大型商业综合体室内步行街疏散设计与安全性评估 - 规范研究

1、大型商业综合体室内步行街疏散设计与安全性评估马千里1,2,黄廷林1,姜明理3(1. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安 710055;2. 天津市消防总队,天津300090;3. 公安部天津消防研究所,天津 300381摘要:本文针对大型综合商业体内安全疏散设计中存在的问题,结合对某大型商业综合体内的室内步行街进行的实例研究,提出剪刀梯在大型商业综合体内的应用,并对其设置的可行性进行分析。关键词:步行街;中庭;剪刀梯;性能化随着社会发展,全国各地相继出现大量的商业综合体,该商业体的主要建筑特征是通过有顶棚的步行街连接组成一个步行街商业建筑,其使用功能通常包括日用百货、服装、家用电器、

2、餐饮、KTV和电影院等。现行国家标准建筑设计防火规范(下称建规和高层民用建筑设计防火规范(下称髙规都对疏散楼梯间的设计进行了规定,商业体由于运营模式的变化,其多元化的业态决定该商业体的建筑平面面积和建筑体量越来越大,其楼梯间的设置无论从疏散宽度还是从疏散距离都满足不了现行规范的相关要求。而楼梯间是建筑内人员在发生火灾时逃生的主要通道,其在商业体内的设计是否合理将直接关系到人员的生命安全。根据现行国家标准的相关规定,建筑内每个防火分区至少应设置2个安全出口,出口数量和宽度需根据规范要求进行计算。本文所论述的商业体如果完全根据规范要求设置疏散楼梯,则在建筑平面上将使楼梯间林立,不能很好体现步行街的

3、商业运营意图。因此将楼梯设置为剪刀式楼梯将是解决该问题的一个较好的办法。但是,无论建规还是髙规均没有说明商场等公共场所可以采用剪刀梯。本文将以某商业综合体为例,探讨室内步行街设置剪刀梯的可行性。1 工程概况商业综合区总建筑面积220446m2,地上6层,建筑面积136512m2,地下2层,建筑面积82005m2,建筑高度30.9m,属一类高层建筑。根据功能分布划分为四大区域:地下室:超市、地下车库、设备用房。核心区:百货商店(六层、综合楼(五层、娱乐楼(四层。室内商业街区:从北、西、南三面环绕着核心区。室外商业街区:北、西、南三面环绕着室内商业街区。 图1 商业布局示意图2、疏散楼梯的设置 图

4、2 室内步行街疏散楼梯示意图上述性能化设计能够满足要求,我们将采用数值模拟的方法进行验证。3 火灾场景及烟气流动分析1设计火灾在设计火灾场景时,应设定火源在建筑物内的位置,考虑建筑的空间几何特征。室内步行街内部在平常使用时不允许放置任何固定可燃物。但在某些时候,如节假日、商品展示活动时,临时布置装饰物、小型展台等,这是室内步行街必须考虑的火灾风险。步行街两侧店铺内的可燃物类型较复杂,出售的商品通常包括礼品、服装、皮革、食品和书报等,其摆放形式也不确定。根据国内外相关研究文献、实验数据,可将步行街和两侧商铺火灾类型确定为t2快速火,其火灾增长系数=0.04689kW/s2。步行街层高大于12m,

5、其内设自动消防水炮,根据消防水炮的工作原理及启动灭火时所需要的时间,并考虑1.5倍的安全系数,消防水炮可将步行街内的火灾控制在2.2MW。若消防水炮失效,考虑中庭内6个服装展台同时发生火灾计算,根据相关实验,每个服装展台的最大火灾规模为1MW,因此步行街中庭火灾的最大规模为6MW。两侧商铺内自动喷水灭火系统采用快速响应喷头,考虑1.5倍的安全系数,可计算出自动喷水灭火系统能将商铺内的火灾控制在1.8MW。自动喷水灭火系统失效时,考虑消防队员到达现场并控制火灾的时间为10分钟,此时的最大火灾规模为16.9MW。考虑火灾可能的规模、建筑内各功能区域的空间特点、疏散出口分布、起火楼层以及烟控措施等因

6、素。综合以上因素,在本建筑内共设置了4个火源位置,火源位置如图3图5所示。B图3 火源位置示意图(首层防火分区四BHFT-8图4 火源位置示意图(二层ZH-4ZH-5(消图5 火源位置示意图(三层综合考虑火灾的可能性与潜在的后果,从可能的火灾场景中选择出供分析的火灾场景,如表3.1所示。表3.1 火灾场景分析汇总表火灾场景火源位置火灾增长系数(kw/s2自动喷水灭火系统机械排烟系统最大火灾热释放速率(MWA11步行街一层商铺A 0.04689有效有效 1.8A01 失效有效 16.9 A10 有效失效 1.8 B11步行街一层大中庭B 0.04689有效有效 2.2B01 失效有效 6.0 B

7、10 有效失效 2.2C11二层主力店 C 0.04689 有效有效 1.8C01 失效有效 16.9 C10 有效失效 1.8 D11步行街三层餐饮店D 0.04689有效有效 1.8D01 失效有效 16.9 D10 有效失效 1.82烟气流动模拟分析预测运用消防安全工程界常用的火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator对上节设定的火灾场景进行模拟计算,设定的网格尺寸为0.5m×0.5m×0.5m。以其中的一个火灾场景为例,分析模拟结果。本场景设定火灾位于步行街一层大中庭内,为服装类商品发生火灾,对应火源位置B。火灾按t2火发展,火灾增长系

8、数=0.047 kW/s2,自动喷水灭火系统有效,最大热释放速率控制在2.2MW,机械排烟系统有效。图6图9为模拟分析计算结果图。D 图6 火灾烟气蔓延图 图7 温度分布云图 图7 能见度分布云图 图8 CO 浓度分布云图通过模拟计算,中庭内发生火灾后,火灾烟气以轴对称羽流形式上升,到达顶棚后并在顶棚下聚集蔓延。在1800s 内,中庭内各层距离楼板2m 高度处温度没有达到设定极限值60,能见度没有下降到设定极限值10m 。CO 浓度没有到达设定极限值300ppm 。其人员可用疏散时间为1800s 。根据对设定火灾场景的火灾烟气运动模拟计算分析,人员可用疏散时间见表3.2。表3.2 模拟结果汇总

9、表设定火灾场景 危险来临时间(s 设定火灾场景 危险来临时间(sA11一层 1800 C11 一层 1800 二层 1800 二层 1800 三层 1800 三层 1800 A01一层 1479 C01 一层 1800 二层 660 二层 1330 三层 570 三层 810 A10一层 1800 C10 一层 1800 二层 1800 二层 1800 三层 1189 三层 1780 B11一层 1800 D11 一层 1800 二层 1800 二层 1800 三层 1800三层 1800B01 B10 4 一层 二层 三层 一层 二层 三层 1800 1472 610 1800 1549 1

10、044 D01 D10 一层 二层 三层 一层 二层 三层 1800 1200 590 1800 1800 830 人员安全疏散分析 疏散场景的设计总体原则为找出火灾发生后，最不利于人员安全疏散的情况。通常考虑火灾 发生在某一疏散出口附近，使该出口堵塞不能用于人员疏散。根据设定的火灾场景，设置了相对 应的如下 3 个设定疏散场景，见表 3.3。 表 3.3 疏散 场景 1 2 3 火灾场景 A11、A01、A10 D11、D01、D10 B11、B01、B10 C11、C01、C10 疏散人数 （人） 33705 33705 6740 设定疏散场景汇总表 疏散通道情况 各区内的人员正常疏散，

11、无疏散出口、 疏 散通道堵塞 临近大中庭的步行街某出入口不能用于 人员疏散 设定二层主力店的某疏散出口不用于人 员疏散。 采用疏散软件 PathFinder 对上述疏散场景进行疏散模拟分析。该软件为三维网络模型，是基 于 SFPE消防工程手册第十四章、第三节的方程式而开发的，可以模拟在正常和紧急状况下的 人员疏散情况。该软件已经成功用于世界各地许多大型、复杂建筑的疏散模拟，具有较高的可信 度和准确度。图 9图 11 为疏散模型图。 图9 步行街首层安全疏散模型图 6 图10 步行街二层安全疏散模型图 图11 步行街三层安全疏散模型图 通过模拟计算可得到人员的行走时间，将疏散行走时间加上报警时间

12、和响应时间，最后可得 到各场景的疏散时间 TRSET，各场景的疏散计算结果见表 3.4。 表 3.4 疏散场景 报警时间 TA (s 60 响应时间 TR (s 120 疏散行动时间汇总表 行动时间 TM(s 三层 383 1 二层 453 一层 920 三层 405 2 60 120 二层 501 一层 1013 三层 483 3 60 0 注：TRSETTATR1.5×TM 保障人员生命安全是消防性能化设计最重要的目标，人员疏散是否安全，需要将不同火灾场 景下的火灾环境与人员疏散的状况联系起来分析。将通过计算机人员疏散模拟软件进行计算得到 的必需疏散时间（TRSET），与各火灾场

13、景下的可用疏散时间（TASET）进行比较，以判断各区域内 人员疏散的安全性，见表 3.5 120 60 二层 453 一层 966 防火分区二 356 疏散时间 TRSET(s 755 860 1560 788 932 1700 905 860 1629 594 7 表 3.5 火灾 位置 火灾 场景 A11 灭火 系统 有效 机械 排烟 有效 人员疏散安全性判定 可用疏散 时间 TASET（s） 三层 二层 一层 三层 1800 1800 1800 570 660 1479 1189 1800 1800 1800 1800 1800 610 1472 1800 1044 1549 1800

14、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 疏散场 必需疏散时间 疏散安全性 景 TRSET（s） 判定 723 830 1515 723 830 1515 723 830 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

15、 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 二层 一层 三层 A10 有效 失效 二层 一层 三层 B11 有效 有效 二层 一层 三层 B B01 失效 有效 二层 一层 三层 B10 有效 失效 二层 一层 三层 C11 有效 有效 二层 一层 三层 C C01 失效 有效 二层 一层 三层 C10 有效 失效 二层 一层 三层 D11 有效 有效 二层 一层 三层 D D01 失效 有效 二

16、层 一层 三层 D10 有效 失效 二层 一层 通过对比人员可用疏散时间和人员必需疏散时间可知：在自动灭火系统有效的情况下，步行 街中庭或两侧精品店发生火灾时，各层人员可安全疏散。步行街两侧精品店发生火灾时，若自动 8 灭火系统失效，部分疏散场景人员疏散过程的安全不能得到保证，因此建议对自动灭火系统进行 定期维护保养，保证其可靠有效运行。 5 结论 在建筑防火设计中选择楼梯时，为了满足安全疏散的需要，同时又要照顾到商业运营需求， 一般都采用剪刀楼梯。但在使用剪刀楼梯时，应充分考虑建筑的各功能区域的火灾荷载、人员特 性等因素，采用消防工程学的方法进行论证分析，以确定剪刀楼梯设计的可行性。本工程针对大 型商业综合体采用剪刀楼梯进行性能化防火设计，结果表明：该大型商业综合体在采用剪刀楼梯 后，疏散系统能