大型商業(yè)綜合體室內(nèi)步行街疏散設(shè)計(jì)與安全性評(píng)估 - 規(guī)范研究

1、大型商業(yè)綜合體室內(nèi)步行街疏散設(shè)計(jì)與安全性評(píng)估馬千里1,2,黃廷林1,姜明理3(1. 西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,陜西西安 710055;2. 天津市消防總隊(duì),天津300090;3. 公安部天津消防研究所,天津 300381摘要:本文針對大型綜合商業(yè)體內(nèi)安全疏散設(shè)計(jì)中存在的問題,結(jié)合對某大型商業(yè)綜合體內(nèi)的室內(nèi)步行街進(jìn)行的實(shí)例研究,提出剪刀梯在大型商業(yè)綜合體內(nèi)的應(yīng)用,并對其設(shè)置的可行性進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞:步行街;中庭;剪刀梯;性能化隨著社會(huì)發(fā)展,全國各地相繼出現(xiàn)大量的商業(yè)綜合體,該商業(yè)體的主要建筑特征是通過有頂棚的步行街連接組成一個(gè)步行街商業(yè)建筑,其使用功能通常包括日用百貨、服裝、家用電器、

2、餐飲、KTV和電影院等?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(下稱建規(guī)和高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(下稱髙規(guī)都對疏散樓梯間的設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)定,商業(yè)體由于運(yùn)營模式的變化,其多元化的業(yè)態(tài)決定該商業(yè)體的建筑平面面積和建筑體量越來越大,其樓梯間的設(shè)置無論從疏散寬度還是從疏散距離都滿足不了現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求。而樓梯間是建筑內(nèi)人員在發(fā)生火災(zāi)時(shí)逃生的主要通道,其在商業(yè)體內(nèi)的設(shè)計(jì)是否合理將直接關(guān)系到人員的生命安全。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定,建筑內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)至少應(yīng)設(shè)置2個(gè)安全出口,出口數(shù)量和寬度需根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算。本文所論述的商業(yè)體如果完全根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置疏散樓梯,則在建筑平面上將使樓梯間林立,不能很好體現(xiàn)步行街的

3、商業(yè)運(yùn)營意圖。因此將樓梯設(shè)置為剪刀式樓梯將是解決該問題的一個(gè)較好的辦法。但是,無論建規(guī)還是髙規(guī)均沒有說明商場等公共場所可以采用剪刀梯。本文將以某商業(yè)綜合體為例,探討室內(nèi)步行街設(shè)置剪刀梯的可行性。1 工程概況商業(yè)綜合區(qū)總建筑面積220446m2,地上6層,建筑面積136512m2,地下2層,建筑面積82005m2,建筑高度30.9m,屬一類高層建筑。根據(jù)功能分布劃分為四大區(qū)域:地下室:超市、地下車庫、設(shè)備用房。核心區(qū):百貨商店(六層、綜合樓(五層、娛樂樓(四層。室內(nèi)商業(yè)街區(qū):從北、西、南三面環(huán)繞著核心區(qū)。室外商業(yè)街區(qū):北、西、南三面環(huán)繞著室內(nèi)商業(yè)街區(qū)。 圖1 商業(yè)布局示意圖2、疏散樓梯的設(shè)置根據(jù)

4、現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定,人員進(jìn)行垂直疏散的唯一通道就是樓梯間。因此,疏散樓梯的數(shù)量、樓梯總寬度以及樓梯布局成為建筑性能化防火設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。高規(guī)第6.1.9條的規(guī)定:“高層建筑內(nèi)走道的凈寬,應(yīng)按通過人數(shù)每100人不小于1.0m計(jì)算;高層建筑首層疏散外門的總寬度,應(yīng)按人數(shù)最多的一層每100人不小于1.0m計(jì)算?！?。同時(shí),髙規(guī)第6.2.6條規(guī)定疏散樓梯間在各層的位置不應(yīng)改變,首層應(yīng)有直通室外的出口。根據(jù)商業(yè)體各區(qū)域的使用功能,按照建規(guī)第5.3.17條確定使用人數(shù),并根據(jù)上述規(guī)定確定商業(yè)體各層需要的總疏散寬度:首層疏散寬度為71.4m,二層、三層的疏散寬度為68.6m,四層為27.0m,五層為16

5、.8m。如果按照一般常規(guī)做法,每部樓梯2.1m計(jì)算,商業(yè)體總共需要設(shè)置32.6部?？紤]到商業(yè)運(yùn)營的需要,將室內(nèi)商業(yè)街區(qū)和核心區(qū)內(nèi)的部分樓梯改為剪刀梯,共設(shè)置23部疏散樓梯間,樓梯間總寬度為68.6m。剪刀樓梯是在同一樓梯間設(shè)置一對相互重疊、又相互不相通的兩個(gè)樓梯。剪刀式樓梯的特點(diǎn)使得樓梯間占用相同空間,卻起到兩個(gè)疏散樓梯的作用。樓梯間布局如圖2所示。 圖2 室內(nèi)步行街疏散樓梯示意圖根據(jù)性能化設(shè)計(jì)后,雖然安全出口寬度滿足規(guī)范要求,但步行街二層、三層兩個(gè)街的拐角處各有約600m2的區(qū)域疏散距離大于30m,最遠(yuǎn)點(diǎn)的疏散距離為53m,如圖2綠色填充區(qū)域。第二層防火分區(qū)二有面積約120m2的區(qū)域疏散距離

6、大于30m,最遠(yuǎn)點(diǎn)的疏散距離為35m,如圖2橙色填充區(qū)域。第二層防火分區(qū)四和第三層防火分區(qū)四有面積約40m2的區(qū)域疏散距離大于30m,最遠(yuǎn)點(diǎn)的疏散距離為33m,如圖2藍(lán)色填充區(qū)域,不能滿足高規(guī)第6.1.7條的規(guī)定。同時(shí)建筑四層六層均有部分區(qū)域的疏散距離不能滿足髙規(guī)第6.1.7條的規(guī)定。上述性能化設(shè)計(jì)能夠滿足要求,我們將采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行驗(yàn)證。3 火災(zāi)場景及煙氣流動(dòng)分析1設(shè)計(jì)火災(zāi)在設(shè)計(jì)火災(zāi)場景時(shí),應(yīng)設(shè)定火源在建筑物內(nèi)的位置,考慮建筑的空間幾何特征。室內(nèi)步行街內(nèi)部在平常使用時(shí)不允許放置任何固定可燃物。但在某些時(shí)候,如節(jié)假日、商品展示活動(dòng)時(shí),臨時(shí)布置裝飾物、小型展臺(tái)等,這是室內(nèi)步行街必須考慮的火

7、災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。步行街兩側(cè)店鋪內(nèi)的可燃物類型較復(fù)雜,出售的商品通常包括禮品、服裝、皮革、食品和書報(bào)等,其擺放形式也不確定。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可將步行街和兩側(cè)商鋪火災(zāi)類型確定為t2快速火,其火災(zāi)增長系數(shù)=0.04689kW/s2。步行街層高大于12m,其內(nèi)設(shè)自動(dòng)消防水炮,根據(jù)消防水炮的工作原理及啟動(dòng)滅火時(shí)所需要的時(shí)間,并考慮1.5倍的安全系數(shù),消防水炮可將步行街內(nèi)的火災(zāi)控制在2.2MW。若消防水炮失效,考慮中庭內(nèi)6個(gè)服裝展臺(tái)同時(shí)發(fā)生火災(zāi)計(jì)算,根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn),每個(gè)服裝展臺(tái)的最大火災(zāi)規(guī)模為1MW,因此步行街中庭火災(zāi)的最大規(guī)模為6MW。兩側(cè)商鋪內(nèi)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用快速響應(yīng)噴頭,考慮1.5倍的安

8、全系數(shù),可計(jì)算出自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)能將商鋪內(nèi)的火災(zāi)控制在1.8MW。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)失效時(shí),考慮消防隊(duì)員到達(dá)現(xiàn)場并控制火災(zāi)的時(shí)間為10分鐘,此時(shí)的最大火災(zāi)規(guī)模為16.9MW。考慮火災(zāi)可能的規(guī)模、建筑內(nèi)各功能區(qū)域的空間特點(diǎn)、疏散出口分布、起火樓層以及煙控措施等因素。綜合以上因素,在本建筑內(nèi)共設(shè)置了4個(gè)火源位置,火源位置如圖3圖5所示。B圖3 火源位置示意圖(首層防火分區(qū)四BHFT-8圖4 火源位置示意圖(二層ZH-4ZH-5(消圖5 火源位置示意圖(三層綜合考慮火災(zāi)的可能性與潛在的后果,從可能的火災(zāi)場景中選擇出供分析的火災(zāi)場景,如表3.1所示。表3.1 火災(zāi)場景分析匯總表火災(zāi)場景火源位置火災(zāi)增長系

9、數(shù)(kw/s2自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)機(jī)械排煙系統(tǒng)最大火災(zāi)熱釋放速率(MWA11步行街一層商鋪A 0.04689有效有效 1.8A01 失效有效 16.9 A10 有效失效 1.8 B11步行街一層大中庭B 0.04689有效有效 2.2B01 失效有效 6.0 B10 有效失效 2.2C11二層主力店 C 0.04689 有效有效 1.8C01 失效有效 16.9 C10 有效失效 1.8 D11步行街三層餐飲店D 0.04689有效有效 1.8D01 失效有效 16.9 D10 有效失效 1.82煙氣流動(dòng)模擬分析預(yù)測運(yùn)用消防安全工程界常用的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件FDS(Fire Dynamics Si

10、mulator對上節(jié)設(shè)定的火災(zāi)場景進(jìn)行模擬計(jì)算,設(shè)定的網(wǎng)格尺寸為0.5m×0.5m×0.5m。以其中的一個(gè)火災(zāi)場景為例,分析模擬結(jié)果。本場景設(shè)定火災(zāi)位于步行街一層大中庭內(nèi),為服裝類商品發(fā)生火災(zāi),對應(yīng)火源位置B?；馂?zāi)按t2火發(fā)展,火災(zāi)增長系數(shù)=0.047 kW/s2,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)有效,最大熱釋放速率控制在2.2MW,機(jī)械排煙系統(tǒng)有效。圖6圖9為模擬分析計(jì)算結(jié)果圖。D 圖6 火災(zāi)煙氣蔓延圖 圖7 溫度分布云圖 圖7 能見度分布云圖 圖8 CO 濃度分布云圖通過模擬計(jì)算,中庭內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后,火災(zāi)煙氣以軸對稱羽流形式上升,到達(dá)頂棚后并在頂棚下聚集蔓延。在1800s 內(nèi),中庭內(nèi)各層

11、距離樓板2m 高度處溫度沒有達(dá)到設(shè)定極限值60,能見度沒有下降到設(shè)定極限值10m 。CO 濃度沒有到達(dá)設(shè)定極限值300ppm 。其人員可用疏散時(shí)間為1800s 。根據(jù)對設(shè)定火災(zāi)場景的火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)模擬計(jì)算分析,人員可用疏散時(shí)間見表3.2。表3.2 模擬結(jié)果匯總表設(shè)定火災(zāi)場景 危險(xiǎn)來臨時(shí)間(s 設(shè)定火災(zāi)場景 危險(xiǎn)來臨時(shí)間(sA11一層 1800 C11 一層 1800 二層 1800 二層 1800 三層 1800 三層 1800 A01一層 1479 C01 一層 1800 二層 660 二層 1330 三層 570 三層 810 A10一層 1800 C10 一層 1800 二層 1800 二

12、層 1800 三層 1189 三層 1780 B11一層 1800 D11 一層 1800 二層 1800 二層 1800 三層 1800三層 1800B01 B10 4 一層 二層 三層 一層 二層 三層 1800 1472 610 1800 1549 1044 D01 D10 一層 二層 三層 一層 二層 三層 1800 1200 590 1800 1800 830 人員安全疏散分析 疏散場景的設(shè)計(jì)總體原則為找出火災(zāi)發(fā)生后，最不利于人員安全疏散的情況。通常考慮火災(zāi) 發(fā)生在某一疏散出口附近，使該出口堵塞不能用于人員疏散。根據(jù)設(shè)定的火災(zāi)場景，設(shè)置了相對 應(yīng)的如下 3 個(gè)設(shè)定疏散場景，見表 3.

13、3。 表 3.3 疏散 場景 1 2 3 火災(zāi)場景 A11、A01、A10 D11、D01、D10 B11、B01、B10 C11、C01、C10 疏散人數(shù) （人） 33705 33705 6740 設(shè)定疏散場景匯總表 疏散通道情況 各區(qū)內(nèi)的人員正常疏散， 無疏散出口、 疏 散通道堵塞 臨近大中庭的步行街某出入口不能用于 人員疏散 設(shè)定二層主力店的某疏散出口不用于人 員疏散。 采用疏散軟件 PathFinder 對上述疏散場景進(jìn)行疏散模擬分析。該軟件為三維網(wǎng)絡(luò)模型，是基 于 SFPE消防工程手冊第十四章、第三節(jié)的方程式而開發(fā)的，可以模擬在正常和緊急狀況下的 人員疏散情況。該軟件已經(jīng)成功用于世界

14、各地許多大型、復(fù)雜建筑的疏散模擬，具有較高的可信 度和準(zhǔn)確度。圖 9圖 11 為疏散模型圖。 圖9 步行街首層安全疏散模型圖 6 圖10 步行街二層安全疏散模型圖 圖11 步行街三層安全疏散模型圖 通過模擬計(jì)算可得到人員的行走時(shí)間，將疏散行走時(shí)間加上報(bào)警時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間，最后可得 到各場景的疏散時(shí)間 TRSET，各場景的疏散計(jì)算結(jié)果見表 3.4。 表 3.4 疏散場景 報(bào)警時(shí)間 TA (s 60 響應(yīng)時(shí)間 TR (s 120 疏散行動(dòng)時(shí)間匯總表 行動(dòng)時(shí)間 TM(s 三層 383 1 二層 453 一層 920 三層 405 2 60 120 二層 501 一層 1013 三層 483 3 60

15、0 注：TRSETTATR1.5×TM 保障人員生命安全是消防性能化設(shè)計(jì)最重要的目標(biāo)，人員疏散是否安全，需要將不同火災(zāi)場 景下的火災(zāi)環(huán)境與人員疏散的狀況聯(lián)系起來分析。將通過計(jì)算機(jī)人員疏散模擬軟件進(jìn)行計(jì)算得到 的必需疏散時(shí)間（TRSET），與各火災(zāi)場景下的可用疏散時(shí)間（TASET）進(jìn)行比較，以判斷各區(qū)域內(nèi) 人員疏散的安全性，見表 3.5 120 60 二層 453 一層 966 防火分區(qū)二 356 疏散時(shí)間 TRSET(s 755 860 1560 788 932 1700 905 860 1629 594 7 表 3.5 火災(zāi) 位置 火災(zāi) 場景 A11 滅火 系統(tǒng) 有效 機(jī)械 排煙

16、有效 人員疏散安全性判定 可用疏散 時(shí)間 TASET（s） 三層 二層 一層 三層 1800 1800 1800 570 660 1479 1189 1800 1800 1800 1800 1800 610 1472 1800 1044 1549 1800 1800 1800 1800 810 1330 1800 1780 1800 1800 1800 1800 1800 590 1200 1800 830 1800 1800 1 1 1 3 3 3 2 2 2 1 1 1 疏散場 必需疏散時(shí)間 疏散安全性 景 TRSET（s） 判定 723 830 1515 723 830 1515 723

17、 830 1515 723 830 1515 723 830 1515 723 830 1515 765 888 1655 765 888 1655 765 888 1655 723 830 1515 723 830 1515 723 830 1515 安全 安全 安全 不安全 不安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 不安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 不安全 安全 安全 安全 安全 安全 A A01 失效 有效 二層 一層 三層 A10 有效 失效 二層 一層 三層 B11 有效 有效 二層 一層 三層 B

18、B01 失效 有效 二層 一層 三層 B10 有效 失效 二層 一層 三層 C11 有效 有效 二層 一層 三層 C C01 失效 有效 二層 一層 三層 C10 有效 失效 二層 一層 三層 D11 有效 有效 二層 一層 三層 D D01 失效 有效 二層 一層 三層 D10 有效 失效 二層 一層 通過對比人員可用疏散時(shí)間和人員必需疏散時(shí)間可知：在自動(dòng)滅火系統(tǒng)有效的情況下，步行 街中庭或兩側(cè)精品店發(fā)生火災(zāi)時(shí)，各層人員可安全疏散。步行街兩側(cè)精品店發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若自動(dòng) 8 滅火系統(tǒng)失效，部分疏散場景人員疏散過程的安全不能得到保證，因此建議對自動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行 定期維護(hù)保養(yǎng)，保證其可靠有效運(yùn)行。 5 結(jié)論 在建筑防火設(shè)計(jì)中選擇樓梯時(shí)，為了滿足安全疏散的需要，同時(shí)又要照顧到商業(yè)運(yùn)營需求， 一般都采用剪刀樓梯。但在使用剪刀樓梯時(shí)，應(yīng)充分考慮建筑的各功能區(qū)域的火災(zāi)荷載、人員特 性等因素，采用消防工程學(xué)的方法進(jìn)行論證分析，以確定剪刀樓梯設(shè)計(jì)的可行性。本工程針對大 型商業(yè)綜合體采用剪刀樓梯進(jìn)行性