大空间建筑物防火分区优化设计探讨

摘要:对大空间建筑防火分区划分的问题进行了讨论，总结了当前防火分区划分方式存在的问题，以及现有消防规范在大空间防火分区划分方面存在的不足之处。根据大空间建筑的特点，提出了优化设计的方法，即采用以防火通道代替传统卷帘门划分防火分区的思路，并采用该方法对一大型展览厅进行了防火分区的具体划分与可行性验证。

关键词:大空间建筑;防火分区;优化设计;可行性验证

随着我国经济建设的发展，各地涌现出不同类型的大空间建筑，例如地下商场、停车场、机场、会展中心等等。这些新型的建筑在设计与施工过程中大量采用了国外先进的设计理念与建造方式，因此我国现行的建筑防火规范许多方面与其不相适应。另一方面，随着材料科学、建筑科学、结构科学等领域的不断发展，各种金属材料、新型材料、特种玻璃、有机材料的大量应用，近二十年我国建筑行业发生了显著的变化，以大空间建筑为代表的一系列建筑中体现了许多新元素和新面貌。然而，大空间建筑为人们带来新体验的同时，却给防火设计和消防工程带来了新的挑战。大空间建筑由于自身的特点，引发出一系列的消防设计难题，尤其是防火分区的设计。我国目前对大空间建筑的防火分区要求并不十分明确，若直接套用已有规范，很难完成科学合理的设计，因此，对大空间建筑防火分区的设计进行专门的研究和探讨，是对这类建筑火灾防治的重要途径。

1大空间建筑防火分区设计中存在的问题

一般情况下大空间建筑具有楼层少、单层空间高、面积大等特点。大空间建筑由于结构和功能等方面的因素，使得通过设置防火墙和防火卷帘等进行防火防烟分区的分隔措施难以实施。普通的火灾自动探测设备和自动灭火设备在大空间建筑火灾中很难发挥有效的作用。大空间建筑所使用的材料耐火等级相比传统建筑物通常偏低，并且建筑内人员密集，火灾负荷大，安全疏散困难。所以一旦发生火灾后，灭火与救援过程都非常困难，很容易造成重大的人员伤亡和经济损失。(1)相关规范的缺失。国内建筑物防火分区设计的主要依据为GB50016－2014《建筑设计防火规范》［1］。国内现行的设计规范借鉴了国内外消防设计方面的经验，这对于我国消防安全的发展起到了很好的促进作用，对于减少建筑火灾事故的发生具有重要的积极意义［2］。从实际情况看，防火分区在控制火灾蔓延，提供人员疏散空间和时间方面都起到了重要作用。因此，防火分区的合理规划与设计一直都是一项重要的任务，但相关规范中最大的设计面积为4000m2，而当前大量出现的大空间建筑，建筑面积可以达到数十万平方米，而且层数很少，如果这些建筑也按照当前规范设计防火分区，必然影响建筑物的实际使用功能［3］。因此，必须对大空间建筑的防火分区的设计予以充分重视，制定相适应的防火规范。(2)防火分区方法不适用。当前建筑物防火分区设计采取的主要办法包括:设置防火墙、防火门和防火卷帘等，或者辅助水喷淋系统加以防护。这些方法在常规建筑中已经得到了普遍的应用，并取得了良好的防火效果。但是对于大空间建筑，这些施工设计方法已经不能满足要求［4］。例如，对于一些面积很大的建筑，一般不容许出现物理分割，否则不利于人员流动，因此只能大量采用防火卷帘，而防火卷帘受热后容易变形凸出，失去阻火隔烟的作用，会增加建筑的火灾危险性。还有一些大空间建筑中采用防火水幕代替防火墙，而实际中防火分区的分隔长度达几十米以上，这样水幕的供水量很难得到保障。由于大空间建筑这些新的防火分区问题的出现，很多地方采用消防专家论证的方式解决实际问题，采取其他措施弥补现行消防规范的不足。但是这些论证增加了人力物力的投入，而且不能统一规范的应用到其他相似的大空间建筑的防火设计中，因此，制定与其相适应的防火分区设计方法十分必要。

2大空间建筑防火分区优化设计

根据上述分析可知，要满足控制大空间建筑物火灾扩散和烟气蔓延的要求，仅仅依靠防火分区是不够的，需要结合控制可燃物数量、降低火场温度等措施协同完成火灾的控制。因此，只要在建筑物内采取相应的防火措施，达到火灾无法蔓延的目的，这些措施都应该视为防火分区设计方法，这与传统防火分区设计方法有根本的不同［5］。传统的防火分区一般指设置固定防火墙、防火门窗和水幕等实物对建筑空间进行分隔，以达到限定火灾发展范围［6］。这种设计方法强调火灾发生的面积区域，是一种被动的、静态的防火思路。本文提出的新的防火设计方法包括动态设计思路，包括对建筑内可燃材料的使用数量的控制、快速反应水喷淋系统的设置等措施。这种设计思路更加突出对火源的控制。因此，需要充分考虑建筑的使用功能、规模面积、工作特点等基本情况，结合建筑人员流动、物品流动、时空特性、内外环境等具体场景的不同，依据建筑的其它性能化防火设计，并通过火灾动力学原理以及各种消防安全理论与技术方法的综合分析，最终制定防火措施。

3某会展中心防火分区设计与可行性验证

3.1建筑概况

本文以某市国际会展中心一层为例，采用上述思路对其进行防火分区划分，并采用FDS火灾模拟软件对其进行可行性验证。该会展中心占地300亩，主楼长374m，宽112m，高42m，总建筑面积为15万m2，分为5个区，其中A区为服务区，包括商务酒店和购物区，B，C，D，E为功能区，包括展览厅、会议室、报告厅和电子商务间等。

3.2防火分区设计

在防火设计中，该会展中心的防火分区划分是个典型的问题。如果按照传统的采用防火墙的方式进行防火分区划分，则最大防火分区面积低于4000m2，这显然不利于展览功能的发挥，而且在技术上也很难实现;如果采用防火卷帘加水幕的方式划分防火分区，则会产生卷帘自重过大，消防用水量过大的问题，经济性较差，而且防火效果也较差。由于防火分区的主要作用就是限制火灾蔓延与烟气扩散，从而降低火灾产生的危害，为灭火与人员疏散创造条件，以达到减少火灾损失的目的。因此，根据该会展中心的功能特征与可燃物分布特征，本文根据建筑室内步行街商业布局的特点和火灾蔓延规律，通过火灾危险源辨识、火场场景设定、火灾后果分析等方式确定防火分区的划分方式。根据建筑物的实际特点，本文采用防火带的方式划分防火分区，即在展厅内设置一定宽度的防火通道。展览区在布置的时候需避开防火通道，且不能在防火通道上堆积可燃物，以达到防止火灾蔓延的目的。另外，在防火通道上采取合理的防烟措施，以达到阻止烟气扩散的目的。总体来说，就是基于防火通道、挡烟垂壁、自动灭火系统和排烟系统建立防火分区，然后通过火灾模拟软件再验证划分方式的合理性。

3.3火灾模拟

展览厅的可燃物，分为静态可燃物和动态可燃物，静态可燃物主要是会展中心在建设过程中所使用的可燃材料以及后续装修过程中使用的可燃材料;动态可燃物指参展的物品所携带的可燃物。本文假设该会展中心所展览的为车辆，一般情况下，汽车携带的可燃物主要包括轮胎、塑料构件、燃油和座椅。轮胎和座椅的可燃成分比较复杂，可以简化认为等同于橡胶的燃烧过程。另外，汽车零部件常用塑料种类包括PP，PVC，PU，ABS，FRP，PA，PC等。根据实际的实验汽车模型［7］，汽油燃料为10kg;轮胎重量设为60kg;其余可燃材料重量140kg，采用聚氯乙烯代替。根据参考文献［7］可知，一辆汽车着火后火源功率接近2MW，因此展厅的危险性是很大的。

4结束语

本文对大空间建筑的防火分区存在的问题进行了讨论，针对大空间建筑的特点，提出了采用防火通道分区，以达到阻止火灾与烟气蔓延的方法。得出了以下结果:①基于防火通道划分防火分区能有效的降低邻近火场的热辐射量，起到阻止火势蔓延的作用;②在防火通道上方设置挡烟垂壁能有效的阻止烟气扩散，保证邻近防火分区内烟气温度和毒性被控制在保证人员安全的范围之内。

参考文献:

［1］GB50016－2014，建筑设计防火规范［S］．

［3］曹希锋，梁慧君．大空间建筑防火分区设计的探讨［J］．消防技术与产品信息，2002(2):6-8．

［4］赵武军，王强．大空间建筑内不同防火分区划分方式对人员疏散影响的数值模拟研究［J］．武警学院学报，2014，30(8):19-21．

［5］阚强，姜明理，罗宗军．某大型国际会展中心防火分区划分可行性分析［J］．消防科学与技术，2005，24(1):53-56．

［6］马千里，黄廷林，刘庭全．大型商业建筑室内步行街防火分区设计［J］．消防科学与技术，2011，30(5):383-385．

［7］程远平，RJohn．小汽车火灾试验研究［J］．中国矿业大学学报．2002，31(6):557-560．

作者:张蔷 单位:泰安市消防支队