黃永濤（河南省廣播電視發(fā)射臺，鄭州　450002）

中原福塔廣播電視發(fā)射機房消防性能化設計分析

黃永濤
（河南省廣播電視發(fā)射臺，鄭州450002）

位于中原福塔塔樓的河南省廣播電視發(fā)射臺廣播電視發(fā)射機房，設備多，位置高，中原福塔超高層建筑，一旦發(fā)生火災事故人員疏散及滅火救援困難，所以本工程按其高度和重要性質(zhì)屬一類超高構(gòu)筑物，耐火等級為一級。高層建筑結(jié)構(gòu)的復雜、功能多元化都是消防工作的難題。本文首先介紹了中原福塔作為世界級較高全鋼結(jié)構(gòu)塔在施工中消防方面的一些創(chuàng)新舉措，研究了目前高層建筑在消防方面的一些共性的難題，并嘗試構(gòu)建以預防為目的的消防防范體系。

無線發(fā)射；全鋼結(jié)構(gòu)；高層救援；氣體滅火

0　引言

中原福塔是一座以發(fā)射廣播電視信號為主，同時具有旅游觀光、展覽、餐飲、娛樂、休閑等綜合服務功能為一體的多功能鋼結(jié)構(gòu)電視塔，河南省廣播電視發(fā)射臺廣播電視發(fā)射機房于2011年1月1日搬遷至中原福塔，開始發(fā)射廣播電視節(jié)目，無線覆蓋鄭州市及周邊中原城市群，由于機房設備多，有30多部大功率發(fā)射機及其配套設備和信號源系統(tǒng)、調(diào)頻監(jiān)控系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)等；位置高，屬于超高層建筑，人員疏散及滅火救援困難，所以本工程按其高度和重要性質(zhì)屬一類超高構(gòu)筑物，耐火等級為一級。

1　設計思路及問題解決方法

本項目消防設計的指導思想首先是通過嚴格的管理將火災發(fā)生的可能性降低到最低水平；其次，萬一發(fā)生火災，應能將火災限制在起火局部區(qū)域或起火建筑內(nèi)，不使其蔓延到其它建筑?；馂牡陌l(fā)生、發(fā)展具有一定的規(guī)律性，它兼有確定性和隨機性的雙重規(guī)律性。但在工程分析中，通常只能從確定性的一面出發(fā)進行定量的分析?；馂穆邮艿蕉喾N不確定因素的影響，如：可燃材料和可燃物本身對火的反應特征、可燃物分布情況、滅火救援情況等。性能化設計與分析往往只能針對典型可燃物及布置形式下，進行火災及煙氣的蔓延和擴散情形分析。

1.1本工程的工程技術(shù)特征有如下四點

（1）主體結(jié)構(gòu)分為鋼砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)兩種類型，耐火性能差別很大。特別對于鋼結(jié)構(gòu)，自身防火性能差，須有完善的消防對策。

（2）高度超高，塔樓高度在215.75m 以上；疏散通道為筒狀體，給人員疏散和消防工作帶來諸多問題。

（3）使用功能特殊，發(fā)射機房內(nèi)有大量的電器設備，不能使用常規(guī)的救火方法。

（4）防火材料以輕質(zhì)材料為主。由于建筑高度較大，若防火材料采用傳統(tǒng)的磚或砼材料則自重太大，結(jié)構(gòu)造價將大大增加，所以只能采用輕質(zhì)防火材料。

電視塔建筑屬于人員密集的公共設施，一旦發(fā)生火災就可能造成極大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此，對電視塔的耐火性能進行基于性能的量化分析和計算機模擬仿真具有重要的現(xiàn)實意義和研究價值。

1.2現(xiàn)有規(guī)范不足與性能化防火分析

保證建筑物的安全與完整是在建筑設計中的基本內(nèi)容，火災是破壞建筑結(jié)構(gòu)安全的一種重要原因。建筑物在遭受火災時，在高溫作用下，建筑構(gòu)件的材料性能和內(nèi)部應力狀況發(fā)生變化，力學性能迅速惡化，乃至失去支撐能力、隔斷能力或隔熱能力，造成結(jié)構(gòu)的破壞甚至整體的倒塌。這樣的事例在國內(nèi)外數(shù)不勝數(shù)，建筑物發(fā)生倒塌的原因都是因為局部構(gòu)件在高溫下失去承載能力而引起建筑物整體坍塌，由于鋼結(jié)構(gòu)屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯(lián)結(jié)了很多的支撐桿件，隨著局部的破壞造成整體失去穩(wěn)定，因而也就決定了鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)钠茐氖钦w的，或者是較大部分的。這些事件已經(jīng)引起了國內(nèi)外防火安全領域的專家學者們的高度重視，有關(guān)火災狀況下的建筑物倒塌破壞方面的研究也成為一個熱門的研究課題。

電視塔建筑屬于人員密集的公共設施，一旦發(fā)生火災就可能造成極大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此，對電視塔的耐火性能進行基于性能的量化分析和計算機模擬仿真具有重要的現(xiàn)實意義和研究價值。在火災情況下，由于鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能差，在高溫作用下，很快出現(xiàn)塑性變形，溫度在450～500℃時，承載能力便大大減弱。溫度再高，鋼材變軟，變形顯著，屋架翹曲，屋頂隨著就會塌落，經(jīng)過的時間很短，一般在10～20min左右。由于鋼結(jié)構(gòu)屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯(lián)結(jié)了很多的支撐桿件，隨著局部的破壞造成整體失去穩(wěn)定，因而也就決定了鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)钠茐氖钦w的，或者是較大部分的。

2　火災場景與人員安全疏散場景設置分析

由于機房位于電視塔塔樓部分，屬于超高層建筑，人員疏散及滅火救援困難，是當今超高層建筑的世界性難題。在遵循技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性的原則上，本項目在圍繞超高層防火困難的基礎，通過消防性能化設計分析，在本項目中如何提高人員疏散，如何提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限和怎樣有效的預防火災發(fā)生。

2.1其主要創(chuàng)新點如下

（1）根據(jù)此建筑的實際情況，設置剪刀樓梯，把觀光電梯全部按照消防電梯設計，此舉開創(chuàng)了省內(nèi)高層建筑人員逃生的先例，革新了以往人員疏散逃生的單一模式。

（2）在此消防系統(tǒng)中首先開創(chuàng)了由傳輸水泵直接把消防水抽到塔樓238米的水箱中，此例在全國高層建筑中實屬首例，革新了以往經(jīng)過幾級中途轉(zhuǎn)輸?shù)牟焕蛩兀冉?jīng)濟又實用。

2.2人員安全疏散場景設置分析

發(fā)射機房的人員安全疏散結(jié)合塔樓的疏散方案實施的，電視塔的塔樓呈五瓣臘梅花開狀，由片狀金屬和高強玻璃構(gòu)件玻璃幕墻作外型處理，造型剔透曲美。整個塔樓分為10層和11層戶外觀光層，是高空旅游觀光的主要場所。塔樓通透幕墻為中空夾膠鋼化玻璃幕墻，部分點式封閉幕墻為鈦合金或彩色不銹鋼板表面保溫層夾芯幕墻。幕墻內(nèi)樓板外沿設置耐火極限不低于1.0h、高度0.9m的不燃燒實體裙墻，承托板與主體結(jié)構(gòu)、幕墻結(jié)構(gòu)及承托板間縫隙填充防火密封材料，各層每層為一個防火分區(qū)。

塔樓最大設計疏散人數(shù)為600人，其中塔樓八層100人，塔樓九層150人，塔樓十層（旋轉(zhuǎn)餐廳）：150人，塔樓十一層（觀光平臺平面）200人。

2.3塔樓部分主要區(qū)域分析

四層：為避難層，面積為424m2。其火災荷載密度低，人員荷載密度較大。該層應避免受到火災煙氣的影響。

十層：旋轉(zhuǎn)餐廳，面積為559m2，共設有120座固定座位。下層火災時的火災氣上升快，可能對上部空間人員造成不利的影響。

十一層：為露天觀光平臺，面積達1124m2，一般該區(qū)域不設置固定座椅，火災荷載密度低（一般設定為80MJ/m2），人員荷載密度大，且該區(qū)域為距離地面最高最遠區(qū)域，因此該區(qū)域人員處在最不利疏散位置。

3　滅火系統(tǒng)設置

3.1氣體滅火系統(tǒng)

廣播電視發(fā)射機房內(nèi)有大量大型的的電器設備，如發(fā)射機、配電柜等，所以專設置了煙烙盡氣體滅火系統(tǒng)，設鋼瓶間貯存滅火劑。塔樓分為三個防護區(qū)，防護區(qū)面積小于500m2，容積小于2000m3，設計最小濃度37.5%，防護區(qū)環(huán)境設計溫度21℃，噴射時間不超過80s。系統(tǒng)設三種控制方式：自動控制、手動控制和機械應急操作。

3.2其他滅火設備

發(fā)射機房所在的塔樓部分均按嚴重危險級配置滅火器，每具滅火器最小配置級別3A，采用磷酸銨鹽手提式滅火器。塔樓頂部設置40m3消防水箱，滿足火災初期10分鐘滅火用水量，塔樓3層238m處設消防轉(zhuǎn)輸水箱50m3。

3.3防、排煙系統(tǒng)

塔座防煙樓梯間采用機械加壓送風系統(tǒng)，送風機設于裙房或電梯機房頂層屋面，送風機風量均為24700m3/h。樓梯間內(nèi)隔層設置自垂式正壓送風口，火災時，消防控制中心通過煙感器報警，隨之正壓送風機啟動。

塔座消防電梯合用前室均設機械加壓送風系統(tǒng)，送風機設于裙房或電梯機房頂層屋面，送風機風量均為16000m3/h。每層合用前室均設置常閉型電動遠控正壓風口，送風機及電動風口均由消防控制室控制，著火時，著火層及其上下層正壓風口打開，同時風機運行。

空調(diào)通風系統(tǒng)防火措施：風管穿越防火分區(qū)處，穿越通風、空調(diào)機房及重要的或火災危險性大的房間隔墻和樓板處，垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上，穿越變形縫的兩側(cè)均應設70℃防火閥，風管采用不燃型無機氯氧鎂風管。發(fā)生火災時，通過聯(lián)動系統(tǒng)關(guān)閉所有非消防用風機。

4　性能化設計分析結(jié)論

由于廣播電視發(fā)射機房所在的塔樓區(qū)域距離地面垂直高度大，達到218-260m，建筑內(nèi)全部人員靠自力疏散至室外所需疏散時間較長，達到約68min，故在塔樓設置避難層是必要的，應采取可靠措施保證避難層和疏散路徑的安全；當采取一定的措施情況下，可利用消防電梯對避難層人員進行疏散；并應適當延長疏散路徑的應急照明和燈光疏散指示連續(xù)供電時間。

完美的設計加上優(yōu)質(zhì)的維護，使得中原福塔廣播電視發(fā)射機房消防系統(tǒng)有力的保障了機房日常播出工作的正常運行。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.186