1、大型商業綜合體室內步行街疏散設計與安全性評估馬千里1,2,黃廷林1,姜明理3(1. 西安建筑科技大學環境與市政工程學院,陜西西安 710055;2. 天津市消防總隊,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體內安全疏散設計中存在的問題,結合對某大型商業綜合體內的室內步行街進行的實例研究,提出剪刀梯在大型商業綜合體內的應用,并對其設置的可行性進行分析。關鍵詞:步行街;中庭;剪刀梯;性能化隨著社會發展,全國各地相繼出現大量的商業綜合體,該商業體的主要建筑特征是通過有頂棚的步行街連接組成一個步行街商業建筑,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。現行國家標準建筑設計防火規范(下稱建規和高層民用建筑設計防火規范(下稱髙規都對疏散樓梯間的設計進行了規定,商業體由于運營模式的變化,其多元化的業態決定該商業體的建筑平面面積和建筑體量越來越大,其樓梯間的設置無論從疏散寬度還是從疏散距離都滿足不了現行規范的相關要求。而樓梯間是建筑內人員在發生火災時逃生的主要通道,其在商業體內的設計是否合理將直接關系到人員的生命安全。根據現行國家標準的相關規定,建筑內每個防火分區至少應設置2個安全出口,出口數量和寬度需根據規范要求進行計算。本文所論述的商業體如果完全根據規范要求設置疏散樓梯,則在建筑平面上將使樓梯間林立,不能很好體現步行街的

3、商業運營意圖。因此將樓梯設置為剪刀式樓梯將是解決該問題的一個較好的辦法。但是,無論建規還是髙規均沒有說明商場等公共場所可以采用剪刀梯。本文將以某商業綜合體為例,探討室內步行街設置剪刀梯的可行性。1 工程概況商業綜合區總建筑面積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。根據功能分布劃分為四大區域:地下室:超市、地下車庫、設備用房。核心區:百貨商店(六層、綜合樓(五層、娛樂樓(四層。室內商業街區:從北、西、南三面環繞著核心區。室外商業街區:北、西、南三面環繞著室內商業街區。 圖1 商業布局示意圖2、疏散樓梯的設置根據

4、現行國家標準的相關規定,人員進行垂直疏散的唯一通道就是樓梯間。因此,疏散樓梯的數量、樓梯總寬度以及樓梯布局成為建筑性能化防火設計中的關鍵因素。高規第6.1.9條的規定:“高層建筑內走道的凈寬,應按通過人數每100人不小于1.0m計算;高層建筑首層疏散外門的總寬度,應按人數最多的一層每100人不小于1.0m計算。”。同時,髙規第6.2.6條規定疏散樓梯間在各層的位置不應改變,首層應有直通室外的出口。根據商業體各區域的使用功能,按照建規第5.3.17條確定使用人數,并根據上述規定確定商業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。如果按照一般常規做法,每部樓梯2.1m計算,商業體總共需要設置32.6部。考慮到商業運營的需要,將室內商業街區和核心區內的部分樓梯改為剪刀梯,共設置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置一對相互重疊、又相互不相通的兩個樓梯。剪刀式樓梯的特點使得樓梯間占用相同空間,卻起到兩個疏散樓梯的作用。樓梯間布局如圖2所示。 圖2 室內步行街疏散樓梯示意圖根據性能化設計后,雖然安全出口寬度滿足規范要求,但步行街二層、三層兩個街的拐角處各有約600m2的區域疏散距離大于30m,最遠點的疏散距離為53m,如圖2綠色填充區域。第二層防火分區二有面積約120m2的區域疏散距離

6、大于30m,最遠點的疏散距離為35m,如圖2橙色填充區域。第二層防火分區四和第三層防火分區四有面積約40m2的區域疏散距離大于30m,最遠點的疏散距離為33m,如圖2藍色填充區域,不能滿足高規第6.1.7條的規定。同時建筑四層六層均有部分區域的疏散距離不能滿足髙規第6.1.7條的規定。上述性能化設計能夠滿足要求,我們將采用數值模擬的方法進行驗證。3 火災場景及煙氣流動分析1設計火災在設計火災場景時,應設定火源在建筑物內的位置,考慮建筑的空間幾何特征。室內步行街內部在平常使用時不允許放置任何固定可燃物。但在某些時候,如節假日、商品展示活動時,臨時布置裝飾物、小型展臺等,這是室內步行街必須考慮的火

7、災風險。步行街兩側店鋪內的可燃物類型較復雜,出售的商品通常包括禮品、服裝、皮革、食品和書報等,其擺放形式也不確定。根據國內外相關研究文獻、實驗數據,可將步行街和兩側商鋪火災類型確定為t2快速火,其火災增長系數=0.04689kW/s2。步行街層高大于12m,其內設自動消防水炮,根據消防水炮的工作原理及啟動滅火時所需要的時間,并考慮1.5倍的安全系數,消防水炮可將步行街內的火災控制在2.2MW。若消防水炮失效,考慮中庭內6個服裝展臺同時發生火災計算,根據相關實驗,每個服裝展臺的最大火災規模為1MW,因此步行街中庭火災的最大規模為6MW。兩側商鋪內自動噴水滅火系統采用快速響應噴頭,考慮1.5倍的安

8、全系數,可計算出自動噴水滅火系統能將商鋪內的火災控制在1.8MW。自動噴水滅火系統失效時,考慮消防隊員到達現場并控制火災的時間為10分鐘,此時的最大火災規模為16.9MW。考慮火災可能的規模、建筑內各功能區域的空間特點、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,在本建筑內共設置了4個火源位置,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(三層綜合考慮火災的可能性與潛在的后果,從可能的火災場景中選擇出供分析的火災場景,如表3.1所示。表3.1 火災場景分析匯總表火災場景火源位置火災增長系

9、數(kw/s2自動噴水滅火系統機械排煙系統最大火災熱釋放速率(MWA11步行街一層A01 失效有效 16.9 A10 有效失效 1.8 B11C11C01 失效有效 16.9 C10 有效失效 1.8 D112煙氣流動模擬分析預測運用消防安全工程界常用的火災動力學模擬軟件FDS(Fire Dynamics Simulator對上節設定的火災場景進行模擬計算,設定的網格尺寸為0.5m×0.5m×0.5m。以其中的一個火災場景為例,分析模擬結果。本場景設定火災位于步行街一層大中庭內,為服裝類商品發生火災,對應火源位置B。火災按t2火發展,火災增長系數=0.047 kW/s2,自

10、動噴水滅火系統有效,最大熱釋放速率控制在2.2MW,機械排煙系統有效。圖6圖9為模擬分析計算結果圖。D 圖6 火災煙氣蔓延圖 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算,中庭內發生火災后,火災煙氣以軸對稱羽流形式上升,到達頂棚后并在頂棚下聚集蔓延。在1800s 內,中庭內各層距離樓板2m 高度處溫度沒有達到設定極限值60,能見度沒有下降到設定極限值10m 。CO 濃度沒有到達設定極限值300ppm 。其人員可用疏散時間為1800s 。根據對設定火災場景的火災煙氣運動模擬計算分析,人員可用疏散時間見表3.2。表3.2 模擬結果匯總表設定火災場景 危險來臨時間(

11、s 設定火災場景 危險來臨時間(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

12、二層 三層 一層 二層 三層 1800 1200 590 1800 1800 830 人員安全疏散分析 疏散場景的設計總體原則為找出火災發生后，最不利于人員安全疏散的情況。通常考慮火災 發生在某一疏散出口附近，使該出口堵塞不能用于人員疏散。根據設定的火災場景，設置了相對 應的如下 3 個設定疏散場景，見表 3.3。 表 3.3 疏散 場景 1 2 3 火災場景 A11、A01、A10 D11、D01、D10 B11、B01、B10 C11、C01、C10 疏散人數 （人） 33705 33705 6740 設定疏散場景匯總表 疏散通道情況 各區內的人員正常疏散， 無疏散出口、 疏 散通道堵塞

13、臨近大中庭的步行街某出入口不能用于 人員疏散 設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 對上述疏散場景進行疏散模擬分析。該軟件為三維網絡模型，是基 于 SFPE消防工程手冊第十四章、第三節的方程式而開發的，可以模擬在正常和緊急狀況下的 人員疏散情況。該軟件已經成功用于世界各地許多大型、復雜建筑的疏散模擬，具有較高的可信 度和準確度。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 通過模擬計算可得到人員的行走時間，將疏散行走時間加上報警時間和響應時間，最后可得 到各場景

14、的疏散時間 TRSET，各場景的疏散計算結果見表 3.4。 表 3.4 疏散場景 報警時間 TA (s 60 響應時間 TR (s 120 疏散行動時間匯總表 行動時間 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 0 注：TRSETTATR1.5×TM 保障人員生命安全是消防性能化設計最重要的目標，人員疏散是否安全，需要將不同火災場 景下的火災環境與人員疏散的狀況聯系起來分析。將通過計算機人員疏散模擬軟件進行計算得到 的必需疏散時間（TRSET），與各火災場景下的可用疏散時間（TASET

15、）進行比較，以判斷各區域內 人員疏散的安全性，見表 3.5 120 60 二層 453 一層 966 防火分區二 356 疏散時間 TRSET(s 755 860 1560 788 932 1700 905 860 1629 594 7 表 3.5 火災 位置 火災 場景 A11 滅火 系統 有效 機械 排煙 有效 人員疏散安全性判定 可用疏散 時間 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

16、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 必需疏散時間 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 安全 安全 不安全 不安全

17、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 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

18、失效 二層 一層 通過對比人員可用疏散時間和人員必需疏散時間可知：在自動滅火系統有效的情況下，步行 街中庭或兩側精品店發生火災時，各層人員可安全疏散。步行街兩側精品店發生火災時，若自動 8 滅火系統失效，部分疏散場景人員疏散過程的安全不能得到保證，因此建議對自動滅火系統進行 定期維護保養，保證其可靠有效運行。 5 結論 在建筑防火設計中選擇樓梯時，為了滿足安全疏散的需要，同時又要照顧到商業運營需求， 一般都采用剪刀樓梯。但在使用剪刀樓梯時，應充分考慮建筑的各功能區域的火災荷載、人員特 性等因素，采用消防工程學的方法進行論證分析，以確定剪刀樓梯設計的可行性。本工程針對大 型商業綜合體采用剪刀樓梯進行性能化防火設計