地下空間首層化消防設計策略
——以杭州西站站北綜合體項目為例

黃 慧，張文欣

浙江綠城建筑設計有限公司，浙江杭州310007

0 引 言

“21世紀末，將有三分之一的世界人口工作、生活在地下空間中?！北环Q為“高鐵院士”的王夢恕曾這樣預言。2020年5月，杭州市政府頒布了《杭州市地下空間開發利用管理辦法》，進一步鼓勵社會資本投資建設地下空間，促進地下空間高質量系統性開發建設、互聯互通和高效利用，提升城市容納與防護能力。另外，TOD（Transit-oriented Development）城市開發是緊湊型城市建設的重要模式，在人群高密度匯集的條件下，整合交通流線與空間分布，提升空間資源利用效率。本文案例項目正是TOD城市綜合體開發下的地下空間設計，符合TOD城市開發價值導向，也希望成為一種地下空間利用的新探索。

1 項目概況

項目位于杭州西站樞紐的北側，南側緊鄰站廳，北側毗鄰兩山濕地公園，視野開闊，具有良好的區位和景觀優勢；總用地面積76 098 m2，地塊容積率7.9（規劃條件為不小于7.6，不大于7.9），建筑密度不大于65%，綠地率不小于10%。項目以場地中軸為界分為東區（一期）和西區（二期），同步開工，同步建設。地上布置4棟200 m以上超高層綜合塔樓，一棟18層高層，兩棟多層公共建筑，集合辦公、酒店、商業、劇場、空中觀景平臺、影視文化中心、服務型公寓等功能。地塊中部有2條現狀地鐵線路南北向穿越。地下4層，在南北向地鐵50 m保護范圍內為地下2層，局部設夾層非機動車庫，其余布置為地下商業街、設備用房、酒店后勤用房、機動車及非機動車停車庫、防御空間等公共空間設施。地下總面積達22萬m2，開挖深度23 m，是功能極其復雜的地下工程。見圖1～3。

圖1 項目用地區位示意

圖3 項目地下室豎向布置

本項目在地塊內設置消防車道，且中間設置橫向貫通消防連橋，形成消防環路，并結合基地西南角、東南角設置2個消防車出入口。消防車道寬度不小于4.5 m（1號樓主樓和7號樓周邊消防車道寬度為6 m），凈高不小于4 m（1號樓主樓和7號樓周邊消防車道凈高為4.5 m）。消防車道內緣轉彎半徑不小于12 m，坡度不大于8%。見圖4。

圖4 地塊內消防車道示意

2 本次設計中的特殊消防設計范圍

本項目周邊立體交通復雜，服務人群數量龐大且類型多樣。設計將車行流線置于地下，通過環形隧道進入地塊，從而有效疏解地面交通，減少人車交叉，形成地面步行化的景觀商業空間。同時在地下層實現出租車、私家車、地鐵高鐵的無縫接駁。地下車行落客區域是設計重點，落客區為各向人群提供轉換空間，形成高效的商業界面，也構成人們進入綜合體的第一印象，呈現類首層的開放空間體驗。依據現行建筑設計防火規范，落客區需要設置多個防火分區，設置防火卷簾和防火隔墻。但防火卷簾的長度受限，且防護有效性存在隱患，防火分隔的設置也不符合行車落客區開敞貫通的空間需要。因此需要針對東西行車落客區進行特殊消防設計，也稱消防性能化設計。見圖5。

圖5 東西行車落客區特殊消防設計范圍

3 本項目特殊消防設計

根據住建部令第51號第十七條規定［1］，超出國家通用消防規范標準規定范圍，需采用國際工程建設消防技術標準的，或在消防設計中擬采用的新技術、新工藝、新材料不符合國家消防技術標準規定的特殊建設工程。建設單位除提交本規定第十六條所列材料外，還需同時提交特殊消防設計技術資料。本項目中地下落客區域主要為動態車輛交通，與汽車庫的靜態交通形態不同，《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范（GB 50067—2014）》不適用于該區域。此外，與落客區相連的1號樓主樓和7號樓采取雙首層大堂設計，其中首層大堂直通室外，地下1層大堂通向具有自然通風條件的準安全區，上述貫通的大堂空間建筑定性規范沒有明確。因此擬采用國際標準或境外工程建設消防技術標準開展特殊消防設計。

本項目采用的國際標準主要有：防火分區面積不限的規定，準安全區域設計及頂部開洞的規定，消防安全工程學方法。其中關于防火分區面積不限的規定有：美國—2021 IBC、英國—APPOVED DOCUMENT B 、英國—BS 9999∶2017、日本—建筑基準法；準安全區域設計及頂部開洞的規定有： 英國—CIBSE Guide E 2019、新西蘭—New Zealand Building Code、中國—《建筑設計防火規范（GB 50016—2014）》征求意見稿；消防安全工程學方法：ISO23932—1∶2018、 ISO 16733—1∶2015、 ISO/TR 16738∶2009、NFPA 101。參考以上國際標準，將落客區定性為具有半室外空間特征的疏散準安全區。并確定以下設計內容：針對自然通風條件、疏散救援條件、防火分隔要求、火災荷載控制、消防系統保障5個子項進行整體消防設計（圖6），再就防火構造層面確保建筑材料及構件的耐火性能，最后針對消防設計方案進行安全性模擬評估以判定其安全性。評估完成后，由項目業主代表向所屬主管部門發起特殊消防設計申請，組織召開消防設計專家評審會。與會專家聽取設計單位和咨詢單位關于項目基本情況、消防設計情況、特殊消防設計報告、采用的國際標準、相關案例、建筑方案及交通組織設計方案的匯報，經質詢討論，形成評審意見。筆者根據消防評審意見整合完善，形成以下詳細說明內容。

圖6 地下1層行車落客區定性分析與消防設計框架

3.1 自然通風條件

在相關的國內外技術標準和規范中，新西蘭建筑規范New Zealand Building Code 2008 第4.2.4 條規定：“屋頂支撐構件無耐火性且無噴淋的單層建筑，均勻分布的有效通風面積不小于地面面積的15%時，防火分區面積不限?！敝袊督ㄖO計防火規范（GB 50016—2014）》［2］征求意見稿第5.3.1條規定：“地下半地下學校體育運動場所，防火分區內自然排煙面積不小于室內地面面積的20%，有至少1/4的周長面向室外，通向室外地面的設計疏散總凈寬度不小于該防火分區所需疏散總凈寬度的70%，防火分區的最大允許面積為2 000 m2?！本C合衡量以上要求，設定地下落客區頂部開洞率不小于20%。并嚴格遵循消防專家評審意見，落客區周邊區域不得向下沉式廣場、庭院排煙，確保區域安全。一期東區地面面積6 088 m2，洞口面積1 218 m2，開洞率20%。二期西區地面面積6 432 m2，洞口面積1 287 m2，開洞率20%。東西區洞口皆均勻分布，落客區地面任一點至敞開洞口的距離不大于30 m。參考英國防火規范CIBSE Guide E 2019 第10.2.2.7 條規定：“吊頂開洞比例大于25%時，可以不考慮頂板對火災煙氣流動的影響?！痹O定地面到樓板高度7.1 m，落客區吊頂均勻開孔，開孔率50%。見圖7、圖8。

圖7 地下1層頂板開洞情況分析

圖8 典型洞口剖面示意

3.2 疏散救援條件

疏散救援條件可分為外部救援和內部疏散兩方面。在外部救援方面，消防車可在地面靠近主要洞口，創造有利的外部救援條件。東西落客區設置微型消防站，控制初期火災，并與市政工程實現消防信息共享。在疏散方面，東西行車落客區各設置2個下沉式廣場，創造水平疏散條件，并與樓梯間共同作為安全疏散設施，保障雙向疏散條件成立；控制最遠疏散距離不大于37.5 m；地面設置連續的特大型疏散指示標志。核算疏散人數及疏散寬度，考慮落客區內汽車停車車輛滿載，以小汽車人員系數為4人/輛，中型車為15人/輛，核算人數為西區75人，東區63人。周圍功能區人員經過落客區人行鋪地及車行道區域進入，此區域按9.3 m2/人計算，核算為西區226人，東區220人。計算西區所需疏散寬度為3.1 m，東區為2.9 m。西區設計疏散寬度為8.2 m，東區為6.5 m。疏散寬度滿足要求。見圖9、圖10。

圖9 地下1層落客區疏散救援條件分析

圖10 地下1層落客區疏散出口情況分析

3.3 防火分隔要求

落客區獨立為一個半室外準安全區，與其他相鄰防火分區采用構件隔開。其中與隧道連通處采用三道防火卷簾，并形成防火隔間，雙側控制。即隧道側控制一道防火卷簾，本項目內的落客區防火隔間控制兩道防火卷簾。與汽車庫采用防火墻，車行道處設置2道防火卷簾；與商業區采用防火墻或耐火極限1 h 的A 類防火玻璃墻加防火卷簾（面向洞口的商鋪面積≤300 m2），商業通道入口處設兩道防火門形成防火隔間；與泄爆區采用耐火極限不低于3 h的防爆墻；與大堂、門廳采用耐火極限不低于1 h的A類防火玻璃墻，其中下沉式廣場側采用普通玻璃幕墻；與其他區域采用防火墻和甲級防火門。見圖11。

圖11 地下1層落客區與其他場所分隔情況分析

3.4 火災荷載控制

落客區域僅作為車輛通行及臨時停車落客功能，并僅限通行15座及以下乘用車，臨時停車位與設置防火玻璃的建筑外墻之間的距離不小于6 m，不設置汽車充電設施及不堆放可燃物；區域內景觀綠植選用低油脂、抗火性強的綠植；落客區地面、頂板均采用不燃裝修材料，導向標志燈等固定服務設施的材料燃燒性能不低于B1級；電線電纜符合現行技術規范要求。

3.5 消防系統保障

前文所述自然通風口及吊頂開孔率的設定屬于自然排煙系統的設計，另外設置帶快速響應噴頭的自動滅火系統，增設消火栓和滅火器系統、火災自動報警系統、感溫火災探測器、消防應急廣播及應急照明和疏散指示系統，并按照消防評審意見，將行車落客區地面設置保持視覺連續的疏散指示標志，導向標志燈等服務設施的耐火極限不低于B1級。

3.6 防火構造

落客區域的耐火等級按一級耐火等級要求設計。在防火構造保障中，分別從以下幾個方面進行構造設計與要求：

3.6.1 建筑結構及構件防火

對于鋼筋混凝土結構，均按規范要求的耐火等級控制結構截面。鋼結構部分則采用能滿足規范要求的防火涂料。各類建筑構件均符合《建筑設計防火規范（GB 50016—2014）》表5.1.2建筑構件的燃燒性能和耐火極限，與大于250 m建筑相交處的構件，滿足中華人民共和國公安部公消［2018］57 號文件《建筑高度大于250 m 民用建筑防火設計加強性技術要求》（試行）的要求。主要承重構件中，鋼筋混凝土柱耐火極限不小于4 h，鋼筋混凝土梁耐火極限不小于3 h，鋼筋混凝土樓板耐火極限不小于2.5 h。

3.6.2 防火墻、隔墻、管道井

防火墻采用耐火極限不小于3 h的加氣混凝土砌塊墻；樓、電梯間及前室、疏散走道兩側均采用耐火極限不小于2 h的加氣混凝土砌塊墻；管道井壁采用耐火極限不小于2 h的加氣混凝土砌塊墻，且井壁上的檢修門均采用甲級防火門；除通風管井外的其余管道井在每層樓板處用耐火極限大于1.5 h（相當于樓板耐火等級）的鋼筋混凝土或防火封堵材料封堵；隔墻砌至梁底或板底，且不留縫隙；防火墻上不設無關的孔洞，設備管線穿越防火墻、疏散走道隔墻、管道井等墻體時，采用不低于墻體耐火極限的防火封堵材料嚴密封堵；防火墻兩側的門、窗、洞口最邊緣水平距離不小于2 m，內轉角處不小于4 m。

3.6.3 防火門窗、防火卷簾

本區域防火門、防火窗耐火極限劃分為三級，分別為甲級1.5 h、乙級1 h、丙級0.5 h。防火門窗及卷簾的設置原則為：防火墻上采用甲級防火門窗或耐火極限不低于3 h的防火卷簾，防火卷簾具有火災時靠自重自動關閉功能。防煙樓梯間和前室的防火門具有自行關閉功能。通風、空氣調節機房和變配電室、鍋爐房、柴油發電機房門、管道井檢修門等均采用甲級防火門。

3.6.4 玻璃幕墻

下沉式廣場處的建筑玻璃幕墻，在建筑外墻上下層開口之間設置高度不小于1.5 m的不燃性實體墻，且在樓板上的高度不小于0.6 m，實體墻耐火極限和燃燒性能不低于外墻。窗檻墻上下兩端設200 mm厚防火巖棉帶（用1.5 mm厚鍍鋅鋼板承托、防火膠泥密封）與背襯主體結構和基層墻體封堵密實。部分防火墻兩側為連續的玻璃幕墻，水平間距2 m之內的幕墻內側均增設耐火極限1 h以上的內襯墻。對于內轉角兩側的玻璃幕墻，則在最近邊緣的水平距離4 m之內的幕墻內側增設耐火極限1 h以上的內襯墻或防火玻璃墻。玻璃幕墻與樓板、隔墻處的縫隙，采用1.5 h防火封堵材料封堵。

3.6.5 裝修材料防火設計

該落客區的裝修材料均采用A 級標準。各疏散樓梯、疏散走道和安全出口的門廳的頂棚、墻面和地面均采用A級裝修材料。項目中建筑用料表對有機裝飾材料均標明其材料燃燒性能等級要求，或標明防火施工要求等。

3.7 消防設計方案安全性分析

該落客區在以上3.1～3.6各項條款的全方位消防安全設計情況下，經中國建筑科學研究院有限公司建研防火科技有限公司采用消防安全工程學的方法進行專題分析。主要通過煙氣流動法模擬分析，行車落客區疏散設計的模擬分析，人員安全性判定等方法得出：在滿足自然通風條件，與周圍區域進行必要的防火分隔，控制內部火災荷載，保證人員疏散安全，并通過消防系統保障的情況下，地下1層行車落客區論證為具有半室外空間特征的準安全區。見圖12、圖13和表1。

表1 人員疏散所需時間

圖12 落客區火災場景示意

圖13 落客東區疏散過程模擬

4 結 論

消防性能化設計是基于火災科學和消防安全工程學的設計方法，其擺脫了規格式設計對于建筑物類型、面積、層高等的束縛［3］，以消防安全為最終導向，根據建筑物的結構、用途和內部可燃物等方面的具體情況，定性、定量地分析、模擬、預測和評估建筑物的火災危險情況，以得出合理的消防設計方案［4］。消防性能化設計中火災與疏散模擬軟件的運用也會進一步提高消防設計精度［5］。

經過本次項目設計，總結出以下設計工作方法：對于定性模糊的建筑空間，首先確定其可以滿足項目設計需要的建筑空間性質，進而依照定性，研究國內外相關規范及案例，總結滿足其定性的消防設計需要，作為特殊消防設計依據。其次，基于特殊消防設計及消防性能化論證意見依據，針對各個消防設計子項進行逐個設計，并使各消防子項系統性的結合，共同作用實現消防安全。

消防設計子項包括6項：

1）自然通風條件：防排煙設施等；

2）疏散救援條件：消防安全疏散出口、通道及緊急避難與逃生設施、消防車道、消防電梯、滅火車輛、消防救援人員等外部救援條件、場所人員綜合消防素質考量等；

3）防火分隔要求：防火分區劃分與防火分隔設施；

4）火災荷載控制：材料物料燃燒性能、材料耐火極限；

5）消防系統保障：火災供電供水和滅火設施、滅火物資；

6）防火構造。

最后，根據計算機模擬結果進行消防設計方案安全性評估，包括煙氣流動分析、疏散場景分析、疏散安全性判定。

對于建筑師而言，了解超現行規范項目的消防設計方法，深度研究其中的消防原理，可有效減少設計項目在方案確定、專家論證、消防審查等過程中遇到的困難與阻力，從而提高工作效率和建設項目的消防設計質量。