亓延軍，楊 華，陳 兵

（1.山東消防總隊，濟南，250014；2.中國科學技術(shù)大學火災(zāi)科學國家重點實驗室，安徽 合肥，230026）

大型商業(yè)廣場亞安全區(qū)設(shè)置方式研究

亓延軍1，楊 華2＊，陳 兵1

（1.山東消防總隊，濟南，250014；2.中國科學技術(shù)大學火災(zāi)科學國家重點實驗室，安徽 合肥，230026）

針對大型商業(yè)廣場類建筑普遍存在的疏散樓梯在首層不能直通室外、疏散距離過長等問題，結(jié)合某大型商業(yè)廣場工程實例，通過性能化分析方法對比了兩種不同亞安全區(qū)設(shè)置方式對煙氣蔓延及人員疏散的影響，并給出了針對該工程實例的亞安全區(qū)設(shè)置建議，指導了該工程項目的消防設(shè)計。

商業(yè)廣場；亞安全區(qū)；設(shè)置方式

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，大型復雜的現(xiàn)代建筑物越來越多地涌現(xiàn)。大型商業(yè)廣場作為一種典型的商業(yè)建筑綜合體，其中既有空間體量巨大的步行街，又有受限空間類的公共場所，且人員大量聚集。一旦發(fā)生火災(zāi)，將比普通建筑更容易造成巨大財產(chǎn)損失和人員傷亡［1］。為了解決大型商業(yè)廣場中由于建筑體量大而造成的疏散樓梯在首層不能直通室外、疏散距離過長等問題，“亞安全區(qū)”的概念被普遍應(yīng)用于大型商業(yè)廣場的防火設(shè)計中［2，3］。所謂“亞安全區(qū)”，是指介于室外絕對安全場所和室內(nèi)火災(zāi)隱患場所之間，本身無較大火災(zāi)危險性且在火災(zāi)時供人員短暫停留而不至于受火勢影響的場所［4］。對于“亞安全區(qū)”而言，成立的關(guān)鍵問題就是如何采取相應(yīng)的消防措施保證其達到相應(yīng)的安全水平。本文通過對某大型商業(yè)廣場“亞安全區(qū)”兩種不同設(shè)置方式的對比研究，提出了該大型商業(yè)廣場“亞安全區(qū)”的設(shè)計方案，所得結(jié)果對類似大型商業(yè)廣場“亞安全區(qū)”的設(shè)計具有一定的參考意義。

1 工程概況

該大型商業(yè)廣場總建筑面積約16萬m2，其中地上面積約12萬m2，地下建筑面積約4萬m2。該建筑地上五層，地下一層。地上一、二層為商鋪、百貨、超市、餐飲；三層為商鋪、百貨、超市；四層為商鋪、百貨、餐飲、電影院、KTV；五層為商場管理用房與影院設(shè)備用房。地下一層戰(zhàn)時為人防工程，平時為車庫。建筑主體高度20.90米（室外地面到屋面板），局部管理用房高度23.95米，局部電影院檐口高度23.95米。其中室內(nèi)步行街由中庭孔洞貫穿一至四層，室內(nèi)步行街區(qū)域如圖1至4所示，其中步行街內(nèi)大中庭和6個小中庭孔洞的位置分別在圖2和圖3中標出，所有中庭孔洞均貫穿一至四層。

該商業(yè)廣場由于體量巨大，功能復雜，較難符合現(xiàn)行建筑防火設(shè)計規(guī)范［5］的要求，具體體現(xiàn)在：

（1）步行街區(qū)域一至四層上下貫通，嚴重超出《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中關(guān)于防火分區(qū)面積的規(guī)定；

（2）部分樓梯間首層不直通室外；

（3）步行街內(nèi)部分區(qū)域疏散距離過長。

為解決以上問題，該工程采用了“亞安全區(qū)”的概念，即人員發(fā)生火災(zāi)時可就近疏散至亞安全區(qū)，再

圖1 首層平面Fig.1 Plan of the first floor

圖2 二層平面Fig.2 Plan of the second floor

圖3 三層平面Fig.3 Plan of the third floor

2 亞安全區(qū)的設(shè)計方案

“亞安全區(qū)”，成立的關(guān)鍵問題就是如何保證其達到相應(yīng)的安全水平。由于“亞安全區(qū)”需確保在火災(zāi)時可供人員短暫停留而不至于受火勢影響，所以，“亞安全區(qū)”的安全性不應(yīng)僅僅通過人員疏散時間和火災(zāi)危險來臨時間的比較來確定?！皝啺踩珔^(qū)”的安全要求應(yīng)相比一般建筑空間的安全要求有所提高，才能保證在火災(zāi)時可供人員短暫停留而不至于受火勢影響。要實現(xiàn)“亞安全區(qū)”，需要保證以下幾個條件［6］：

圖4 四層平面Fig.4 Plan of the fourth floor

（1）盡可能減少其中的固定火災(zāi)荷載；

（2）控制相鄰區(qū)域內(nèi)火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣不進入或盡可能少進入“亞安全區(qū)”；

（3）即使相鄰區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時部分煙氣溢出到“亞安全區(qū)”，煙氣也能被“亞安全區(qū)”頂部排煙系統(tǒng)迅速排出，不會對“亞安全區(qū)”內(nèi)的人員造成危害。

第一個條件可以通過有效的防火分隔和嚴格的消防管理來實現(xiàn)。“亞安全區(qū)”內(nèi)的頂棚、墻面、地面、固定家具的裝修材料均應(yīng)采用不燃材料，必須嚴格禁止在“亞安全區(qū)”內(nèi)布置固定火災(zāi)荷載以及限制在“亞安全區(qū)”內(nèi)的商業(yè)活動，禁止布置攤位、展品等火災(zāi)荷載，保證“亞安全區(qū)”內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的危險性降到最低。第二和第三個條件可以通過合理的消防設(shè)計來實現(xiàn)。

對同一建筑，可能有多種“亞安全區(qū)”的設(shè)計方案，但各方案之間存在著差異。如何從多種方案中選取較為實用于該工程的方案是值得研究的。因此，本文重點分析針對某工程實例提出的兩種不同亞安全區(qū)設(shè)計方案對人員疏散的影響。

方案一：將整個室內(nèi)步行街中庭走道區(qū)域設(shè)置為“亞安全區(qū)”。為保證“亞安全區(qū)”達到相應(yīng)的安全水平，在步行街頂部采光棚加開有效排煙面積相當于步行街走道地面面積20%的自然排煙窗。并且通過對經(jīng)營業(yè)態(tài)、步行街內(nèi)固定火災(zāi)荷載、步行街的頂棚、墻面、地面和固定家具的裝修材料等方面進行限制，保證整個室內(nèi)步行街區(qū)域滿足上文所述的保證“亞安全區(qū)”成立的三個條件。

方案二：將首層部分區(qū)域設(shè)置為“亞安全區(qū)”，“亞安全區(qū)”區(qū)域如圖5灰色區(qū)域所示?！皝啺踩珔^(qū)”排煙方式采用機械排煙。步行街其他區(qū)域采用自然排煙，步行街頂部采光棚自然排煙有效排煙面積為步行街走道地面面積的10%。為了保證“亞安全區(qū)”的成立，也對“亞安全區(qū)”內(nèi)經(jīng)營業(yè)態(tài)、固定火災(zāi)荷載、頂棚、墻面、地面和固定家具的裝修材料等方面進行限制。

方案一將整個步行街作為亞安全區(qū)，擴大了亞安全區(qū)的利用空間，有利于人員疏散時就近進入亞安全區(qū)；但另一方面，需要提高消防安全等級的區(qū)域同時擴大，相應(yīng)的消防設(shè)備投入也隨之增大，且需要控制經(jīng)營業(yè)態(tài)的范圍較大，對日常的商業(yè)經(jīng)營活動造成的影響也相應(yīng)較大。方案二將亞安全區(qū)集中設(shè)置并采取機械排煙，在局部加強消防措施，使亞安全區(qū)的安全水平得到充分保證，同時縮小了亞安全區(qū)的范圍，對日常的商業(yè)經(jīng)營活動造成的影響也相應(yīng)較??；但另一方面，人員疏散可能會受到亞安全區(qū)面積縮小的影響。因此，通過性能化分析方法對比兩種不同亞安全區(qū)設(shè)置方式對煙氣蔓延及人員疏散的影響。

圖5 方案二首層“亞安全區(qū)”示意圖Fig.5 Plan of quasi-safety zone floor in suggestion Ⅱ

表1 兩種方案主要消防措施對比Table 1 Comparison of two suggestions

3 兩種方案的模擬及對比分析

3.1 煙氣危險性分析

本文分別針對兩種“亞安全區(qū)”設(shè)置方案進行火災(zāi)煙氣危險性分析。首先結(jié)合本工程實例的具體情況，基于對危險源的辨識和分析，考慮最不利情況下，設(shè)定了火災(zāi)場景［7］。對于方案一，“亞安全區(qū)”為整個室內(nèi)步行街，因此參考《上海市工程建設(shè)規(guī)范—建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》對于無噴淋的公共場所的熱釋放量的規(guī)定，分別在首層大中庭孔洞下方以及步行街內(nèi)街設(shè)置火災(zāi)場景，保守地考慮步行街中庭大型主動噴水滅火系統(tǒng)失效情況下“亞安全區(qū)”的安全水平。對于方案二，“亞安全區(qū)”為首層如圖5所示的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置規(guī)范要求排煙量兩倍的機械排煙量并且對“亞安全區(qū)”內(nèi)精品店的經(jīng)營業(yè)態(tài)做出限制，以確?！皝啺踩珔^(qū)”達到相應(yīng)的安全水平。參考《上海市工程建設(shè)規(guī)范—建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》對于設(shè)有噴淋的商場以及無噴淋的公共場所的熱釋放量的規(guī)定，分別在首層大中庭孔洞下方、步行街內(nèi)街以及“亞安全區(qū)”中精品店內(nèi)設(shè)置火災(zāi)場景，保守地驗證“亞安全區(qū)”以及步行街其他區(qū)域的安全水平?；馂?zāi)場景的設(shè)置以及火災(zāi)煙氣危險性分析的目的是從人員疏散角度出發(fā)，主要的安全目標是保證人員安全和火災(zāi)不大面積蔓延［8］。本文采用FDS火災(zāi)動力學模擬軟件，對火災(zāi)蔓延的煙氣運動過程進行模擬?；馂?zāi)場景設(shè)置及危險性分析結(jié)果見表2。

表2 火災(zāi)場景設(shè)置及危險性分析結(jié)果Table 2 Scenarios and results of fire risk analysis

3.2 人員疏散模擬與分析

本文采用了Pathfinder 2009模擬獲得人員疏散行動時間。

Pathfinder包含兩種人員行為模式：SFPE模式和Steering模式。SFPE模式采用了美國防火工程協(xié)會SFPE手冊中的概念，人員步行速度由其所在房間中的人員密度決定，通過門的人員流量則受到門寬控制［9］。Steering模式基于Inverse Steering行為的理念。Craig Reynolds于1999年在其論文中首次提出了人員的Steering行為理念［10］，之后由Heni Ben Amor等人在2003年將其完善為Inverse Steering行為理念［11］。在 Pathfinder所采用的Steering模式中，有更多復雜的行為作為人員運動算法的副產(chǎn)物出現(xiàn)，而計算人員密度和門前隊列的需要則被消除。

Pathfinder模型以房間（Rooms）為主體，形成人員的可行走區(qū)域，通過門（Doors）和樓梯（Stairs）將相同或不同樓層的房間連接，人員以到達出口（Exits）為疏散目標。

Pathfinder模型中的人員由以下數(shù)據(jù)定義：人員名稱、使用出口、行走速度、反應(yīng)時間、身體尺寸、顏色、坐標。在疏散初始時刻，Pathfinder為每個人員生成疏散路徑。疏散開始后，人員在沿疏散路徑向出口疏散的過程中會對周圍環(huán)境變化做出響應(yīng)，從圖6所示的五個轉(zhuǎn)向向量中選擇最理想方向修正路線。

圖6 人員可選轉(zhuǎn)向向量Fig.6 Inverse steering vectors of occupants

合理的人員疏散研究需要建立在正確的人員荷載統(tǒng)計的基礎(chǔ)之上，該工程實例主要由商業(yè)和娛樂部分組成，其內(nèi)部人員預計容量的確定主要參考《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定以及業(yè)主提供的資料，最終人員荷載保守地確定為42402人。

火災(zāi)情況下的人員疏散時間為探測報警時間、人員反應(yīng)時間和人員疏散行動時間之和。該大型商業(yè)廣場內(nèi)的顧客處于清醒狀態(tài)且建筑內(nèi)部疏散標志清楚，故人員反應(yīng)時間設(shè)為60s，考慮到建筑內(nèi)設(shè)有完善的火災(zāi)探測報警和監(jiān)控系統(tǒng)，并配備有經(jīng)過訓練的保安人員，火災(zāi)探測或發(fā)現(xiàn)時間設(shè)為60s。疏散行動時間由Pathfinder模擬計算獲得。

通過Pathfinder模擬計算，方案一和方案二建筑中各層人員隨時間變化曲線圖如圖7和圖8所示。其中首層人員數(shù)包括從二至四層通過疏散樓梯間到達首層、并利用首層直通室外的疏散設(shè)施疏散人員。因此，兩種方案中首層人員全部疏散完畢的時間，均可作為整棟建筑全部人員疏散完畢的時間。

通過對兩種方案人員疏散情況的模擬，可獲得方案一和方案二各層人員疏散至疏散樓梯間或室外的人員疏散行動時間，如表3所列。

表3 疏散模擬結(jié)果Table 3 Results of evacuation simulation

由人員疏散模擬結(jié)果可知，方案二人員疏散時間比方案一略長，但均小于火災(zāi)煙氣危險性分析中危險來臨時間，均能滿足人員安全疏散的要求，說明首層按照方案二設(shè)置“亞安全區(qū)”對人員疏散影響不明顯。

圖7 方案一各層人員隨時間變化情況Fig.7Time history plot for suggestionⅠ

由于兩種“亞安全區(qū)”設(shè)置方式不同，位于首層的人員在疏散路徑的選擇上有較明顯差異。采用方案一和方案二時，人員疏散開始后60s首層的人員疏散情況分別如圖9和圖10所示。方案一中，大中庭首層人員主要依靠南側(cè)直通室外的疏散出口進行疏散，且疏散過程中在此處發(fā)生一定程度的人員擁堵現(xiàn)象。由于方案一中將整個步行街整體作為“亞安全區(qū)”，較難對“亞安全區(qū)”中火災(zāi)荷載進行有效控制。發(fā)生人員擁堵的區(qū)域與中庭其他區(qū)域相連通，一旦中庭“亞安全區(qū)”中發(fā)生火災(zāi)，煙氣易蔓延至發(fā)生人員擁堵的區(qū)域。

圖8 方案二各層人員隨時間變化情況Fig.8 Time history plot for suggestionⅡ

方案二中，大中庭首層人員主要通過北側(cè)“亞安全區(qū)”疏散至室外。由于方案二中，“亞安全區(qū)”與中庭其他區(qū)域采用特級防火卷簾等防火分隔措施進行分隔，設(shè)有機械排煙系統(tǒng)，并對其中的火災(zāi)荷載進行了嚴格的限制。從而火災(zāi)發(fā)生的可能性降到最低。即使其他區(qū)域發(fā)生火災(zāi)后煙氣蔓延至“亞安全區(qū)”內(nèi)，煙氣也可迅速排出，不會對人員疏散造成危害。

圖9 方案一60s時首層人員疏散情況Fig.9 Occupants distribution at 60s in the first floor（suggestion I）

具體分析如下：

1.該工程實例中，方案一給出的“亞安全區(qū)”設(shè)置范圍為整個室內(nèi)步行街。疏散過程中，步行街區(qū)域所有沿街精品店內(nèi)人員，均通過“亞安全區(qū)”疏散至室外。方案二中，僅將首層的特定區(qū)域設(shè)置為“亞安全區(qū)”，“亞安全區(qū)”主要供首層不能直通室外的疏散樓梯和部分首層與“亞安全區(qū)”相鄰的步行街內(nèi)街上的人員使用。大部分位于首層步行街內(nèi)的人員通過直通室外的疏散出口直接疏散至室外。

圖10 方案二60s時首層人員疏散情況Fig.10 Occupants distribution at 60s in the first floor（suggestion II）

2.方案一通過室內(nèi)步行街頂部采光天棚設(shè)置的有效排煙面積為步行街走道地面面積20%的自然排煙窗，可以保證室內(nèi)步行街的危險來臨時間大于人員疏散時間，并且有一定的安全余量。對于方案二而言，通過“亞安全區(qū)”中設(shè)置的機械排煙以及室內(nèi)步行街其他區(qū)域頂部采光天棚設(shè)置的有效排煙面積為步行街走道地面面積10%的自然排煙窗，可保證“亞安全區(qū)”和室內(nèi)步行街的危險來臨時間大于人員疏散時間，并且有一定的安全余量；

3.方案二中“亞安全區(qū)”可通過在首層室內(nèi)步行街設(shè)置防火卷簾的方式設(shè)置。通過合理的人員疏散路徑指引，該設(shè)置方式對人員疏散造成的影響并不顯著；

4.為了保證“亞安全區(qū)”達到相應(yīng)的安全水平，需要對“亞安全區(qū)”內(nèi)的火災(zāi)荷載及防火單元的防火分隔措施提出相應(yīng)要求，從而使“亞安全區(qū)”達到相應(yīng)的安全水平。方案二中“亞安全區(qū)”設(shè)置的區(qū)域范圍小，需要對火災(zāi)荷載及防火分隔措施進行特殊限制的區(qū)域范圍小，與方案一相比對商業(yè)活動的影響要小，且便于日常對“亞安全區(qū)”的管理和維護。

4 結(jié)論

大型商業(yè)廣場作為一種新興的商業(yè)建筑類型，由于其巨大的建筑規(guī)模和復雜的使用功能，為此類建筑的防火設(shè)計帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。設(shè)置“亞安全區(qū)”作為解決大型商業(yè)廣場類建筑的防火設(shè)計問題的重要措施，需要對“亞安全區(qū)”的設(shè)置規(guī)模、方式等進行分析和研究。本文通過對某大型商業(yè)廣場兩種“亞安全區(qū)”設(shè)置方式情況下煙氣危險性和人員疏散的對比和分析，得到以下結(jié)論：

1.此類大型商業(yè)廣場建筑普遍存在疏散樓梯在首層不能直通室外、疏散距離過長等問題，該類建筑中存在的消防設(shè)計難點，可以通過設(shè)置“亞安全區(qū)”解決；

2.在兩種方案均可確保人員疏散安全和火災(zāi)不大面積蔓延的情況下，綜合考慮設(shè)備成本、對商業(yè)活動影響以及日常管理等因素，建議該工程項目采用方案二；

3.本文的研究工作可有效地指導該工程的設(shè)計。同時本文建議在通過設(shè)置“亞安全區(qū)”解決此類建筑共同存在的消防問題時，應(yīng)盡量縮小“亞安全區(qū)”設(shè)置區(qū)域，并加強“亞安全區(qū)”的消防安全措施，確保“亞安全區(qū)”達到相應(yīng)的安全水平的同時減少“亞安全區(qū)”的設(shè)置對商業(yè)活動的影響。

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Study on the layout of quasi-safety zone for large commercial plaza

QI Yan-jun1，YANG Hua2，CHEN Bing1

（1.Fire Department of Shandong Province，Jinan，Shandong，250014，China；2.State Key Laboratory of Fire Science，University of Science and Technology of China，Hefei，Anhui，230026，China）

As a new commercial building type，large-scale commercial plaza has the characteristics of function diversity，usually involving in-door commercial pedestrian street with huge atrium and public places in enclosure.The existing Code for Fire Prevention of Building Design is obviously not fully applicable to such buildings.Quasi-safety zone is a general solution to address common problems for this kind of building.In this paper，comparison of two different quasi-safety zone setting modes is conducted.The impact of the different setting modes on fire smoke spread and occupant evacuation is analyzed.Some design recommendations are presented for such large commercial plazas in order to guide the relevant fire safety design.

Commercial plaza；Quasi-safety zone；Layout

X913.4，TU247.2，TU972＋.4，X932

A

1004-5309（2011）-0221-06

2011-08-25；修改日期：2011-09-20

亓延軍（1964-）男，工程碩士，現(xiàn)任山東省公安消防總隊副總隊長，高級工程師，主要從事消防監(jiān)督管理工作。

楊 華，yangh＠m(xù)ail.ustc.edu.cn