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,而红外光束感烟探测器是利用烟颗粒具有遮光作用的原理,只要接收到的光强发生变化,就会报警。

在GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》中指出,无遮挡的大空间场所宜选用红外光束感烟探测器。

两组相邻红外光束感烟探测器的水平距离可达14 m,发射器和接收器的距离达100m,距地高度为20 m。

可见,该种探测器保护面积大、报警迅速、安装位置较高,适合于大空间场所。

但是,红外光束感烟探测器的接收器和发生器之间不能有遮挡物,否则会引起误报,这对于应用在展品堆积较高的展厅是一个障碍。

另外,如果安装在钢结构上,由于热胀冷缩的原因,钢结构的变形比较大,接收器会收不到发射器发出的光信号,也会引起误报,且难以消除。

2）双波段火灾探测器双波段火灾探测器是一种火焰探测器,它可采集可见光(波段400 nm~700 nm)、红外光(波段800 nm~1 200 nm),由于探测波段广、波长长,所以可以安装在距离火焰较远的地方,用于大面积和大空间的火灾探测,但是这种探测器的灵敏度不是很高。

3）空气采样火灾探测器普通的感烟探测器是烟上升到顶棚才发出报警信号,但是在可见烟之前的阴燃阶段却无法感知火灾,空气采样火灾探测器较好地解决了这一问题。

它主动抽取空气的成分进入激光分析器进行测量,判断是否发生了火灾。

保护区域最大达2 000 m2,探测距离为200m,可以用于大空间的火灾探测。

在大空间有效自动灭火设施未完全解决之前,早期发现火灾不失为一个良好的消防手段,但这种产品的联动设备数量有限。

2.2自动消防水炮系统与其他灭火系统相比，在大空间采用水灭火系统依然是最适合的，但是受空间高度的影响，一般自动喷水系统的灭火效果受高度影响大，而且安装维护困难,在可燃物不很集中或者被水作用后损失较大的大空间场所，大面积安装自动喷水系统则结构布置不合理，而且灭火带来的二次损失较大。

因此，近年来自动消防水炮被越来越多地运用在大空间场所。

自动消防炮系统的特点是火灾早期阶段即可实现自动报警，并自动控制消防炮扫描着火点，进行空间定位、定点灭火,由于仅对火灾区域喷洒灭火，减少了对无火灾区域的影响，很大程度上减少了火灾造成的损失。

目前国内已经研制出可与火灾自动报警系统联动的水炮,它能通过火灾自动报警系统探测到着火点的位置,提供火源坐标,通过串口通讯联动水炮对准火源进行自动扑救。

但是在选用水炮进行灭火时,展品的位置不能堆积过高,否则会产生“死角”,影响灭火效果。

另外消防炮的射程远(可达50 m,甚至更远),所以控制的范围大,适合于大空间消防要求。

自动消防炮系统由两部分组成:数控消防炮和控制系统,常用的消防水炮的流量为20 L/s,射程为50 m。

2.3大空间智能型主动喷水灭火系统相对于消防水炮而言,智能型自动灭火装置就好比缩小的和分散的微型水炮,流量、水压较小,因此灭火装置容易结合建筑要求布置,管路也较小,便于铺设;相对于喷淋系统而言,智能型自动灭火装置就好比可以转动的喷头,直接面对火源喷水,因此使用的水量较小,针对性强,缩短了灭火时间。

2003年广东省颁布了《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》, 2004年4月1日实施。

该系统的采用为大空间消防提供了更为有效的手段。

智能型主动喷水灭火系统包括:①智能型灭火装置(大空间智能灭火装置、自动扫描射水灭火装置、自动扫描射水高空水炮灭火装置);②信号阀组;③水流指示器;④供水管道及供水设备。

智能型灭火装置包括:①智能型红外探测组件;②大空间大流量喷头;③电磁阀。

不同类型智能型自动灭火装置的性能见表1。

表1不同类型智能型自动灭火装置的性能3.人员疏散性能化设计大空间建筑通常占地面积较大,可以达到几千平方米乃至几万平方米,在如此大的面积下往往许多设计方案都不能满足现行规范对疏散出口的数量、宽度、疏散距离等问题的要求,给消防设计、审核工作带来很大的麻烦。

这种情况下如何组织人员疏散,如何设置提供人员安全疏散的措施成为消防技术人员最关心的问题。

目前,在许多消防安全性能评估中都采用了设置消防安全通道的办法,通过对消防安全通道采取正压送风等形式,在大面积的空间中根据空间的结构造型等具体情况做出很多条避难通道,直接通往疏散楼梯间或者室外安全区域,这样不仅增加了疏散出口的宽度,同时缩短了疏散距离,达到同规范相一致的消防安全目标。

消防安全通道的具体做法是,根据建筑的结构及防火分区的划分情况,采用防火墙、防火玻璃及防火卷帘分隔出一定宽度的区域,连接各防火分区及疏散出口,采取一定的防火措施和管理,将该区域作为人员安全逃生的临时避难场所。