地下空间首层化消防设计策略——以杭州西站站北综合体项目为例

黄 慧，张文欣

浙江绿城建筑设计有限公司，浙江杭州310007

0 引 言

“21世纪末，将有三分之一的世界人口工作、生活在地下空间中。”被称为“高铁院士”的王梦恕曾这样预言。2020年5月，杭州市政府颁布了《杭州市地下空间开发利用管理办法》，进一步鼓励社会资本投资建设地下空间，促进地下空间高质量系统性开发建设、互联互通和高效利用，提升城市容纳与防护能力。另外，TOD（Transit-oriented Development）城市开发是紧凑型城市建设的重要模式，在人群高密度汇集的条件下，整合交通流线与空间分布，提升空间资源利用效率。本文案例项目正是TOD城市综合体开发下的地下空间设计，符合TOD城市开发价值导向，也希望成为一种地下空间利用的新探索。

1 项目概况

项目位于杭州西站枢纽的北侧，南侧紧邻站厅，北侧毗邻两山湿地公园，视野开阔，具有良好的区位和景观优势；总用地面积76 098 m2，地块容积率7.9（规划条件为不小于7.6，不大于7.9），建筑密度不大于65%，绿地率不小于10%。项目以场地中轴为界分为东区（一期）和西区（二期），同步开工，同步建设。地上布置4栋200 m以上超高层综合塔楼，一栋18层高层，两栋多层公共建筑，集合办公、酒店、商业、剧场、空中观景平台、影视文化中心、服务型公寓等功能。地块中部有2条现状地铁线路南北向穿越。地下4层，在南北向地铁50 m保护范围内为地下2层，局部设夹层非机动车库，其余布置为地下商业街、设备用房、酒店后勤用房、机动车及非机动车停车库、防御空间等公共空间设施。地下总面积达22万m2，开挖深度23 m，是功能极其复杂的地下工程。见图1～3。

图1 项目用地区位示意

图3 项目地下室竖向布置

本项目在地块内设置消防车道，且中间设置横向贯通消防连桥，形成消防环路，并结合基地西南角、东南角设置2个消防车出入口。消防车道宽度不小于4.5 m（1号楼主楼和7号楼周边消防车道宽度为6 m），净高不小于4 m（1号楼主楼和7号楼周边消防车道净高为4.5 m）。消防车道内缘转弯半径不小于12 m，坡度不大于8%。见图4。

图4 地块内消防车道示意

2 本次设计中的特殊消防设计范围

本项目周边立体交通复杂，服务人群数量庞大且类型多样。设计将车行流线置于地下，通过环形隧道进入地块，从而有效疏解地面交通，减少人车交叉，形成地面步行化的景观商业空间。同时在地下层实现出租车、私家车、地铁高铁的无缝接驳。地下车行落客区域是设计重点，落客区为各向人群提供转换空间，形成高效的商业界面，也构成人们进入综合体的第一印象，呈现类首层的开放空间体验。依据现行建筑设计防火规范，落客区需要设置多个防火分区，设置防火卷帘和防火隔墙。但防火卷帘的长度受限，且防护有效性存在隐患，防火分隔的设置也不符合行车落客区开敞贯通的空间需要。因此需要针对东西行车落客区进行特殊消防设计，也称消防性能化设计。见图5。

图5 东西行车落客区特殊消防设计范围

3 本项目特殊消防设计

根据住建部令第51号第十七条规定［1］，超出国家通用消防规范标准规定范围，需采用国际工程建设消防技术标准的，或在消防设计中拟采用的新技术、新工艺、新材料不符合国家消防技术标准规定的特殊建设工程。建设单位除提交本规定第十六条所列材料外，还需同时提交特殊消防设计技术资料。本项目中地下落客区域主要为动态车辆交通，与汽车库的静态交通形态不同，《汽车库、修车库、停车场设计防火规范（GB 50067—2014）》不适用于该区域。此外，与落客区相连的1号楼主楼和7号楼采取双首层大堂设计，其中首层大堂直通室外，地下1层大堂通向具有自然通风条件的准安全区，上述贯通的大堂空间建筑定性规范没有明确。因此拟采用国际标准或境外工程建设消防技术标准开展特殊消防设计。

本项目采用的国际标准主要有：防火分区面积不限的规定，准安全区域设计及顶部开洞的规定，消防安全工程学方法。其中关于防火分区面积不限的规定有：美国—2021 IBC、英国—APPOVED DOCUMENT B 、英国—BS 9999∶2017、日本—建筑基准法；准安全区域设计及顶部开洞的规定有： 英国—CIBSE Guide E 2019、新西兰—New Zealand Building Code、中国—《建筑设计防火规范（GB 50016—2014）》征求意见稿；消防安全工程学方法：ISO23932—1∶2018、 ISO 16733—1∶2015、 ISO/TR 16738∶2009、NFPA 101。参考以上国际标准，将落客区定性为具有半室外空间特征的疏散准安全区。并确定以下设计内容：针对自然通风条件、疏散救援条件、防火分隔要求、火灾荷载控制、消防系统保障5个子项进行整体消防设计（图6），再就防火构造层面确保建筑材料及构件的耐火性能，最后针对消防设计方案进行安全性模拟评估以判定其安全性。评估完成后，由项目业主代表向所属主管部门发起特殊消防设计申请，组织召开消防设计专家评审会。与会专家听取设计单位和咨询单位关于项目基本情况、消防设计情况、特殊消防设计报告、采用的国际标准、相关案例、建筑方案及交通组织设计方案的汇报，经质询讨论，形成评审意见。笔者根据消防评审意见整合完善，形成以下详细说明内容。

图6 地下1层行车落客区定性分析与消防设计框架

3.1 自然通风条件

在相关的国内外技术标准和规范中，新西兰建筑规范New Zealand Building Code 2008 第4.2.4 条规定：“屋顶支撑构件无耐火性且无喷淋的单层建筑，均匀分布的有效通风面积不小于地面面积的15%时，防火分区面积不限。”中国《建筑设计防火规范（GB 50016—2014）》［2］征求意见稿第5.3.1条规定：“地下半地下学校体育运动场所，防火分区内自然排烟面积不小于室内地面面积的20%，有至少1/4的周长面向室外，通向室外地面的设计疏散总净宽度不小于该防火分区所需疏散总净宽度的70%，防火分区的最大允许面积为2 000 m2。”综合衡量以上要求，设定地下落客区顶部开洞率不小于20%。并严格遵循消防专家评审意见，落客区周边区域不得向下沉式广场、庭院排烟，确保区域安全。一期东区地面面积6 088 m2，洞口面积1 218 m2，开洞率20%。二期西区地面面积6 432 m2，洞口面积1 287 m2，开洞率20%。东西区洞口皆均匀分布，落客区地面任一点至敞开洞口的距离不大于30 m。参考英国防火规范CIBSE Guide E 2019 第10.2.2.7 条规定：“吊顶开洞比例大于25%时，可以不考虑顶板对火灾烟气流动的影响。”设定地面到楼板高度7.1 m，落客区吊顶均匀开孔，开孔率50%。见图7、图8。

图7 地下1层顶板开洞情况分析

图8 典型洞口剖面示意

3.2 疏散救援条件

疏散救援条件可分为外部救援和内部疏散两方面。在外部救援方面，消防车可在地面靠近主要洞口，创造有利的外部救援条件。东西落客区设置微型消防站，控制初期火灾，并与市政工程实现消防信息共享。在疏散方面，东西行车落客区各设置2个下沉式广场，创造水平疏散条件，并与楼梯间共同作为安全疏散设施，保障双向疏散条件成立；控制最远疏散距离不大于37.5 m；地面设置连续的特大型疏散指示标志。核算疏散人数及疏散宽度，考虑落客区内汽车停车车辆满载，以小汽车人员系数为4人/辆，中型车为15人/辆，核算人数为西区75人，东区63人。周围功能区人员经过落客区人行铺地及车行道区域进入，此区域按9.3 m2/人计算，核算为西区226人，东区220人。计算西区所需疏散宽度为3.1 m，东区为2.9 m。西区设计疏散宽度为8.2 m，东区为6.5 m。疏散宽度满足要求。见图9、图10。

图9 地下1层落客区疏散救援条件分析

图10 地下1层落客区疏散出口情况分析

3.3 防火分隔要求

落客区独立为一个半室外准安全区，与其他相邻防火分区采用构件隔开。其中与隧道连通处采用三道防火卷帘，并形成防火隔间，双侧控制。即隧道侧控制一道防火卷帘，本项目内的落客区防火隔间控制两道防火卷帘。与汽车库采用防火墙，车行道处设置2道防火卷帘；与商业区采用防火墙或耐火极限1 h 的A 类防火玻璃墙加防火卷帘（面向洞口的商铺面积≤300 m2），商业通道入口处设两道防火门形成防火隔间；与泄爆区采用耐火极限不低于3 h的防爆墙；与大堂、门厅采用耐火极限不低于1 h的A类防火玻璃墙，其中下沉式广场侧采用普通玻璃幕墙；与其他区域采用防火墙和甲级防火门。见图11。

图11 地下1层落客区与其他场所分隔情况分析

3.4 火灾荷载控制

落客区域仅作为车辆通行及临时停车落客功能，并仅限通行15座及以下乘用车，临时停车位与设置防火玻璃的建筑外墙之间的距离不小于6 m，不设置汽车充电设施及不堆放可燃物；区域内景观绿植选用低油脂、抗火性强的绿植；落客区地面、顶板均采用不燃装修材料，导向标志灯等固定服务设施的材料燃烧性能不低于B1级；电线电缆符合现行技术规范要求。

3.5 消防系统保障

前文所述自然通风口及吊顶开孔率的设定属于自然排烟系统的设计，另外设置带快速响应喷头的自动灭火系统，增设消火栓和灭火器系统、火灾自动报警系统、感温火灾探测器、消防应急广播及应急照明和疏散指示系统，并按照消防评审意见，将行车落客区地面设置保持视觉连续的疏散指示标志，导向标志灯等服务设施的耐火极限不低于B1级。

3.6 防火构造

落客区域的耐火等级按一级耐火等级要求设计。在防火构造保障中，分别从以下几个方面进行构造设计与要求：

3.6.1 建筑结构及构件防火

对于钢筋混凝土结构，均按规范要求的耐火等级控制结构截面。钢结构部分则采用能满足规范要求的防火涂料。各类建筑构件均符合《建筑设计防火规范（GB 50016—2014）》表5.1.2建筑构件的燃烧性能和耐火极限，与大于250 m建筑相交处的构件，满足中华人民共和国公安部公消［2018］57 号文件《建筑高度大于250 m 民用建筑防火设计加强性技术要求》（试行）的要求。主要承重构件中，钢筋混凝土柱耐火极限不小于4 h，钢筋混凝土梁耐火极限不小于3 h，钢筋混凝土楼板耐火极限不小于2.5 h。

3.6.2 防火墙、隔墙、管道井

防火墙采用耐火极限不小于3 h的加气混凝土砌块墙；楼、电梯间及前室、疏散走道两侧均采用耐火极限不小于2 h的加气混凝土砌块墙；管道井壁采用耐火极限不小于2 h的加气混凝土砌块墙，且井壁上的检修门均采用甲级防火门；除通风管井外的其余管道井在每层楼板处用耐火极限大于1.5 h（相当于楼板耐火等级）的钢筋混凝土或防火封堵材料封堵；隔墙砌至梁底或板底，且不留缝隙；防火墙上不设无关的孔洞，设备管线穿越防火墙、疏散走道隔墙、管道井等墙体时，采用不低于墙体耐火极限的防火封堵材料严密封堵；防火墙两侧的门、窗、洞口最边缘水平距离不小于2 m，内转角处不小于4 m。

3.6.3 防火门窗、防火卷帘

本区域防火门、防火窗耐火极限划分为三级，分别为甲级1.5 h、乙级1 h、丙级0.5 h。防火门窗及卷帘的设置原则为：防火墙上采用甲级防火门窗或耐火极限不低于3 h的防火卷帘，防火卷帘具有火灾时靠自重自动关闭功能。防烟楼梯间和前室的防火门具有自行关闭功能。通风、空气调节机房和变配电室、锅炉房、柴油发电机房门、管道井检修门等均采用甲级防火门。

3.6.4 玻璃幕墙

下沉式广场处的建筑玻璃幕墙，在建筑外墙上下层开口之间设置高度不小于1.5 m的不燃性实体墙，且在楼板上的高度不小于0.6 m，实体墙耐火极限和燃烧性能不低于外墙。窗槛墙上下两端设200 mm厚防火岩棉带（用1.5 mm厚镀锌钢板承托、防火胶泥密封）与背衬主体结构和基层墙体封堵密实。部分防火墙两侧为连续的玻璃幕墙，水平间距2 m之内的幕墙内侧均增设耐火极限1 h以上的内衬墙。对于内转角两侧的玻璃幕墙，则在最近边缘的水平距离4 m之内的幕墙内侧增设耐火极限1 h以上的内衬墙或防火玻璃墙。玻璃幕墙与楼板、隔墙处的缝隙，采用1.5 h防火封堵材料封堵。

3.6.5 装修材料防火设计

该落客区的装修材料均采用A 级标准。各疏散楼梯、疏散走道和安全出口的门厅的顶棚、墙面和地面均采用A级装修材料。项目中建筑用料表对有机装饰材料均标明其材料燃烧性能等级要求，或标明防火施工要求等。

3.7 消防设计方案安全性分析

该落客区在以上3.1～3.6各项条款的全方位消防安全设计情况下，经中国建筑科学研究院有限公司建研防火科技有限公司采用消防安全工程学的方法进行专题分析。主要通过烟气流动法模拟分析，行车落客区疏散设计的模拟分析，人员安全性判定等方法得出：在满足自然通风条件，与周围区域进行必要的防火分隔，控制内部火灾荷载，保证人员疏散安全，并通过消防系统保障的情况下，地下1层行车落客区论证为具有半室外空间特征的准安全区。见图12、图13和表1。

表1 人员疏散所需时间

图12 落客区火灾场景示意

图13 落客东区疏散过程模拟

4 结 论

消防性能化设计是基于火灾科学和消防安全工程学的设计方法，其摆脱了规格式设计对于建筑物类型、面积、层高等的束缚［3］，以消防安全为最终导向，根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，定性、定量地分析、模拟、预测和评估建筑物的火灾危险情况，以得出合理的消防设计方案［4］。消防性能化设计中火灾与疏散模拟软件的运用也会进一步提高消防设计精度［5］。

经过本次项目设计，总结出以下设计工作方法：对于定性模糊的建筑空间，首先确定其可以满足项目设计需要的建筑空间性质，进而依照定性，研究国内外相关规范及案例，总结满足其定性的消防设计需要，作为特殊消防设计依据。其次，基于特殊消防设计及消防性能化论证意见依据，针对各个消防设计子项进行逐个设计，并使各消防子项系统性的结合，共同作用实现消防安全。

消防设计子项包括6项：

1）自然通风条件：防排烟设施等；

2）疏散救援条件：消防安全疏散出口、通道及紧急避难与逃生设施、消防车道、消防电梯、灭火车辆、消防救援人员等外部救援条件、场所人员综合消防素质考量等；

3）防火分隔要求：防火分区划分与防火分隔设施；

4）火灾荷载控制：材料物料燃烧性能、材料耐火极限；

5）消防系统保障：火灾供电供水和灭火设施、灭火物资；

6）防火构造。

最后，根据计算机模拟结果进行消防设计方案安全性评估，包括烟气流动分析、疏散场景分析、疏散安全性判定。

对于建筑师而言，了解超现行规范项目的消防设计方法，深度研究其中的消防原理，可有效减少设计项目在方案确定、专家论证、消防审查等过程中遇到的困难与阻力，从而提高工作效率和建设项目的消防设计质量。