綜合交通樞紐內(nèi)換乘大廳與相鄰商業(yè)場所之間的防火分隔研究

劉躍紅,姚 斌,劉 文,左 劍,肖春花

(1.深圳市公安局消防局,深圳,518028;2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室,安徽合肥,230026;3.深圳市地鐵有限公司,深圳,518026)

綜合交通樞紐內(nèi)換乘大廳與相鄰商業(yè)場所之間的防火分隔研究

劉躍紅1,姚 斌2,劉 文3,左 劍1,肖春花2

(1.深圳市公安局消防局,深圳,518028;2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室,安徽合肥,230026;3.深圳市地鐵有限公司,深圳,518026)

為提高資源利用效率,綜合交通樞紐建筑的換乘大廳內(nèi)常常設(shè)置相鄰商業(yè)。商業(yè)場所可燃物眾多,火災(zāi)危險性大,為阻止火災(zāi)蔓延而不影響通透性要求,換乘大廳與相鄰商業(yè)之間經(jīng)常采用大量的防火卷簾進行分隔。但防火卷簾的可靠性不高,全國不同地區(qū)相繼出臺規(guī)定以限制防火卷簾在防火分隔中的使用比例,這給綜合交通樞紐大面積換乘大廳內(nèi)相鄰商業(yè)的設(shè)置帶來了一定的困難。以某交通樞紐換乘大廳為例,采用性能化分析的方法,對防火卷簾設(shè)置的不同比例下,商業(yè)火災(zāi)對換乘大廳內(nèi)人員安全性的影響進行分析論證,得出在采取一定消防措施的前提下,相鄰商業(yè)場所與交通樞紐換乘大廳之間的防火卷簾寬度占防火分隔總寬度的設(shè)置比例可適當(dāng)增加,在該文的工程案例中可放寬至40%。

綜合交通樞紐;換乘大廳;相鄰商業(yè);防火分隔;防火卷簾

0 引言

隨著綜合交通樞紐建設(shè)的發(fā)展,綜合交通樞紐內(nèi)換乘大廳周邊出現(xiàn)商業(yè)場所[1],這類商業(yè)場所的出現(xiàn)在給人們帶來方便的同時,也為交通樞紐帶來了安全隱患。商場內(nèi)可燃物眾多,發(fā)生火災(zāi)的可能性較大,而這類商業(yè)由于功能需要無法和交通樞紐換乘大廳完全分開,一旦商業(yè)場所發(fā)生火災(zāi),煙氣可能會迅速蔓延至大廳內(nèi)。

由于防火卷簾平時卷起,增加了不同防火分區(qū)之間的通暢性,所以被廣泛運用于相鄰商業(yè)場所與公共建筑區(qū)域的防火分隔中。但是防火卷簾的可靠性不高[2],這使得防火卷簾在大面積建筑中的運用受到一定的限制。目前,商業(yè)場所與其它防火分區(qū)之間限制防火卷簾使用的類似規(guī)定已出現(xiàn)不少,如深圳市出臺的《地鐵站煙氣控制與人員疏散系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則》[3]中第3.2.11條規(guī)定:地鐵與相鄰物業(yè)區(qū)之間的防火分隔宜盡量采用實體防火墻,其中防火卷簾的寬度不應(yīng)超過總分隔寬度的20%。江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《商業(yè)建筑設(shè)計防火規(guī)范》[4]中第7.3.2條規(guī)定:用防火卷簾分隔防火分區(qū)時,防火卷簾的總寬度不應(yīng)大于防火分隔物總長度的1/3。《上海市公共建筑防火分隔消防設(shè)計若干規(guī)定(暫行)》[5]中規(guī)定:公共建筑防火分區(qū)之間應(yīng)以防火墻分隔為主,防火卷簾使用的總跨度不應(yīng)超過該防火分區(qū)防火分隔物總長度的1/3。

但是,城市綜合交通樞紐建筑內(nèi)的交通換乘大廳面積大,通透性要求高,以上規(guī)定在應(yīng)用時會給相鄰商業(yè)的設(shè)置帶來一定的困難。本文以某綜合交通樞紐建筑為例,在加強交通換乘大廳和商業(yè)場所消防保護措施的前提下,將防火卷簾設(shè)置寬度占防火總分隔寬度的比例在安全范圍內(nèi)適當(dāng)增加,以滿足日益擴大的綜合交通樞紐及相鄰商業(yè)建設(shè)的需要。

1 研究對象

本文以某綜合交通樞紐建筑為背景,該建筑地面層為公交車站,地下部分分為兩個功能區(qū),一側(cè)為城際線功能區(qū),一側(cè)為地鐵線路功能區(qū),地下一層為口岸、機場值機和地鐵換乘站站廳,兩者之間通過大跨度空間大廳相接,地下二層是城際線站廳和地鐵站臺,地下三層為城際線站臺層。

圖1 研究對象整體效果圖Fig.1 The overall effect diagram of study object

主要研究交通樞紐建筑中地下一層的大跨度換乘大廳及其相鄰的部分商業(yè)場所(如圖2)。交通大廳為大跨度無柱空間結(jié)構(gòu),層高8m,總面積約2.3萬平方米,頂部有四個直通室外的開口,開口的總面積約占整個大廳地面積的15%,最近的上空開口與防火卷簾之間的距離為18m,大廳內(nèi)設(shè)5部樓梯和12部扶梯。相鄰商業(yè)場所總面積約1.7萬平方米,按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2006)[6]劃分防火分區(qū),商業(yè)場所與大跨度換乘大廳之間通過防火墻和防火卷簾分隔,本文僅研究靠近大廳防火分隔處的一個防火分區(qū),尺寸為50m×40m。因此,計算的商業(yè)區(qū)域與大跨度換乘大廳之間防火分隔的總寬度為50m。

圖2 研究區(qū)域功能分布圖Fig.2 Functional distribution of the study area

2 安全性分析目標(biāo)

綜合交通樞紐換乘大廳與相鄰商業(yè)場所之間采用大量防火卷簾進行分隔,本文通過研究商業(yè)火災(zāi)對換乘大廳安全性的影響,擬達到以下目標(biāo):

①防火卷簾失效的不利情況下,確保商業(yè)火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣不會對換乘大廳內(nèi)的人員構(gòu)成威脅,以充分保障綜合交通樞紐換乘大廳內(nèi)的人員生命安全;

②在保證換乘大廳人員安全的前提下,適當(dāng)放寬相鄰商業(yè)場所與換乘大廳之間防火卷簾的使用比例,以滿足綜合交通樞紐內(nèi)商業(yè)場所的設(shè)置需求。

3 總體研究思路

考慮商業(yè)場所和交通樞紐大廳之間防火卷簾設(shè)置的不同寬度,并認為在最不利情況下,防火卷簾均失效而不能使用,就商業(yè)場所發(fā)生的火災(zāi)對交通樞紐換乘大廳的影響展開研究。

在商業(yè)場所內(nèi)設(shè)置 T2快速增長火,最大火源功率按上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》[7]的規(guī)定并取一定的安全系數(shù)后確定為4MW,分別取商業(yè)場所與大跨度換乘大廳之間防火卷簾占防火分隔總寬度的比例為 30%、35%、40%、50%、60%五種情況 ,采用火災(zāi)煙氣模擬軟件 FDS[8]對不同防火卷簾設(shè)置比例下商業(yè)火災(zāi)對綜合交通樞紐換乘大廳的影響進行計算分析,得到不同情況下的人員可用安全疏散時間ASET。

再利用人員疏散軟件Building EXODUS[9]對綜合交通樞紐大跨度換乘大廳內(nèi)的人員疏散進行模擬計算,得出人員必需安全疏散時間 RSET。通過比較人員可用安全疏散時間ASET和必需安全疏散時間RSET的大小,確定在何種防火卷簾設(shè)置比例的情況下能保證人員的安全,所采用的判據(jù)為:必需安全疏散時間 RSET小于可用安全疏散時間ASET。

4 煙氣運動分析

根據(jù)以上研究思路,分別計算相鄰商業(yè)發(fā)生火災(zāi)時,不同防火卷簾設(shè)置寬度的情況下,綜合交通樞紐換乘大廳內(nèi)煙氣運動情況和人員疏散情況,并將二者計算結(jié)果比較以得出保證綜合換乘大廳內(nèi)人員安全的防火卷簾設(shè)置比例。遵循可信最不利的原則,在所有的計算模型中,著火商業(yè)內(nèi)均考慮自動噴淋有效而機械排煙失效的情形,主要研究火災(zāi)煙氣對換乘大廳的影響。

4.1 模型設(shè)置

采用煙氣模擬軟件,對研究區(qū)域建立計算模型如圖3所示。

圖3 計算模型圖Fig.3 The model of calculation

根據(jù)防火卷簾占總分隔寬度的比例不同,設(shè)置 不同的火災(zāi)場景,見表1。

表1 火災(zāi)場景設(shè)置Table 1 Fire scenario

利用FDS軟件計算煙氣運動情況,模擬計算時間取1200s,并在距地面2m高處設(shè)置煙氣溫度、能見度、CO濃度和過火源溫度的計算截面,用以表征不同時刻各參數(shù)值的分布狀況,確定達到危險狀態(tài)的臨界時刻。

4.2 計算結(jié)果

參考相關(guān)資料[10,11]后,將四個危險判據(jù)取為:2m高處煙氣溫度達到60℃,能見度降至10m,CO濃度達到450ppm,過火源截面上部煙氣層溫度達到180℃,在模擬過程中,四個參數(shù)中任何一個最先達到危險臨界值的時間則被認為是對應(yīng)場景的危險時間。據(jù)此,將模擬后所得到的不同場景的危險臨界時間列入表2。

表2 計算結(jié)果Table 2 Simulation results

從上表中可以看出,隨著防火卷簾占總分隔寬度比例的增加,相鄰商業(yè)場所火災(zāi)對交通樞紐大跨度換乘大廳的危險性影響也越來越大,該趨勢可用曲線圖形象表示如下:

圖4 危險時間隨防火卷簾設(shè)置比例的變化情況Fig.4 Dangerous time changes with setting ratio of fire shutters

5 人員疏散分析

5.1 模擬計算參數(shù)

5.1.1 疏散人數(shù)

交通換乘大廳內(nèi)的疏散人數(shù)綜合考慮所研究交通樞紐的遠期高峰小時客流量以及相鄰商業(yè)場所的人流量來確定,從安全性角度出發(fā),經(jīng)保守考慮后將該綜合交通樞紐大跨度換乘大廳內(nèi)的疏散人數(shù)確定為14000人。

5.1.2 人員疏散速度

人員運動速度與人流密度關(guān)系緊密,當(dāng)人流密度小時,人與人之間的距離較大,人員相互影響作用較小,人員運動順暢,速度則大;當(dāng)人流密度較大時,人與人之間的距離較小,相鄰的人員之間相互作用增加,導(dǎo)致人員運動受阻,速度則小。圖5為人員之間距離對人員疏散速度的影響圖。

圖5 移動速度和人員相隔間距的關(guān)系Fig.5 Relationship of speed and distance between staff

根據(jù)相關(guān)資料[10],當(dāng)人員下樓梯或向下斜坡行走時,人員速度為水平速度的0.8倍,而向上樓梯行走的速度將為平地速度的0.5倍,而對于不同性別、不同年齡的人員無干擾的水平移動速度可為0.8m/s～1.7m/s之間。

5.2 疏散場景設(shè)計

綜合交通樞紐地下一層換乘大廳內(nèi)的人員需通過樓梯和自動扶梯上至地面,由于該換乘大廳位于地下,且與地鐵換乘站緊鄰,因此參考地鐵設(shè)計方法[12],將自動扶梯納入人員疏散路徑,并取停運自動扶梯的通過能力折算系數(shù)為0.6[13]。換乘大廳內(nèi)有5部樓梯和12部扶梯可供疏散,所有人員均通過大廳內(nèi)的樓扶梯疏散至地面安全地帶。設(shè)計火災(zāi)發(fā)生在交通換乘大廳相鄰的商業(yè)內(nèi),不影響換乘大廳內(nèi)樓扶梯的使用?；馂?zāi)發(fā)生時,上行扶梯照常運行,下行扶梯停止做固定樓梯使用。

表3 換乘大廳疏散設(shè)施寬度Table 3 Width of evacuation facilities in transfer hall

5.3 人員疏散計算結(jié)果

采用人員疏散模擬計算軟件Building EXODUS,按照以上分析結(jié)果設(shè)置疏散人數(shù)、疏散出口、人員行走速度等參數(shù),得到人員疏散的運動時間為555s。人員在疏散行動開始之前,火災(zāi)探測器需要一定的報警時間,人員需要一定的準(zhǔn)備時間,參考相關(guān)資料[8]后,將綜合交通樞紐換乘大廳內(nèi)的火災(zāi)報警時間和人員預(yù)動作時間分別取為60s和120s。以上三個時間之和即為人員的必需安全疏散時間RSET,見表 4。

圖6 疏散路徑圖Fig.6 Evacuation route

表4 交通換乘大廳的人員疏散時間Table 4 Evacuation time in transfer hall

從上表可以看到,對于交通大廳的疏散情況,通過模擬計算得到人員整個疏散過程所需要的運動疏散時間為555s,必需安全疏散時間為555s+60s+120s=735s。

6 安全性分析

根據(jù)前文模擬計算結(jié)果,將不同防火卷簾設(shè)置寬度占防火分隔總寬度比例下?lián)Q乘大廳內(nèi)人員可用安全疏散時間ASET和必需安全疏散時間RSET的計算值繪入圖7中,以ASET>RSET的安全判據(jù)對不同防火卷簾設(shè)置比例的安全性進行分析。

圖7 安全性分析圖Fig.7 Chart of safety analysis

從上圖中可以看出,為保證交通樞紐大跨度換乘大廳內(nèi)人員安全疏散,相鄰商業(yè)場所與大廳之間防火卷簾設(shè)置寬度占防火分隔總寬度的比例應(yīng)保持在42%以下,工程中考慮一定的安全系數(shù),取為40%。

所以,結(jié)合前文對模型設(shè)置的計算參數(shù)的考慮,可得出以下結(jié)論:

當(dāng)設(shè)置一定的消防強化措施后,商業(yè)場所與綜合交通樞紐大廳之間防火卷簾設(shè)置寬度占防火總分隔寬度的比例可適當(dāng)放寬。

在本文的案例中,滿足以下要求時,商業(yè)場所與綜合交通樞紐大廳之間防火卷簾設(shè)置寬度占防火總分隔寬度的比例可放寬至40%:

a)綜合交通樞紐大廳內(nèi)自然排煙口的面積與地面積的比例不小于15%;

b)商業(yè)場所與綜合交通樞紐大廳之間的防火卷簾與交通樞紐大廳最近的自然排煙口距離不大于20m;

c)商業(yè)場所內(nèi)部設(shè)置水噴淋、排煙等消防措施。

7 結(jié)束語

本文以某交通樞紐地下一層大跨度換乘大廳及相鄰商業(yè)為研究對象,模擬分析了在商業(yè)場所與大廳之間不同防火卷簾設(shè)置比例的情況下,相鄰商業(yè)場所發(fā)生火災(zāi)時煙氣在大廳內(nèi)的蔓延情況以及換乘大廳內(nèi)人員疏散情況,得到了相鄰商業(yè)場所與綜合交通樞紐換乘大廳之間防火卷簾設(shè)置寬度占防火總分隔寬度的最大比例及其防火保護措施,論證了在現(xiàn)有相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬防火卷簾設(shè)置比例時,綜合交通樞紐換乘大廳內(nèi)人員疏散的安全性,可為綜合交通樞紐內(nèi)相鄰商業(yè)場所的防火設(shè)計提供參考。

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Study on fire separation between adjacent commercial areas and transfer hall in integrated transport hub

LIU Yue-hong1,YAO Bin2,LIU Wen3,ZUO Jian1,XIAO Chun-hua2

(1.Shenzhen Fire Protection Bureau,Shenzhen,518028,China;
2.State Key Lab.of Fire Science,USTC,Anhui Hefei,230026,China;
3.Shenzhen Metro Co.L TD,Shenzhen,518026,China)

To maximize the use of resources,it is necessary to set adjacent commercial areas next to the transfer hall in integrated transport hub.The existence of numerous combustible causes great fire risk in commercial areas.In order to meet the requirements of the high permeability,a large number of fire shutters have been used between adjacent commercial areas and transfer hall to prevent fire spreading.However,the reliability of fire shutter is not high,so provisions used to limit the use proportion of fire shutters were introduced in different parts of country.These bring some difficulties to set adjacent commercial areas in integrated transport hub.By taking an example of transfer hall in a transport hub,using performance-based analysis method,and setting different fire shutter width ratio,effects of commercial fire to personnel safety in transfer hall were demonstrated in the paper.With certain fire safety measures,it is concluded that setting ratio of fire shutter in the total separation width between adjacent commercial areas and transfer hall in integrated transport hub can be added to 40%for the example in this paper.

Integrated transport hub;Transfer hall;Adjacent commercial areas;Fire separation;Fire shutter

TU998.1,X951

A

1004-5309(2010)-0217-07

2010-08-31;修改日期:2010-09-11

劉躍紅(1959-),女,陜西人,深圳市公安局消防局副局長,高級工程師,研究方向為消防工程學(xué)。