煙氣在緩緩上升到一定高度時會沿著水平方向繼續(xù)擴散，進(jìn)一步大面積擴散熱煙氣[1]，從而給滅火救援帶來極大的困難。

1.3? 安全疏散距離

目前，我國已建成的或正在建設(shè)的大空間建筑，其內(nèi)部進(jìn)深和跨度都非常大，因此在進(jìn)行消防設(shè)計時，按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中規(guī)定，要求設(shè)置安全疏散距離是非常困難的，規(guī)范要求一、二級耐火等級建筑內(nèi)疏散走道應(yīng)采用長度不大于10m走道通至最近的安全出口，實際上，一些大空間建筑內(nèi)部至安全出口距離往往都已經(jīng)超過30m，如果該場所設(shè)置了消防自動噴水滅火系統(tǒng)，大空間建筑室內(nèi)任一點至最近安全出口的安全疏散距離還可增加25%。

1.4? 火災(zāi)自動探測報警系統(tǒng)

《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中要求煙感和溫感探測器的最高安裝高度不應(yīng)超過12m，現(xiàn)實中很多大空間建筑的高度大多超過了12m，即便煙感和溫感探測器啟動火勢已經(jīng)非常敏感且已經(jīng)數(shù)字智能化，但還是失去了早期火災(zāi)報警的意義。因此在普通建筑中廣泛使用點式感煙、感溫探測器在大空間建筑內(nèi)無法正常使用，這給大空間建筑火災(zāi)自動探測報警系統(tǒng)設(shè)計帶來了困難。

1.5? 自動噴水滅火系統(tǒng)

近200年以來，世界各國尤其是一些經(jīng)濟發(fā)達(dá)的國家在自動噴水滅火系統(tǒng)開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)的修訂及規(guī)范方面都做了大量的實驗研究。國內(nèi)外應(yīng)用實踐證明，具有滅火效率高效、經(jīng)濟實惠、維護(hù)簡單、對環(huán)境污染小等優(yōu)點的自動噴水滅火系統(tǒng)是人們在生活、生產(chǎn)和社會活動中各個場景中使用的最普遍的一種固定滅火裝置?；馂?zāi)中大空間建筑噴頭附近的煙氣溫度常常不足以啟動噴頭，即使啟動，由于空間高導(dǎo)致噴出來的霧狀水流往往無法精準(zhǔn)到達(dá)著火部位，就已經(jīng)被不斷擴散的煙氣流沖散并迅速蒸發(fā)，無法在短時間內(nèi)將著火區(qū)域內(nèi)的火焰撲滅。

2? 大空間建筑消防設(shè)計對策

2.1? 大空間建筑防火分區(qū)設(shè)計

2.1.1? 在規(guī)范中適當(dāng)增加大空間建筑防火分區(qū)面積

隨著新型消防自動設(shè)施的運用，在大空間建筑裝修時材料應(yīng)優(yōu)先選用不燃燒材料或難燃材料，在符合規(guī)范要求前提下可適當(dāng)增加大空間建筑防火分區(qū)的最大允許面積。

2.1.2? 采用新技術(shù)來劃分防火分區(qū)

如果采用防火墻、防火水幕、防火卷簾、防火門等來劃分大空間建筑內(nèi)部的防火分區(qū)，就無法很好地滿足大空間的設(shè)計功能需求，視覺上的通透性也無法得到很好展現(xiàn)，這也違背大空間建筑設(shè)計的初衷。

2.1.2.1? 防火帶

在設(shè)置防火帶時不能千篇一律地采用某個標(biāo)準(zhǔn)寬度，而是要根據(jù)實際需要在面對不同的大空間建筑時具體分析，首先要合理設(shè)計防火帶的寬度，如果防火帶設(shè)計過窄，火災(zāi)時就不能很好地阻止火災(zāi)的蔓延，那么劃分的防火分區(qū)就形同虛設(shè)。如果設(shè)計的防火帶過寬，這也會浪費大空間建筑的面積，更會影響大空間建筑的功能使用。

2.1.2.2? 防火水幕墻

用防火水幕墻劃分大空間建筑的防火分區(qū)，可以很好地滿足大空間建筑的視覺通透性和建筑功能的有效使用[2]。在實際施工中，防火水幕墻的水幕安裝部位不應(yīng)有易燃可燃材料，有效寬度不應(yīng)小于6m，噴水延續(xù)時間不應(yīng)小于3h，供水強度不應(yīng)小于2L/s·m。

2.1.3? 結(jié)合建筑實際情況，采用防火卷簾劃分防火分區(qū)

廣泛應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑中的防火隔斷區(qū)的防火卷簾，能在火災(zāi)中阻止火勢蔓延，可以有效控制背火面溫度的上升，保障生命財產(chǎn)安全，是現(xiàn)代建筑中不可缺少的防火設(shè)施。我國各個省市自治區(qū)大多以無機特級防火卷簾作為通用型防火卷簾，當(dāng)防火卷簾兩側(cè)設(shè)有獨立的閉式自動噴水系統(tǒng)保護(hù)時，其噴水延續(xù)時間不應(yīng)小于3.00h[3]。

2.2? 防排煙

2.2.1? 防煙分區(qū)設(shè)計

大空間建筑的面積一般都在幾千甚至幾萬平方米以上，《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中規(guī)定排煙風(fēng)機的風(fēng)量與分區(qū)的面積成正比，這樣大的面積相對應(yīng)的排煙機的風(fēng)量是巨大的，這給設(shè)計出風(fēng)口面積和設(shè)置排煙風(fēng)機帶來了難題。

2.2.2? 防排煙系統(tǒng)設(shè)計

2.2.2.1? 自然排煙

自然排煙是一種經(jīng)濟、簡單、易操作、維護(hù)管理方便的排煙方式，一些大空間建筑在其頂部設(shè)有天窗、樓梯間設(shè)有滿足其自然通風(fēng)的可開啟外窗。當(dāng)采用自然排煙時，火災(zāi)時產(chǎn)生的高溫?zé)釤煔夂褪彝怙L(fēng)力以及大空間建筑熱壓力作用等都會對自然排煙產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如果按照規(guī)范設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格施工，就能達(dá)到非常好的自然排煙效果[4]。

2.2.2.2? 加壓送風(fēng)

大空間建筑消防設(shè)計中采取加壓送風(fēng)方式，能使保護(hù)區(qū)域內(nèi)形成正壓，免遭煙氣侵害。當(dāng)然加壓送風(fēng)方式也有缺點：一方面，送風(fēng)壓力控制不好會導(dǎo)致保護(hù)區(qū)域內(nèi)壓力過高，使通向疏散走道的門打不開，影響建筑物內(nèi)人員的安全疏散;另一方面，空間過大時，采用加壓送風(fēng)方式的操作難度大，很難達(dá)到設(shè)計效果。所以，加壓送風(fēng)方式主要采用在防煙樓梯間、前室、安全通道以及大空間建筑中重要的消防控制室、電氣設(shè)備室等場所。

2.2.2.3? 機械排煙

機械排煙能在火災(zāi)初期階段，使著火區(qū)域快速形成負(fù)壓，將火災(zāi)發(fā)生的煙氣（包括空氣受熱膨脹的體積）及時排到室外，不使煙氣流向非著火區(qū)，以迅速降低著火區(qū)的壓力，同時也排走燃燒產(chǎn)生的熱量，有利于著火區(qū)人員的快速疏散和消防救援人員的滅火施救。機械排煙系統(tǒng)需要安裝較為復(fù)雜的設(shè)備，排煙風(fēng)機和排煙風(fēng)管都需要耐高溫，造價和運行維護(hù)費用較高，在設(shè)計機械排煙系統(tǒng)時，要充分考慮機械排煙系統(tǒng)的補風(fēng)問題。

2.3? 消防安全疏散

2.3.1? 消防安全通道的設(shè)置

在大空間建筑的內(nèi)部采用防火卷簾、防火墻、防火門等設(shè)置消防安全通道，對連接建筑內(nèi)各防火分區(qū)及疏散出口區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格管理，禁止放置易燃可燃物和影響消防救援的障礙物，使用防火門進(jìn)入該消防安全通道，并設(shè)置明確清晰的疏散標(biāo)志，同時選用機械設(shè)備充壓送風(fēng)或空氣流通等方法，避免煙塵進(jìn)到消防疏散通道，排煙系統(tǒng)選用機械設(shè)備排煙方法或空氣流通方法，將煙塵排入大空間建筑的外部，另外送風(fēng)時樓道內(nèi)處在正壓力，換句話說樓道的標(biāo)準(zhǔn)氣壓比其他地區(qū)高，濃煙不容易滲進(jìn)來而造成工作人員窒息，從而最大限度保障人員安全疏散成功。

2.3.2? 安全疏散的時間

火災(zāi)時，影響安全疏散的時間主要有現(xiàn)場人流量、存儲物品的數(shù)量、種類、存放方式，是否具有易燃易爆性、發(fā)生火災(zāi)時熱煙氣濃度和毒性等因素。而疏散距離、寬度、防火分隔措施及應(yīng)急照明疏散指示等消防設(shè)施，更是安全疏散的基本保證，強化大空間建筑內(nèi)的防火分隔措施，可以有效防范或抑制區(qū)域內(nèi)的火勢蔓延風(fēng)險，延長外部消防救援人員的可用疏散時間，大空間建筑的疏散路線比較復(fù)雜，其疏散出口的寬度和疏散距離不能簡簡單單的依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的相關(guān)條款來做強制要求，應(yīng)該采用性能化消防設(shè)計并結(jié)合建筑的實際需求來確定疏散距離的長短和疏散出口的寬度，最大限度保障現(xiàn)場人員安全疏散。

2.3.3? 利用新型疏散指示標(biāo)志和應(yīng)急照明設(shè)施系統(tǒng)

目前，安裝在建筑物內(nèi)的疏散指示標(biāo)志和應(yīng)急照明設(shè)施都是以單體的形式存在的，獨立型的安全疏散指示標(biāo)志和應(yīng)急照明設(shè)施由于其本身特性，在使用一段時間后，可能會出現(xiàn)各種故障，導(dǎo)致其在火災(zāi)發(fā)生時不能正常工作。根據(jù)測算，一棟面積為5萬至6萬m2的建筑，指示燈的數(shù)量在800～1000個之間，采用人工維護(hù)的辦法，很容易造成疏漏，從而影響疏散效果。

為解決這一問題，可采用集中控制型消防應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)將獨立型安全疏散指示標(biāo)志和應(yīng)急照明設(shè)施集合到系統(tǒng)中，統(tǒng)一管理，該系統(tǒng)具有自我巡檢功能，對巡檢中發(fā)現(xiàn)的問題及時發(fā)出警告。解決了日常維護(hù)檢修的難題，節(jié)省大量人力物力。同時該系統(tǒng)可以和自動報警系統(tǒng)聯(lián)動，利用并加載在計算機程序中，對逃生路徑進(jìn)行分析，調(diào)整疏散方案，引導(dǎo)人員快速安全疏散，避免了大空間建筑內(nèi)走道復(fù)雜、逃生路徑難以選擇的弊端。

2.4? 火災(zāi)自動探測報警系統(tǒng)

2.4.1? 圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)

圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)是最近發(fā)展起來的，專門解決大空間建筑火災(zāi)探測難題的一種新型探測器，它有效地綜合煙、溫度、光等火災(zāi)參數(shù)，更準(zhǔn)確及時地探測火災(zāi)。

2.4.2? 吸氣式煙霧探測系統(tǒng)

吸氣式煙霧探測系統(tǒng)，又稱采樣式煙霧探測系統(tǒng)。這是一種基于光學(xué)空氣檢測技術(shù)發(fā)展起來，由微處理器電腦控制的煙霧檢測裝置?，F(xiàn)代大空間建筑中大都安裝了中央空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在其使用時將對大空間建筑內(nèi)的氣流產(chǎn)生影響，而吸氣式煙霧探測系統(tǒng)采用主動吸氣的方式，突破了對空氣流速的限制，可以安裝在空調(diào)回風(fēng)口進(jìn)行探測。

2.4.3? 紅外光束式探測器

這種探測器與點式探測器相比在探測距離上有了很大的提高，同時，這種探測器的安裝較為靈活，可安裝在距頂棚較低的部位，在一定程度上克服了大空間建筑中出現(xiàn)的煙氣沉降現(xiàn)象。

2.5? 自動噴水滅火系統(tǒng)

2.5.1? 大流量開式雨淋系統(tǒng)

雨淋系統(tǒng)具有火災(zāi)時反應(yīng)速度快、使用效果明顯的優(yōu)點，大都采用火災(zāi)探測傳動控制系統(tǒng)開啟滅火，主要適用于燃燒猛烈、火災(zāi)荷載較大、存儲危險和易燃物品較多且火災(zāi)時火勢蔓延速度快的建筑，比如大型的影劇院、大型演播室、電影攝影棚等。普通噴淋系統(tǒng)噴出來的水滴較小，往往還沒有到達(dá)著火點，就已經(jīng)被煙氣流迅速沖散并蒸發(fā)。而大流量（5L/s）開口噴頭的雨淋系統(tǒng)能較好地滿足需求，大流量開式雨淋系統(tǒng)的火災(zāi)探測傳動控制系統(tǒng)報警的時間短于閉式噴頭開啟的時間，因此開式雨淋系統(tǒng)的反應(yīng)時間比閉式自動噴水滅火系統(tǒng)快得多，再加上它噴出來的水流量很大，可以實現(xiàn)快速滅火。

2.5.2? 快速響應(yīng)早期抑制噴頭（ESFR）的閉式自動噴水系統(tǒng)

該系統(tǒng)最初是美國為撲救高堆垛、高貨架倉庫火災(zāi)而開發(fā)出來的，隨著對該系統(tǒng)研究的深入，它的適用范圍越來越大，逐漸應(yīng)用到大空間建筑中。ESFR噴頭中心有一個小孔，在高壓作用下，中心這股水柱可直達(dá)建筑地面，可撲滅噴頭下部地面的火災(zāi)，解決了建筑高度過高對水滴的影響問題[5]。

2.5.3? 智能數(shù)字化消防水炮

智能數(shù)字化消防水炮與火災(zāi)自動報警設(shè)施聯(lián)動將紅外傳感、通信控制、信號處理、機械傳動等技術(shù)有機地結(jié)合在一起，通過消防控制室主機實現(xiàn)24h不間斷的自動監(jiān)測保護(hù)。

一旦發(fā)生火災(zāi)，自動定位射流滅火裝置立即啟動，在確定好火源的位置后，迅速對準(zhǔn)火源部位進(jìn)行射水滅火，如果發(fā)現(xiàn)新的火源，自動滅火裝置將重復(fù)上述動作。待全部火源撲滅后，中央控制器再發(fā)出停止射水滅火的指令。5～10L/s大空間高空水炮的射水形式為柱狀射水，射程遠(yuǎn)，保護(hù)范圍廣，滅火能力非常強，是一種高度智能化的消防滅火裝置。

2.5.4? 大空間智能型噴水滅火系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的采用感溫元件控制的閉式自動噴水滅火設(shè)施相比，具有可以主動開啟系統(tǒng)定點持續(xù)噴水滅火，可以主動對火源位置進(jìn)行定位，可多次重復(fù)啟閉并主動停止噴水，大空間智能型噴水滅火系統(tǒng)不需緊貼房屋頂安裝（滅火裝置安裝高度最高可達(dá)25m），并且安裝方式靈活[6]，不需集熱裝置。

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Difficulties and countermeasures in large space buildings fire design

Rao Jun，Cheng Zilai

（Wuhan Municipal Fire and Rescue Brigade，Hubei? Wuhan? 430000）

Abstract：The paper combines the current fire technology specifications to explore the contradictions between the fire design of large space buildings and the current specifications and technical standards. Several suggestions for solving the difficulties in fire design of large space buildings by using modern fire protection science and technology are put forward in a targeted manner.

Keywords： large space building; fire design; difficulty and countermeasure