我國南方某大型會展中心消防設計分析

趙玉婷,張典帥

(1.珠海格力房產有限公司, 廣東珠海 519000; 2. 珠海合聯房產有限公司, 廣東珠海 519015)

0 引言

隨著我國城市化推進和經濟的發展,會展中心在城市需求越來越大,承擔著國內學術、文化及經濟的交流的任務。會展中心因建筑占地面積大、空間高,在建筑設計方面存在較大難點。因此國內學者針大型會展中心問題,開展了系列消防設計研究。其中許劍方[1]以福州國際會展中心開幕大廳為例,利用SIMULEX和FDS軟件進行了煙氣模擬和人員疏散特性研究。李守斌[2]采用防火隔離帶的方式解決了新疆國際會展中心防火分區面積過大的消防設計問題。申立新、王均亮[3]的研究成果明確利用計算機仿真軟件進行建筑性能化設計和評估,能夠使得特殊使用功能的建筑消防設計方案更合理。宋云龍等[4]針對杭州大會展中心項目采用了9 m的防火隔離帶將多功能站廳劃分為不大于5 000 m2的區域[4]。為了更好地了解大型會展中心消防設計現狀,筆者以我國南方大型會展中心為例針對其消防安全設計展開了系列分析。

1 工程概況

我國南方某會展中心因設計形式共分為南北2個區域。其中南區總建筑面積81 150 m2,展覽面積60 950 m2、主序廳及前廳4 050 m2, 展廳配套11 150 m2;北區會議及精品展館20 850 m2,前廳3 520 m2,會議配套8 380 m2。建筑使用功能為會展,可舉辦大型展覽或多個不同規模的中型展覽,同時配套會議、餐飲等綜合服務功能,可滿足大型活動、慶典等多功能使用需求。

2 消防設計難點

會展中心因其建筑體量較大,為考慮作為國際會展中心的使用功能和特殊需求,部分會議功能區域若按照常規設計將破壞建筑的使用功能,無法滿足使用要求。根據JGJ 218-2010《展覽建筑設計規范》條文5.2.5規定[5]:“當展廳的使用有特殊要求時,可采用性能化設計方法進行防火設計?！币虼?筆者運用消防安全工程學的原理進行消防安全評估論證,確保其消防安全達到規范要求的同等水平。針對大型會展中心防火分隔方式設計和大型空間防排煙系統設計開展了系列比對分析。

2.1 防火分隔方式設計

2.1.1 設計難點

參照GB 50016-2014(2018年版)《建筑設計防火規范》的要求[6],會展中心內展覽廳在消防設計滿足相關要求時,最大程度防火分區面積不超過10 000 m2。目前會展中心考慮到后期成本國際會議,目前北區南區共4個展館面積均突破10 000 m2。相關情況詳見表1和圖1。

圖1 會展中心南北區平面布置示意

表1 會展中心展館面積情況匯總

2.1.2 防火分隔設計方案

為滿足會展中心功能、視覺及空間的連續,防火分區之間難以采用常規的防火分隔設施進行進一步分隔。廳內的大空間有利于煙氣排放和稀釋,可以使煙氣更晚地下降到危險高度,但同時展館的超大面積卻可能導致火災在建筑內進一步蔓延,造成更大的經濟損失。因此,針對此類情況提出采用“防火隔離帶”的方式來進行分隔,具體要求:

(1)面積控制:采用防火隔離帶將南區會展中心首層各展館分隔為2個大區塊,每個區塊面積不超過10 000 m2;采用防火隔離帶將北區會議中心首層展館分隔為3個大區塊,每個區塊面積不超過4 000 m2;采用防火隔離帶將北區會議中心2層會議廳分隔為2個大區塊,每個區塊面積不超過3 000 m2。

(2)寬度要求:防火隔離帶的凈寬度不應低于9.0 m。即防火隔離帶兩側的展位或其他可燃物之間應至少保持9.0 m的間距,防火隔離帶應在地面劃分醒目標線,并注明“防火隔離帶范圍內嚴禁放置可燃物”等字樣。

(3)防煙分隔設施:防火隔離帶兩側與展廳相連接的部位應設置擋煙垂壁,擋煙垂壁的深度不應小于1.8 m。

2.2 防排煙系統設計

2.2.1 設計難點

南區會展中心展廳建筑空間高大,最大凈高為29 m,且防火分區面積較大,設計中防煙分區按不大于2 000 m2劃分虛擬防煙分區。 1#展廳至4#展廳的排煙系統設計為自然排煙系統,利用外門作為自然補風口,參照GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》的要求設計排煙系統的排煙量和有效自然排煙窗(口)面積[7]。

由于展廳的建筑規模較大,建筑空間較高,為了保證緊急情況下展廳的自然排煙系統的有效性,擬采取計算機軟件模擬分析論證南區會展中心展廳自然排煙系統的有效性。

2.2.2 防排煙系統設計方案

針對南區會展中心超大空間防排煙涉及問題,提出幾點要求:

(1)可靠性:為保證緊急情況下自然排煙口能有效開啟,要求自然排煙口的開啟方式應包含自動(消防聯動)開啟、手動開啟和機械應急制動開啟,在緊急情況下應仍能保證自然排煙口的正常開啟。自然排煙窗(口)采用與火災自動報警系統聯動和溫度釋放裝置聯動的控制方式。自然排煙窗(口)應在儲煙倉內,沿火災煙氣的氣流方向開啟,設置在高位不便于直接開啟的自然排煙窗(口),應設置距地面高度1.3～1.5 m的手動開啟裝置。

(2)控制方式:由于本區域凈空高度超9 m,按規范要求可不設擋煙設施,煙氣蔓延過程中不會受到明顯的阻擋,因此,報告要求自然排煙窗應按照展廳同時開啟的方式控制;高位自然排煙窗采用氣動開啟的方式,選用符合要求的氣動排煙窗;此類自動排煙窗應在60 s內或小于煙氣充滿儲煙倉時間內開啟完畢,帶有溫控等防失效功能的自動排煙窗,其溫控釋放溫度應大于環境溫度30 ℃且小于100 ℃。

相關防排煙涉及還將采取火災動力學軟件模擬進行有效性分析。

3 數值模擬

筆者利用火災動力學模型(FDS)開展了相關計算機模擬工作。分別在會展中心北區、南區設置不同火災規模的火災并考慮到外部風速、消防設備失效對結果的影響。

3.1 場景設置

參照國家標準GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》的相關規定確定火災規模,對于展館以及具有展覽用途的展館,按表中“商店、展覽廳”的要求,火災規模取3.0 MW,對于自動滅火系統失效的情況,火災規模取10.0 MW,相關火災場景參數見表2。

3.2 模型結構

當確定了人員疏散時間,必須確保人員在疏散時的安全,即在人員完全疏散之前火場的溫度、煙氣層高度等安全指標能否小于人的耐受極限。需要進行煙氣分析以便計算場內可提供的安全時間。文章采用FDS模型,把各個設計火災場景輸入FDS模型,然后定量分析煙氣的擴散情況。計算機仿真模擬模型及煙氣蔓延情況、溫度分布情況、能見度及CO2濃度分布示意見圖2。

圖2 會展中心計算機仿真模擬模型及參數

3.3 小結

考慮到本項目屬于大型建筑,建筑空間形式比較復雜,疏散距離較長,故對其安全性的模擬時間確定為30 min,即1 800 s。通過計算機模擬軟件設置了7個火災模擬工況,相關模擬情況和判定標準見表3。

表3 火災工況模擬結果匯總 單位:s

4 結論與建議

筆者以國內某國際會展中心為研究對象,根據建筑的使用功能要求及設計的特殊性提出了消防安全策略,通過對設計的消防安全性采用定性和定量分析,以保護生命安全、減少財產損失、提供消防撲救環境等為消防安全目標。通過設計相關的計算機仿真模擬研究結果,得出結論:

(1)按照提供的消防技術解決方案設計時,通過模擬分析,各個火災場景的可用安全疏散時間均大于必需安全疏散時間,且具有較大的安全余量,建筑內人員能夠在煙氣發展到人體耐受極限條件之前疏散至安全區域,達到了設定的消防安全設計目標。

(2)設置防火隔離帶后,能有效阻止會展中心內部的火勢蔓延,防止火勢進一步擴大,到達了用于防火分隔的目標。

(3)南區會展中心在自動滅火系統和自然排煙系統失效,展館之間室外通道的疏散門的通行功能和防煙隔熱功能失效的保守不利條件下,展館內的環境均未達到人體耐受極限,僅有少量煙氣進入室外通道并被及時排走,未進入前廳,不會危及室外通道和前廳的安全,展館、前廳和主序廳內的人員均能安全疏散。

(4)南區會展中心展館采用自然排煙系統或者機械排煙系統均能保證人員安全疏散;自然排煙工況下,結合當地氣象條件,在考慮室外較高溫度(35.1 ℃)和風速(最大8.0 m/s,相當于通用風級劃分標準《蒲福風力等級表》的五級風)條件下,也能夠保證人員的安全疏散。