超 高 层 建 筑 商 业 裙 楼 性 能 化 设 计 黄 益 良 阚 强 郭 伟 摘 要 : 针 对 超 高 层 建 筑 商 业 裙 楼 存 在 的 火 灾 危 险 性 以 及 消 防 设 计 难 点, 根 据 消 防 安 全 工 程 原 理 和 性 能 化 防 火 设 计 思 想, 以 广 州 东 塔 商 业 裙 楼 为 例, 提 出 了 其 消 防 性 能 化 设 计 方 案, 为 类 似 工 程 的 消 防 性 能 化 设 计 提 供 参 考 关 键 词 : 超 高 层 建 筑 ; 商 业 裙 楼 ; 性 能 化 随 着 城 市 的 发 展 和 用 地 的 日 益 紧 张, 高 层 建 筑 乃 至 超 高 层 建 筑 的 发 展 日 益 迅 猛, 但 其 消 防 安 全 也 越 来 越 成 为 人 们 关 注 的 焦 点 另 外, 由 于 建 筑 的 综 合 化 发 展, 许 多 高 层 建 筑 往 往 在 裙 房 中 设 置 大 面 积 的 商 业 功 能, 笔 者 通 过 超 高 层 建 筑 商 业 裙 楼 的 火 灾 危 险 性 分 析, 以 广 州 东 塔 商 业 裙 楼 为 例, 根 据 消 防 设 计 中 存 在 的 问 题 和 性 能 化 设 计 思 想, 提 出 性 能 化 设 计 思 路 和 解 决 方 案, 以 探 讨 超 高 层 建 筑 商 业 裙 楼 的 消 防 性 能 化 设 计 方 案 1 高 层 建 筑 商 业 裙 楼 的 火 灾 危 险 性 (1) 功 能 复 杂, 火 险 隐 患 多 综 合 性 的 高 层 建 筑 功 能 复 杂 可 燃 物 多, 尤 其 是 设 有 商 业 的 建 筑 内 通 常 设 有 大 量 的 供 电 设 备 厨 房 设 备 暖 通 设 备 给 排 水 设 置 环 保 设 备 交 通 输 送 设 备 等 且 管 理 制 度 不 易 落 到 实 处, 潜 在 火 险 隐 患 多 尤 其 综 合 性 高 层 建 筑 用 电 量 大, 配 电 线 路 多, 如 使 用 管 理 不 善, 容 易 发 生 火 灾 事 故 (2) 火 灾 迅 速 蔓 延 扩 大 商 业 裙 楼 中 有 大 量 的 商 铺, 其 内 部 有 较 多 可 燃 物, 如 商 铺 服 装 装 修 材 料 家 具 物 品 管 道 保 温 材 料 电 线 包 皮 等, 同 时 垂 直 管 道 井 筒 形 成 了 若 干 纵 向 的 烟 筒 火 灾 时, 烟 囱 效 应 会 助 长 火 焰 和 烟 气 的 蔓 延, 而 高 度 愈 高 抽 力 愈 大, 烟 囱 效 应 愈 强 烈 在 超 高 层 建 筑 中, 烟 气 沿 楼 梯 间 或 井 筒 垂 直 上 升 的 速 度 约 为 3~4 m/s 一 座 100 m 的 建 筑, 如 无 阻 挡,30 s 即 可 将 火 势 引 至 顶 层 对 超 高 层 建 筑, 这 种 烟 囱 效 应 是 最 可 怕 的, 也 是 最 难 于 防 范 的 此 外, 火 焰 自 窗 口 喷 出 沿 外 墙 延 烧 至 上 一 层, 或 风 势 将 火 星 或 火 焰 水 平 吹 出, 引 燃 附 近 其 他 建 筑 物 的 情 况 也 时 有 发 生, 建 筑 物 愈 高, 可 能 吹 得 愈 远, 危 害 也 愈 大 (3) 火 灾 扑 救 困 难 一 方 面, 高 层 建 筑 高 达 几 十 米, 甚 至 超 过 二 三 百 米, 发 生 火 灾 时 外 部 进 攻 受 限 另 一 方 面, 由 于 建 筑 的 主 体 周 围 往 往 设 有 裙 房, 妨 碍 登 高 车 全 方 位 靠 近 主 体 建 筑 进 行 灭 火 救 援 活 动, 商 场 内 大 量 商 品 燃 烧, 造 成 火 场 浓 烟 高 温, 不 仅 能 见 度 低, 而 且 辐 射 热 强, 给 消 防 人 员 内 攻 灭 火 和 救 人 行 动 带 来
很 大 困 难 (4) 人 员 疏 散 困 难 超 高 层 建 筑 商 业 裙 楼 内 人 员 众 多, 密 度 大, 对 于 疏 散 楼 梯 的 位 置 不 熟 悉, 疏 散 所 需 时 间 较 长, 难 以 在 规 定 时 间 内 疏 散 完 毕 当 发 生 火 灾 时, 由 于 现 场 混 乱 状 态 呼 救 声 的 影 响 或 受 烟 气 的 威 胁, 建 筑 内 人 员 根 据 本 能 的 恐 惧 心 理 和 逃 生 欲 望, 均 涌 向 安 全 通 道, 疏 散 时 更 容 易 出 现 惊 慌 拥 挤 踩 踏 等 现 象, 造 成 人 员 伤 亡 2 广 州 东 塔 及 商 业 裙 楼 概 况 广 州 东 塔 位 于 珠 江 新 城 CBD 中 心 地 段, 整 个 建 筑 由 主 塔 楼 和 裙 房 组 成 主 塔 楼 建 筑 高 度 为 530 m, 包 括 地 下 5 层 和 地 上 109 层, 主 塔 楼 周 边 为 大 面 积 的 裙 楼 区 域, 包 括 零 售 餐 饮 电 影 院 等 功 能 裙 房 与 主 体 建 筑 之 间 设 置 了 内 街, 总 长 约 75 m, 宽 度 为 16~24 m 不 等, 高 度 约 31 m, 内 街 顶 棚 采 用 钢 化 夹 胶 玻 璃, 形 成 通 透 的 大 空 间, 难 以 划 分 防 火 分 区 项 目 中, 由 于 裙 楼 商 业 进 深 较 大, 部 分 楼 梯 设 置 在 裙 楼 的 中 部 区 域, 在 首 层 无 法 直 通 室 外, 需 要 经 过 内 街 疏 散 出 去 裙 楼 商 场 二 层 在 北 侧 设 有 一 部 人 行 天 桥 通 往 新 中 轴 的 花 园, 人 行 天 桥 近 端 设 有 一 部 通 往 地 面 的 室 外 楼 梯, 设 计 中 将 天 桥 宽 度 计 入 疏 散 宽 度 内 裙 楼 北 侧 的 两 部 楼 梯 到 达 2 层 后, 不 再 通 往 首 层, 将 通 过 人 行 天 桥 到 达 室 外 地 坪, 裙 房 商 业 首 层 疏 散 示 意 图 见 图 1 疏 散 楼 梯 间 疏 散 路 径 图 1 裙 楼 商 业 首 层 疏 散 示 意 图 ( 简 化, 示 意 图 ) 3 设 计 思 路 和 设 计 概 念 3.1 准 安 全 区 一 方 面, 从 内 街 的 特 点 来 看, 内 街 拥 有 良 好 的 通 风 采 光 条 件 及 东 西 两 侧 直 通 室 外 的 大 量 开 口, 自 身 火 灾 载 荷 低, 发 生 火 灾 的 概 率 小, 内 街 两 侧 的 店 铺 成 为 影 响 内 街 安 全 水 平 的 主 要 因 素 如 果 通 过 加 强 两 侧 店 铺 的 控 制 火 灾 能 力, 尽 量 将 烟 和 火 控 制 在 店 铺 内, 内 街 将 具 有 相 对 较 高 的 安 全 性, 成 为 准 安 全 区 另 一 方 面,
从 顾 客 的 角 度 来 看, 商 场 的 主 要 入 口 设 在 内 街 的 东 西 两 端, 在 发 生 紧 急 情 况 需 要 疏 散 时, 人 们 一 般 倾 向 于 寻 找 自 己 熟 悉 的 出 入 口, 顾 客 在 疏 散 时 通 过 内 街 疏 散 至 室 外, 符 合 人 们 的 心 理 习 惯, 有 助 于 减 少 慌 乱 考 虑 到 商 业 运 营 需 要 具 备 一 定 的 灵 活 性, 项 目 主 要 将 首 层 内 街 设 计 成 准 安 全 区,2~4 层 按 照 规 范 要 求 划 分 防 火 分 区, 在 楼 板 开 口 四 周 设 置 防 火 卷 帘 分 隔 由 于 5 层 上 方 为 玻 璃 采 光 顶, 难 以 在 楼 板 开 口 四 周 设 置 防 火 卷 帘, 将 在 店 铺 前 设 置 防 火 卷 帘, 使 首 层 内 街 和 5 层 环 廊 成 为 连 通 的 空 间, 作 为 一 个 防 火 分 区 处 理 除 了 首 层 内 街 本 身 具 有 的 建 筑 条 件 外, 将 内 街 设 计 成 准 安 全 区 还 需 要 具 备 以 下 条 件 (1) 首 层 内 街 不 放 置 任 何 固 定 的 可 燃 物 ; (2) 首 层 内 街 两 侧 的 店 铺 设 计 成 防 火 单 元, 每 个 店 铺 均 设 置 1 h 防 火 卷 帘 或 自 动 喷 水 系 统 保 护 玻 璃 作 为 店 铺 与 内 街 的 分 隔, 以 将 火 灾 及 烟 气 控 制 在 着 火 店 铺 内 部 ; (3) 在 采 光 顶 上 设 置 自 然 排 烟, 由 于 2 层 以 上 均 设 置 防 火 卷 帘 分 隔 中 庭, 这 些 中 庭 成 为 大 体 量 的 蓄 烟 空 间, 保 证 了 内 街 即 使 发 生 小 规 模 火 灾, 也 能 将 烟 气 立 即 排 出 或 蓄 烟, 不 会 对 首 层 造 成 影 响 ; (4) 内 街 环 廊 设 置 火 灾 自 动 探 测 报 警 系 统 和 自 动 喷 水 灭 火 系 统, 并 采 用 快 速 相 应 喷 头 内 街 装 修 采 用 不 燃 或 者 难 燃 材 料 ; (5) 设 置 固 定 消 防 炮 或 大 空 间 智 能 型 主 动 喷 水 灭 火 系 统 ; (6) 地 下 1 层 通 往 内 街 的 楼 扶 梯 开 口 位 置 采 用 防 火 卷 帘 进 行 分 隔 3.2 防 火 单 元 考 虑 到 首 层 内 街 两 侧 主 要 是 精 品 店, 为 了 将 火 灾 控 制 在 较 小 的 区 域 内, 以 免 相 邻 的 店 铺 受 到 蔓 延, 并 防 止 火 灾 产 生 的 烟 气 影 响 中 庭 环 廊, 可 将 几 个 面 积 较 小 的 精 品 店 合 并 成 一 个 面 积 稍 大 的 防 火 单 元, 每 个 防 火 单 元 面 向 中 庭 的 一 面 采 用 喷 淋 保 护 玻 璃 系 统 或 者 防 火 卷 帘 作 为 分 隔, 见 图 2 图 3 所 示 此 外, 防 火 单 元 之 间 设 置 1 h 耐 火 极 限 的 到 顶 隔 墙, 形 成 相 对 独 立 的 防 护 区 域, 以 防 止 火 灾 蔓 延 至 更 多 的 店 铺 另 外, 为 了 防 止 大 量 的 烟 气 溢 出 店 铺 影 响 中 庭 和 环 廊, 须 在 防 火 单 元 内 设 置 排 烟 系 统, 因 此 在 店 铺 的 吊 顶 上 设 置 开 孔 或 排 烟 槽, 同 一 个 防 火 单 元 内 部 店 铺 之 间 的 隔 墙 仅 设 置 到 吊 顶 以 下 高 度, 吊 顶 上 方 为 防 盗 网, 即 在 防 火 单 元 内 形 成 烟 气 可 以 自 由 流 通 的 储 烟 仓, 排 烟 系 统 在 这 个 空 间 内 将 烟 气 抽 走 除 排 烟 系 统 外, 防 火 单 元 内 部 还 装 设 自 动 报 警 系 统 和 快 速 响 应 自 动 喷 水 灭 火 系 统 等,
以 及 时 探 测 和 控 制 火 灾 每 个 防 火 单 元 的 面 积 控 制 在 300 m2 以 内 图 2 防 火 单 元 示 意 图 图 3 边 墙 型 喷 头 保 护 玻 璃 示 意 图 4 消 防 性 能 化 设 计 方 案 4.1 裙 楼 防 火 分 隔 按 照 首 层 内 街 作 为 准 安 全 区 及 其 两 侧 商 铺 作 为 防 火 单 元 的 设 计 思 路, 裙 楼 的 防 火 分 隔 方 案 如 下, 图 4 为 示 意 图 首 层 内 街 宽 度 不 小 于 13 m, 不 应 放 置 任 何 固 定 的 可 燃 物, 设 置 为 准 安 全 区 首 层 内 街 两 侧 商 铺 按 照 防 火 单 元 的 要 求 设 计, 靠 近 内 街 一 侧 采 用 喷 淋 保 护 玻 璃 的 方 式 进 行 分 隔 内 街 南 侧 商 业 与 办 公 会 议 等 用 房 之 间 采 用 防 火 墙 特 级 防 火 卷 帘 或 甲 级 防 火 门 等 进 行 分 隔, 将 商 业 区 与 其 他 不 同 功 能 区 域 分 隔 开 首 层 的 准 安 全 区 向 北 扩 展 至 Q 轴, 使 部 分 楼 梯 在 首 层 的 开 口 可 直 接 通 向 准 安 全 区, 通 到 两 侧 店 铺 同 样 采 用 喷 淋 保 护 钢 化 玻 璃 的 分 隔 方 式, 通 道 北 端 设 置 特 级 防 火 卷 帘 与 非 准 安 全 区 分 隔 开 地 下 1 层 通 往 内 街 的 楼 扶 梯 开 口 位 置 采 用 防 火 卷 帘 进 行 分 隔 2~4 层 按 照 4 000 m 2 ( 有 餐 饮 的 区 域 按 照 2 000 m 2 ) 划 分 防 火 分 区, 楼 板 开 口 四 周 设 置 防 火 卷 帘 与 其 他 楼 层 分 隔 由 于 5 层 顶 棚 为 玻 璃 顶, 楼 板 开 口 处 难 以 设 置 防 火 卷 帘, 因 此 在 5 层 内 街 两 侧 的 店 铺 前 设 置 防 火 卷 帘,5 层 环 廊 与 首 层 内 街 作 为 一 个 防 火 分 区 各 层 在 裙 楼 商 场 北 部 的 中 庭 周 围 设 置 防 火 卷 帘
图 4 首 层 防 火 分 区 / 分 隔 方 案 示 意 图 ( 简 化, 示 意 图 ) 4.2 防 排 烟 方 案 如 前 所 述, 内 街 设 置 成 准 安 全 区 需 要 具 备 良 好 的 通 风 条 件 考 虑 到 项 目 中 内 街 上 的 中 庭 开 口 面 积 较 大, 且 2~4 层 在 楼 板 开 口 周 围 设 置 防 火 卷 帘 与 首 层 内 街 分 开,5 层 亦 在 内 街 两 侧 店 铺 前 设 置 防 火 卷 帘, 即 这 些 中 庭 将 形 成 一 个 大 体 量 的 蓄 烟 空 间 通 过 性 能 化 设 计 相 关 经 验 公 式 和 规 范 关 于 中 庭 的 排 烟 量 计 算 比 较, 取 保 守 值, 即 按 内 街 体 积 4 次 /h 设 计 排 烟 量 北 侧 中 庭 裙 楼 商 铺 区 域 各 走 道 区 域 等 均 设 置 机 械 排 烟 系 统, 防 烟 分 区 和 排 烟 量 按 照 GB 50045-95(2005 年 版 ) 高 层 民 用 建 筑 设 计 防 火 规 范 的 要 求 进 行 设 计, 前 室 楼 梯 间 等 区 域 按 照 规 范 加 压 送 风 4.3 人 员 疏 散 考 虑 到 裙 楼 首 层 以 上 的 楼 层 连 通 空 间 较 多, 建 议 对 整 个 商 场 包 括 裙 楼 内 街 南 北 两 侧 的 商 铺 采 用 整 体 疏 散 的 策 略 首 层 以 上 裙 房 楼 层 的 人 员 可 通 过 防 烟 楼 梯 直 接 疏 散 至 首 层, 人 员 在 到 达 首 层 后, 经 过 内 街 疏 散 至 室 外 或 者 直 接 从 楼 梯 间 疏 散 至 室 外 地 下 楼 层 B2 和 B1 的 人 员 疏 散 参 考 GB 50098-98(2001 年 版 ) 人 民 防 空 工 程 设 计 防 火 规 范 的 相 关 规 定, 人 员 可 以 直 接 通 过 防 烟 楼 梯 疏 散 至 首 层 或 室 外 地 面, 或 者 先 通 过 两 个 防 火 分 区 之 间 的 疏 散 旁 门 疏 散 至 相 邻 的 防 火 分 区, 再 往 首 层 疏 散 首 层 至 8 层 的 北 侧 商 业 设 置 了 3 对 剪 刀 楼 梯, 其 中,3 层 以 下 每 部 楼 梯 宽 度 为 3 m,3 层 以 上 为 1.8 m 此 外,2 层 在 北 侧 设 置 一 部 人 行 天 桥, 并 设 有 通 往 地 面 的 室 外 楼 梯
裙 楼 北 侧 的 两 部 楼 梯 到 达 2 层 后, 不 再 通 往 首 层, 将 通 过 人 行 天 桥 到 达 室 外 地 坪 内 街 南 侧 也 设 置 了 多 部 剪 刀 楼 梯, 所 有 楼 梯 均 按 照 防 烟 楼 梯 间 考 虑 此 外, 二 层 北 面 设 有 1 部 4 m 宽 的 人 行 天 桥 通 往 相 邻 建 筑, 并 设 有 通 往 地 面 的 楼 梯, 人 员 也 可 使 用 该 天 桥 直 接 疏 散 到 室 外 安 全 地 点 商 场 北 侧 的 两 部 楼 梯 从 8 层 下 到 2 层 后, 将 通 过 防 烟 走 道 通 往 北 侧 天 桥, 作 为 该 楼 梯 的 最 终 出 口 5 结 论 及 建 议 为 满 足 超 高 层 建 筑 裙 楼 内 商 业 建 筑 的 功 能 需 求, 根 据 消 防 性 能 化 设 计 思 路, 笔 者 以 广 州 东 塔 商 业 裙 楼 为 例, 提 出 了 上 述 消 防 设 计 方 案, 在 实 际 工 程 应 用 中 采 用 火 灾 动 力 学 模 拟 软 件 FDS 和 人 员 疏 散 模 拟 软 件 进 行 了 验 证 和 评 估, 验 证 了 该 设 计 方 案 的 可 行 性 和 安 全 性 参 考 文 献 : [1] GB 50045-95(2005 年 版 ), 高 层 民 用 建 筑 设 计 防 火 规 范 [S]. [2] 罗 晖. 浅 议 超 高 层 建 筑 防 火 安 全 问 题 及 对 策 [J]. 广 西 民 族 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),2007,(S1):102~104. [3] 公 安 部 天 津 消 防 研 究 所. 建 筑 物 性 能 化 防 火 设 计 技 术 导 则 [R]. 国 家 十 五 重 点 科 技 攻 关 项 目 专 题 四 研 究 报 告,2004. [4] 倪 照 鹏, 路 世 昌, 赖 建 燕, 等. 自 动 喷 水 冷 却 系 统 保 护 下 钢 化 玻 璃 作 为 防 火 分 隔 物 可 行 性 试 验 研 究 [J]. 火 灾 科 学,2011,20(3):125~132. 本 文 发 表 于 消 防 科 学 与 技 术 (2012 年 第 4 期 )