综合交通枢纽内换乘大厅与相邻商业场所之间的防火分隔研究

刘跃红,姚 斌,刘 文,左 剑,肖春花

(1.深圳市公安局消防局,深圳,518028;2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥,230026;3.深圳市地铁有限公司,深圳,518026)

综合交通枢纽内换乘大厅与相邻商业场所之间的防火分隔研究

刘跃红1,姚 斌2,刘 文3,左 剑1,肖春花2

(1.深圳市公安局消防局,深圳,518028;2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥,230026;3.深圳市地铁有限公司,深圳,518026)

为提高资源利用效率,综合交通枢纽建筑的换乘大厅内常常设置相邻商业。商业场所可燃物众多,火灾危险性大,为阻止火灾蔓延而不影响通透性要求,换乘大厅与相邻商业之间经常采用大量的防火卷帘进行分隔。但防火卷帘的可靠性不高,全国不同地区相继出台规定以限制防火卷帘在防火分隔中的使用比例,这给综合交通枢纽大面积换乘大厅内相邻商业的设置带来了一定的困难。以某交通枢纽换乘大厅为例,采用性能化分析的方法,对防火卷帘设置的不同比例下,商业火灾对换乘大厅内人员安全性的影响进行分析论证,得出在采取一定消防措施的前提下,相邻商业场所与交通枢纽换乘大厅之间的防火卷帘宽度占防火分隔总宽度的设置比例可适当增加,在该文的工程案例中可放宽至40%。

综合交通枢纽;换乘大厅;相邻商业;防火分隔;防火卷帘

0 引言

随着综合交通枢纽建设的发展,综合交通枢纽内换乘大厅周边出现商业场所[1],这类商业场所的出现在给人们带来方便的同时,也为交通枢纽带来了安全隐患。商场内可燃物众多,发生火灾的可能性较大,而这类商业由于功能需要无法和交通枢纽换乘大厅完全分开,一旦商业场所发生火灾,烟气可能会迅速蔓延至大厅内。

由于防火卷帘平时卷起,增加了不同防火分区之间的通畅性,所以被广泛运用于相邻商业场所与公共建筑区域的防火分隔中。但是防火卷帘的可靠性不高[2],这使得防火卷帘在大面积建筑中的运用受到一定的限制。目前,商业场所与其它防火分区之间限制防火卷帘使用的类似规定已出现不少,如深圳市出台的《地铁站烟气控制与人员疏散系统设计导则》[3]中第3.2.11条规定:地铁与相邻物业区之间的防火分隔宜尽量采用实体防火墙,其中防火卷帘的宽度不应超过总分隔宽度的20%。江苏省工程建设标准《商业建筑设计防火规范》[4]中第7.3.2条规定:用防火卷帘分隔防火分区时,防火卷帘的总宽度不应大于防火分隔物总长度的1/3。《上海市公共建筑防火分隔消防设计若干规定(暂行)》[5]中规定:公共建筑防火分区之间应以防火墙分隔为主,防火卷帘使用的总跨度不应超过该防火分区防火分隔物总长度的1/3。

但是,城市综合交通枢纽建筑内的交通换乘大厅面积大,通透性要求高,以上规定在应用时会给相邻商业的设置带来一定的困难。本文以某综合交通枢纽建筑为例,在加强交通换乘大厅和商业场所消防保护措施的前提下,将防火卷帘设置宽度占防火总分隔宽度的比例在安全范围内适当增加,以满足日益扩大的综合交通枢纽及相邻商业建设的需要。

1 研究对象

本文以某综合交通枢纽建筑为背景,该建筑地面层为公交车站,地下部分分为两个功能区,一侧为城际线功能区,一侧为地铁线路功能区,地下一层为口岸、机场值机和地铁换乘站站厅,两者之间通过大跨度空间大厅相接,地下二层是城际线站厅和地铁站台,地下三层为城际线站台层。

图1 研究对象整体效果图Fig.1 The overall effect diagram of study object

主要研究交通枢纽建筑中地下一层的大跨度换乘大厅及其相邻的部分商业场所(如图2)。交通大厅为大跨度无柱空间结构,层高8m,总面积约2.3万平方米,顶部有四个直通室外的开口,开口的总面积约占整个大厅地面积的15%,最近的上空开口与防火卷帘之间的距离为18m,大厅内设5部楼梯和12部扶梯。相邻商业场所总面积约1.7万平方米,按《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)[6]划分防火分区,商业场所与大跨度换乘大厅之间通过防火墙和防火卷帘分隔,本文仅研究靠近大厅防火分隔处的一个防火分区,尺寸为50m×40m。因此,计算的商业区域与大跨度换乘大厅之间防火分隔的总宽度为50m。

图2 研究区域功能分布图Fig.2 Functional distribution of the study area

2 安全性分析目标

综合交通枢纽换乘大厅与相邻商业场所之间采用大量防火卷帘进行分隔,本文通过研究商业火灾对换乘大厅安全性的影响,拟达到以下目标:

①防火卷帘失效的不利情况下,确保商业火灾产生的烟气不会对换乘大厅内的人员构成威胁,以充分保障综合交通枢纽换乘大厅内的人员生命安全;

②在保证换乘大厅人员安全的前提下,适当放宽相邻商业场所与换乘大厅之间防火卷帘的使用比例,以满足综合交通枢纽内商业场所的设置需求。

3 总体研究思路

考虑商业场所和交通枢纽大厅之间防火卷帘设置的不同宽度,并认为在最不利情况下,防火卷帘均失效而不能使用,就商业场所发生的火灾对交通枢纽换乘大厅的影响展开研究。

在商业场所内设置 T2快速增长火,最大火源功率按上海市《建筑防排烟技术规程》[7]的规定并取一定的安全系数后确定为4MW,分别取商业场所与大跨度换乘大厅之间防火卷帘占防火分隔总宽度的比例为 30%、35%、40%、50%、60%五种情况 ,采用火灾烟气模拟软件 FDS[8]对不同防火卷帘设置比例下商业火灾对综合交通枢纽换乘大厅的影响进行计算分析,得到不同情况下的人员可用安全疏散时间ASET。

再利用人员疏散软件Building EXODUS[9]对综合交通枢纽大跨度换乘大厅内的人员疏散进行模拟计算,得出人员必需安全疏散时间 RSET。通过比较人员可用安全疏散时间ASET和必需安全疏散时间RSET的大小,确定在何种防火卷帘设置比例的情况下能保证人员的安全,所采用的判据为:必需安全疏散时间 RSET小于可用安全疏散时间ASET。

4 烟气运动分析

根据以上研究思路,分别计算相邻商业发生火灾时,不同防火卷帘设置宽度的情况下,综合交通枢纽换乘大厅内烟气运动情况和人员疏散情况,并将二者计算结果比较以得出保证综合换乘大厅内人员安全的防火卷帘设置比例。遵循可信最不利的原则,在所有的计算模型中,着火商业内均考虑自动喷淋有效而机械排烟失效的情形,主要研究火灾烟气对换乘大厅的影响。

4.1 模型设置

采用烟气模拟软件,对研究区域建立计算模型如图3所示。

图3 计算模型图Fig.3 The model of calculation

根据防火卷帘占总分隔宽度的比例不同,设置 不同的火灾场景,见表1。

表1 火灾场景设置Table 1 Fire scenario

利用FDS软件计算烟气运动情况,模拟计算时间取1200s,并在距地面2m高处设置烟气温度、能见度、CO浓度和过火源温度的计算截面,用以表征不同时刻各参数值的分布状况,确定达到危险状态的临界时刻。

4.2 计算结果

参考相关资料[10,11]后,将四个危险判据取为:2m高处烟气温度达到60℃,能见度降至10m,CO浓度达到450ppm,过火源截面上部烟气层温度达到180℃,在模拟过程中,四个参数中任何一个最先达到危险临界值的时间则被认为是对应场景的危险时间。据此,将模拟后所得到的不同场景的危险临界时间列入表2。

表2 计算结果Table 2 Simulation results

从上表中可以看出,随着防火卷帘占总分隔宽度比例的增加,相邻商业场所火灾对交通枢纽大跨度换乘大厅的危险性影响也越来越大,该趋势可用曲线图形象表示如下:

图4 危险时间随防火卷帘设置比例的变化情况Fig.4 Dangerous time changes with setting ratio of fire shutters

5 人员疏散分析

5.1 模拟计算参数

5.1.1 疏散人数

交通换乘大厅内的疏散人数综合考虑所研究交通枢纽的远期高峰小时客流量以及相邻商业场所的人流量来确定,从安全性角度出发,经保守考虑后将该综合交通枢纽大跨度换乘大厅内的疏散人数确定为14000人。

5.1.2 人员疏散速度

人员运动速度与人流密度关系紧密,当人流密度小时,人与人之间的距离较大,人员相互影响作用较小,人员运动顺畅,速度则大;当人流密度较大时,人与人之间的距离较小,相邻的人员之间相互作用增加,导致人员运动受阻,速度则小。图5为人员之间距离对人员疏散速度的影响图。

图5 移动速度和人员相隔间距的关系Fig.5 Relationship of speed and distance between staff

根据相关资料[10],当人员下楼梯或向下斜坡行走时,人员速度为水平速度的0.8倍,而向上楼梯行走的速度将为平地速度的0.5倍,而对于不同性别、不同年龄的人员无干扰的水平移动速度可为0.8m/s～1.7m/s之间。

5.2 疏散场景设计

综合交通枢纽地下一层换乘大厅内的人员需通过楼梯和自动扶梯上至地面,由于该换乘大厅位于地下,且与地铁换乘站紧邻,因此参考地铁设计方法[12],将自动扶梯纳入人员疏散路径,并取停运自动扶梯的通过能力折算系数为0.6[13]。换乘大厅内有5部楼梯和12部扶梯可供疏散,所有人员均通过大厅内的楼扶梯疏散至地面安全地带。设计火灾发生在交通换乘大厅相邻的商业内,不影响换乘大厅内楼扶梯的使用。火灾发生时,上行扶梯照常运行,下行扶梯停止做固定楼梯使用。

表3 换乘大厅疏散设施宽度Table 3 Width of evacuation facilities in transfer hall

5.3 人员疏散计算结果

采用人员疏散模拟计算软件Building EXODUS,按照以上分析结果设置疏散人数、疏散出口、人员行走速度等参数,得到人员疏散的运动时间为555s。人员在疏散行动开始之前,火灾探测器需要一定的报警时间,人员需要一定的准备时间,参考相关资料[8]后,将综合交通枢纽换乘大厅内的火灾报警时间和人员预动作时间分别取为60s和120s。以上三个时间之和即为人员的必需安全疏散时间RSET,见表 4。

图6 疏散路径图Fig.6 Evacuation route

表4 交通换乘大厅的人员疏散时间Table 4 Evacuation time in transfer hall

从上表可以看到,对于交通大厅的疏散情况,通过模拟计算得到人员整个疏散过程所需要的运动疏散时间为555s,必需安全疏散时间为555s+60s+120s=735s。

6 安全性分析

根据前文模拟计算结果,将不同防火卷帘设置宽度占防火分隔总宽度比例下换乘大厅内人员可用安全疏散时间ASET和必需安全疏散时间RSET的计算值绘入图7中,以ASET>RSET的安全判据对不同防火卷帘设置比例的安全性进行分析。

图7 安全性分析图Fig.7 Chart of safety analysis

从上图中可以看出,为保证交通枢纽大跨度换乘大厅内人员安全疏散,相邻商业场所与大厅之间防火卷帘设置宽度占防火分隔总宽度的比例应保持在42%以下,工程中考虑一定的安全系数,取为40%。

所以,结合前文对模型设置的计算参数的考虑,可得出以下结论:

当设置一定的消防强化措施后,商业场所与综合交通枢纽大厅之间防火卷帘设置宽度占防火总分隔宽度的比例可适当放宽。

在本文的案例中,满足以下要求时,商业场所与综合交通枢纽大厅之间防火卷帘设置宽度占防火总分隔宽度的比例可放宽至40%:

a)综合交通枢纽大厅内自然排烟口的面积与地面积的比例不小于15%;

b)商业场所与综合交通枢纽大厅之间的防火卷帘与交通枢纽大厅最近的自然排烟口距离不大于20m;

c)商业场所内部设置水喷淋、排烟等消防措施。

7 结束语

本文以某交通枢纽地下一层大跨度换乘大厅及相邻商业为研究对象,模拟分析了在商业场所与大厅之间不同防火卷帘设置比例的情况下,相邻商业场所发生火灾时烟气在大厅内的蔓延情况以及换乘大厅内人员疏散情况,得到了相邻商业场所与综合交通枢纽换乘大厅之间防火卷帘设置宽度占防火总分隔宽度的最大比例及其防火保护措施,论证了在现有相关规定的基础上适当放宽防火卷帘设置比例时,综合交通枢纽换乘大厅内人员疏散的安全性,可为综合交通枢纽内相邻商业场所的防火设计提供参考。

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[3]地铁站烟气控制与人员疏散系统设计导则(试行)[S].深圳市地铁集团有限公司.2009.

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[5]上海市公共建筑防火分隔消防设计若干规定(暂行)[S].2006.

[6]GB50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[7]DG J08-88-2006,建筑防排烟技术规程[S].上海:上海市建筑建材业市场管理总站,2006.

[8]NIST Special Publication 1019-5.Fire Dynamics Simulator(Version 5)User’s Guide[M].U.S.Government printing office.Washington:2007.

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[10]The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering[M].Society of Fire Protection Engineers and National Fire Protection,2008.

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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

刘跃红(1959-),女,陕西人,深圳市公安局消防局副局长,高级工程师,研究方向为消防工程学。