火灾情况下共用安全出口与借用安全出口的安全性分析

张婷婷，吴斌斌，张龙梅

（1、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500；2、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州510500）3、深圳市城市公共安全技术研究院有限公司 深圳518046）

0 引言

借用安全出口和共用安全出口都可以解决安全出口数量不足，部分区域疏散距离不满足要求，疏散净宽度不足的问题。借用安全出口是指前室和疏散楼梯不属于本防火分区，人员疏散时需要通过另一个防火分区才能达到前室和疏散楼梯间，前室和疏散楼梯间所属的防火分区清晰明确，如图1a所示。共用安全出口是指不同防火分区的人员在疏散过程中，均可直接进入前室和疏散楼梯间，往往较难分辨前室和疏散楼梯间属于哪个防火分区，如图1b所示。

现行《建筑设计防火规范（2018 版）：GB 50016-2014》［1］明确了在满足一定条件下，允许借用安全出口，即防火分区可利用通向相邻防火分区的甲级防火门作为安全出口，但没有关于共用安全出口的具体要求。

国内外学者开展了大量关于疏散楼梯的形式、数量、净宽度等参数对疏散效率的影响分析。谢天光等人［2］研究了超高层建筑疏散楼梯对疏散效率的影响；黄鑫［3］对各国超高层建筑安全疏散设计的相关要求进行了比对分析；张馨［4］对不直通室外疏散楼梯人员安全疏散的有效性进行分析。关于疏散楼梯设计参数对疏散效率的影响研究较为广泛和全面，而鲜于有关对借用安全出口和共用安全出口的安全性研究。笔者基于数值模拟方法，对比分析火灾情况下共用安全出口和借用安全出口的安全性。

图1 借用安全出口及共用安全出口示意图Fig.1 Diagram of Borrowing Safety Exit and Sharing Safety Exit

1 物理模型及条件设置

1.1 物理模型

某办公建筑共7层，标准层层高3.8 m，每层分为2个防火分区。为了对比分析火灾情况下共用安全出口和借用安全出口人员疏散的安全性，仅选取被研究的疏散楼梯及其前室和部分办公区域作为研究对象。建筑中办公区域通向前室的门和前室通向楼梯间的门均为尺寸1.2 m×2.1 m 的乙级防火门，用于分隔2 个防火分区的防火墙上的门为尺寸1.2 m×2.1 m 的甲级防火门。办公区域采用自然排烟，楼梯间采用自然通风，前室无防烟设施。

1.2 火灾数值模拟方法

美国标准技术研究院（NIST）对办公家具组合单元开展火灾实体试验，研究得到办公家具组合单元的火灾增长系数为0.046 89 kW/s2。根据《建筑防烟排烟系统技术标准：GB 51251-2017》［5］第4.6.7 条规定，对于无自动喷水灭火系统的办公场所，火灾达到稳态时的热释放速率为6 MW。采用火灾动力学模拟软件FDS进行火灾烟气的模拟研究，根据FDS用户指南中给出的网格独立性检验公式，计算得到火灾特征直径D为2.0 m。根据要求，火灾特征直径D与网格尺寸d的比值建议在4～16之间，故网格尺寸设定为0.4 m×0.4 m×0.4 m，总网格数为596 848个。

为了达到研究目的，共设置了3 组火灾数值模拟工况，分别研究着火层中着火防火分区安全出口和与着火防火分区相邻的安全出口处的烟气温度和能见度，以及各非着火层中西侧和东侧防火分区的安全出口处的烟气温度和能见度。火源均位于2层东侧防火分区内，考虑最不利情况，假设办公区域通向前室的防火门和前室通向楼梯间的防火门火灾情况下均不能关闭，办公场所内的自动喷水灭火系统无法正常启动，模拟时间1 800 s。

工况1 为2 个防火分区共用前室和疏散楼梯，无法确定前室和疏散楼梯属于哪个防火分区，如图2a所示；工况2为着火防火分区借用与其相邻的2 层西侧防火分区的前室和疏散楼梯，前室和疏散楼梯属于2层西侧防火分区，如图2b所示；工况3为2 个防火分区共用疏散楼梯，无法确定疏散楼梯属于哪个防火分区，各防火分区分别独立设置前室，如图2c所示。

2 火灾烟气模拟结果分析

2.1 模拟结果

根据模拟结果可知，火灾发生后，3组工况的蔓延路径存在较大差异。

工况1 中烟气蔓延路径为，通过着火防火分区的外窗排出室外；或进入本层前室，再由前室进入楼梯间，通过楼梯间外窗排出室外或继续沿楼梯间向上层蔓延至其他非着火楼层；或进入本层前室，再由前室进入与着火防火分区相邻的2层西侧防火分区。

工况2 中烟气蔓延路径为，通过着火防火分区的外窗排出室外；或通过用于分隔东侧、西侧防火分区的防火墙上的门洞蔓延至相邻防火分区，再由相邻防火分区蔓延至前室和楼梯间，然后通过楼梯间外窗排出室外或继续沿楼梯间向上层蔓延至其他非着火楼层。

工况3 中烟气蔓延路径为，通过着火防火分区的外窗排出室外；或进入本层前室，再由前室进入楼梯间，然后通过楼梯间外窗排出室外或继续沿楼梯间向上层蔓延至其他非着火楼层。

各工况模拟结果如表1所示。

2.2 温度分析

根据表1 分析3 组工况下安全出口处的烟气温度。工况1和工况3中着火防火分区的安全出口处的烟气温度达到60℃时所需时间相当，工况2 比工况1和工况3 的时间长。工况2 和工况3 在模拟时间内与着火防火分区相邻防火分区的安全出口处的温度均未达到60℃，工况1 在起火后10 min 左右与着火防火分区相邻防火分区的安全出口处的温度就达到60℃。各工况非着火层各防火分区安全出口处的烟气温度在模拟时间均未达到60℃。

由上述分析可知，无论是采用共用安全出口还是借用安全出口，对着火防火分区安全出口处的烟气温度都没有影响，着火防火分区安全出口处的烟气温度只与火源和安全出口之间的距离有关，与着火防火分区相邻的防火分区的安全出口处的烟气温度与安全出口的形式相关，因为安全出口的形式直接影响烟气蔓延的路径。工况1 中，烟气由着火防火分区安全出口进入前室，因为着火防火分区与相邻防火分区共用前室，因此相邻防火分区的安全出口也会受到影响，在10 min 左右相邻的防火分区安全出口处的温度就已经会对人员疏散造成威胁；工况2中，烟气先由借用安全出口向相邻防火分区蔓延，再由相邻防火分区向前室蔓延，烟气进入前室的时间晚于工况1，在模拟时间内相邻防火分区安全出口处的烟气温度未达到60℃；工况3中，由于着火防火分区和相邻防火分区分别设置前室，烟气由着火防火分区安全出口进入前室，再由前室进入楼梯间，通过楼梯间向其它楼层蔓延，因此对与着火防火分区相邻的防火分区没有造成影响。

表1 各工况模拟结果Tab.1 Simulation Results of Various Working Conditions

图2 火灾烟气模拟模型Fig.2 Fire Smoke Simulation Model

2.3 能见度分析

根据表1 分析3 组工况下安全出口处的能见度。工况1、2、3中着火防火分区的安全出口处的烟气能见度开始降低和降低至5 m 以下的时间相当；工况1 中与着火防火分区相邻的防火分区的安全出口处的烟气能见度先于工况2 开始下降，工况3 在模拟时间内与着火防火分区相邻防火分区的安全出口处的烟气能见度始终没有降低。工况1和工况3非着火层各防火分区安全出口处的能见度先于工况2开始下降。

由上述分析可知，无论是采用共用安全出口还是借用安全出口，对着火防火分区安全出口处的烟气能见度都没有影响。与着火防火分区相邻的防火分区的安全出口处的烟气能见度与安全出口的形式相关，因为安全出口的形式直接影响烟气蔓延的路径。工况2中一部分烟气先向与着火防火分区相邻的防火分区蔓延，再进入相邻分区的前室，而工况1中烟气由着火防火分区直接蔓延至共用前室，因此工况2 中与着火防火分区相邻防火分区的安全出口处的能见度开始下降和降低到5 m 以下的时间都迟于工况1。工况2 中由于着火防火分区的烟气会先向与着火防火分区相邻防火分区蔓延，再进入本分区的前室和楼梯间向非着火层蔓延，而工况1和工况3中烟气是直接通过前室、楼梯间蔓延至非着火层，纵向上工况2 中烟气量和蔓延速度都明显小于工况1 和工况3，因此，工况1 和工况3非着火层各防火分区安全出口处的能见度先于工况2开始下降。

各工况中着火层在300 s、1 800 s 时烟气蔓延情况如图3、图4所示。

图3 300s时着火层烟气蔓延情况Fig.3 The Spread of Smoke in the Fire Layer at 300 s

图4 1800s时着火层烟气蔓延情况Fig.4 The Spread of Smoke in the Fire Layer at 1800 s

3 结论

⑴通过分析火灾情况下的烟气温度和能见度可知，借用安全出口比共用安全出口的安全性要高，分别独立设置前室的共用疏散楼梯比合用前室的共用疏散楼梯的安全性高。设计时应优先采用借用安全出口的设计方案，如必须采用共用安全出口，则每个防火分区应分别设置独立前室，防火分区通向前室的门、前室通向楼梯间的门建议采用甲级防火门。

⑵办公区域通向前室的防火门和前室通向疏散楼梯的防火门，其完好性和有效性对办公区人员安全疏散的影响很大。火灾情况下，如防火门失效，则疏散楼梯及其前室无法在人员安全疏散到室外前始终处于安全状态。因此应加强防火门的维护管理，确保火灾时防火门处于常闭状态。