浅谈大空间建筑性能化防火设计的认识

浅谈大空间建筑防火设计的认识

我国目前处于城市建设的繁荣时期．各种超高超限建筑、异型复杂地标建筑接踵而至。这些高大空间建筑与传统建筑在使用功能、建筑材料、结构形式、空间大小、配套设施等方面有很大的不同，尽管大空间建筑能够提供广阔的内部使用空间，被广泛应用于公用建筑，比如体育馆、展览馆、大礼堂等，但其在诸多方面的特殊性以及更为突出的火灾风险性和危害性给建筑防火设计带来了较大的挑战和困难。譬如，这类建筑的功能需求与现行消防规范在防火分区、安全疏散等方面都存在较大的矛盾，该类建筑面积巨大，防火分区远远超过规范规定，并且疏散距离和疏散宽度均无法满足规范需要，同时大空间建筑给火灾探测和喷水灭火技术提出了巨大的问题，等等。这些己经成为困扰大空间建筑防火设计的主要问题。

1.大空间建筑火灾特性

大空间建筑物内净高都要比普通建筑物要高的多，这类建筑通常大量采用钢结构或膜结构、功能玻璃幕墙、金属板材等作为构图元素，多以百余米的大跨度、数百米的超长度及十几米到数十米的室内高举架空间形式作为鲜明特征，其建筑结构的特殊性、空间规模的超大性、功能的综合多样性、火灾荷载的可变性和使用者群体状态的不确定性决定了这类建筑的火灾特性与普通建筑有着明显的区别，主要表现在以下几个方面：

1.1防火分区超大，不易进行防火分隔

在建筑设计中，防火分区通常采用防火墙、防火门、防火卷帘、水幕等方法进行防火分隔，但在大空间展览建筑中，传统的分区方法或措施已无法同时满足使用功能和防火功能上的要求。如采用防火墙、防火门的方式划分防火分区，则失去了大空间及开敞的视觉效果，违背了建此建筑的初衷；如采用防火卷帘划分防火分区，技术上很难实现，产品本身就不能满足高度和跨度的要求，且钢结构难以分隔到顶，即使在技术上能够采用防火卷帘分隔，但大面积地使用防火卷帘也往往不能保证在火灾时卷帘全部关闭；如采用防火水幕带划分防火分区，其分隔长度达几十米到上百米，消防用水量将达上千立方米，显然不经济，且高度较高，效果也会受到一定影响。因而这类建筑防火分区普遍大大超过“处方式”防火设计规范的规定，已成为无可回避的事实。防火分区超规同样也会带来建筑超长、建筑面积超大、穿越建筑的消防车道设置困难等问题，使救援力量难以短时间抵达起火部位，容易延误灭火时机。

1.2普通火灾探测技术无法及时发现火灾，常用的闭式喷水灭火系统不能有效发挥作用

在普通建筑中广泛采用的火灾探测器大都是以烟气浓度或温度为信号进行探测，其楼层高度多数在8 m以下，火灾烟气能够很快到达顶棚，探测器能及时报警。同样，在普通建筑中顶棚安装的闭式喷水灭火系统，当顶棚附近的温度到达喷头的启动温度后，喷头能及时喷水控火灭火。然而这两类系统在大空间建筑中则无法正常发挥作用。大空间展览建筑早期火灾烟气运动具有烟气弥散、沉降现象和热障效应等特点，因为弥散、沉降等原因，早期火灾产生的烟气不一定能上升到展览大厅的顶棚，不利于在顶棚附近使用感烟探测来进行火灾探测，即使烟气可以上升到顶棚，也会因为其温度过低，不利于实现感温火灾探测和使用闭式喷淋系统实现火灾保护。由于热障现象的影响，火灾早期烟气无法上升到顶棚，同样不利于在顶棚附近实现感烟、感温火灾探测和使用闭式喷淋系统实现火灾保护，也可能导致自然排

烟的失效。即使探测器和喷头能够动作，下面的火势也已发展到相当大的规模，延误了早期报警、灭火的有利时机，而且常用的闭式喷水灭火系统所喷出来的水滴粒径和流速都较小，一般粒径的水滴还来不及到达火焰面，就已经被烟气羽流冲散并迅速蒸发，起不到灭火的作用。

1.3烟气层高度很不均衡，烟气控制较为复杂

火灾烟气实际上是燃烧产物与所卷吸的空气的混合物，随着流动距离的增加，烟气中所含的空气比率将越来越大，在空气的稀释下，烟气的温度和浓度都大大降低，导致烟气的浮力越来越小，烟气上升到一定高度后，烟气的浮力与重力达到某种平衡，导致烟气不能上升。在大空间展览建筑中，其早期火灾烟气运动具有的烟气弥散、沉降现象和热障效应，导致大空间内的烟气层高度很不均衡，烟气控制较为复杂。如利用顶棚天窗或较高的侧窗进行自然排烟是否能有效排除烟气，自然排烟口要有多大的面积才能及时排除烟气，都是需要研究的问题。此外，自然排烟口平时往往处于关闭状态，如何在紧急情况下及时开启，也需要解决相应的控制技术问题。如采用机械排烟方式，虽说机械排烟是控制烟气蔓延最有效的方法，但大空间展览建筑的烟气量很大，必须保证有较大的排烟速率，而排烟速率由风机的功率决定，在技术上虽然完全能够满足这一需要，但难以实现技术性和经济性的的统一，也可能会由于控制的复杂性使可靠性降低，或者由于使用条件的限制、建筑造型的影响等而难以实施。

1.4疏散距离超长，疏散路线多变，人员的安全疏散较为困难

由于大空间烟气扩散迅速，使建筑物内能见度很快降低，此类建筑因空间过大，人员由空间中任意一点到达室外出口的距离大，因此疏散时间亦长。且该类建筑大多为公用性建筑，人员对逃生路线不熟，难以找到安全出口，易给人造成恐慌心理，从而造成更大人伤亡及财产损失;

1.5灭火和扑救比较困难

由于高大型建筑主体部分被其它部分包围，消防人员很难直接进入到现场进行扑救，且烟气易扩散到整个建筑，难以判断火源的准确位置。且由于火势发展快，蔓延途径多等，给抢救物资和扑灭火灾造成了困难。另外，面对新型建筑，我们缺乏扑救大空间建筑物火灾的实践经验，指挥水平不是很高。且灭火面积较大，消防供水量不足，如未设消防电梯，消防人员因攀登数层高楼体力不足，不能及时到达起火层，同时消防器材也补充困难，均会影响扑救。

综上所述，随着我国经济的发展，大空间建筑的飞速崛起的同时，带来了防火设计的一些问题。大空间建筑同普通建筑防火设计相比有他自己的特性和难点，对于这些难点，我们要认识它们的本质，研发和应用更多、更好，更有效的防火灭火装备，寻求更完善，性能化的防火设计。

2．防火设计上的对策和措施

2.1大空间火灾探测器

由于大型展馆的建筑特点(空间结构和尺寸)、烟气特征及其它因素(空气流速、粉尘、温湿度等)的影响,常规火灾探测器很难应用在大空间场所,我们必须寻求其它类型的探测器。

1）红外光束感烟探测器

普通的点型感烟探测器,烟气必须进入采样室,经过分析判断后才报警,而红外光束感烟