直大竹一 / 義一嶺岸

基于火災安全性能的高層建筑消防設計
——以日本某建筑為例

直大竹一 / 義一嶺岸

以日本某建筑為例，重點介紹高層建筑群疏散安全性能化設計及其仿真驗證。在設計過程中主要考慮了三種情況：預防城市火災，控制火勢和煙霧蔓延，以及火災情景下的疏散方案。為了防止火勢蔓延到鄰近區(qū)域，在與其他設施連接處設置了緩沖區(qū)。除此之外，為減少必須疏散逃生的人數(shù)，高層建筑群間也會設置了緩沖區(qū)；而建筑內(nèi)進行的其他防火分區(qū)，稱為安全等候區(qū)，用于樓內(nèi)人員排隊撤離。在仿真實驗中，假定災情煙霧以勻加速(at2)蔓延,整個建筑的所有房間都進行了安全性能驗證，即：安全疏散時間(ASETs)評估；而建筑中庭則是采用雙層區(qū)域模型仿真，樓梯則是采用網(wǎng)絡區(qū)域模型對加壓系統(tǒng)進行煙氣運動模擬仿真。

基于性能的設計 加壓系統(tǒng) 疏散 防火分區(qū)

Performance-BasedFireSafetyDesignforaSkyscraper:ACaseinJapan

0 引言

在日本，許多高層建筑的設計都是遵循標準規(guī)范的。早在2000年以前，許多不符合規(guī)范設計的建筑中庭、體育場館等就已被改建，而且，自2000[1]號建筑條例實施以來，類似的改建方案已廣泛用于實現(xiàn)建筑的靈活性設計和降低建筑成本設計。

如圖1所示，為日本第一高廈——大阪阿倍野Harukas(Abeno Harukas)，為實現(xiàn)該建筑的靈活性設計及高效能、高收益，這棟摩天大樓采用了消防安全性能化設計。

圖1 阿倍野Harukas外觀及功能分區(qū)

1 阿倍野 Harukas的消防安全設計及其驗證

阿倍野Harukas始建于二戰(zhàn)前，坐落于大阪，是在大阪當時最大百貨商店的基礎上翻新重建起來的。前身包括一個火車站，與周邊其他建筑及一個地鐵站構成了當?shù)氐囊淮蠼ㄖ骸?/p>

在這次重建中，原建筑群只有一部分重建為塔樓大廈，其他部分仍保留或翻新。昔日的百貨商店脫胎為一座新型的綜合商業(yè)設施，集先進都市功能于一體，包括車站、超大型百貨商場、寫字樓、酒店、美術館、觀覽臺等。

這些不同功能組成的建筑綜合體雖有助于提高土地和能源的日常使用效率，但這樣的建筑功能分區(qū)也存在很大的弊端，一旦發(fā)生緊急情況(例如火災)，災情會影響到建筑內(nèi)的所有人員，人員的安全撤離將成為一個嚴峻挑戰(zhàn)。

故在消防設計時，主要考慮到了以下三點：1)預防城市火災；2)控制火勢和煙霧蔓延；3)火災情景下的疏散方案。具體的消防安全設計及其驗證在下文會講到。

2 安全隱患的局限性

2.1保護火災蔓延至大樓外

這棟大樓就像大阪的一個交通樞紐，大樓地下就是近鐵大阪阿部野橋站，此外還與地鐵天王寺站、JR線天王寺站相連通。

因此，為了防止火情波及其他建筑物，在該建筑物和其周邊進行了防火分區(qū)，即：利用防火墻和防火卷簾在水平方向分隔出的防火區(qū)域，這些區(qū)域有的設置了排煙系統(tǒng)。

如圖2所示，在該大樓與周邊建筑的連接處進行了防火分區(qū)。

圖2 阿倍野Harukas與周邊建筑進行的防火分區(qū)

2.2防止火情蔓延到建筑內(nèi)

為了避免火災波及建筑內(nèi)人員，阿倍野Harukas大廈根據(jù)租戶類別分了四個區(qū)域模塊，且有緩沖區(qū)位于模塊間(詳見圖3)。

圖3 緩沖桁架

這四個模塊間的緩沖區(qū)其實就是由耐火性能極好的設備機械室構成的“桁架層”。此外，桁架層較高，有望阻止火災在豎直方向擴大蔓延。這樣消防設計通過限制火災蔓延的區(qū)域，減少了無災情區(qū)域疏散人員的必要性，有助于緩解疏散時的混亂及樓梯擁擠程度等。

由于阿倍野Harukas大廈主體建筑高度與裙房的建筑高度不同，且面積最大的百貨商店設在了B2～14層，因此桁架樓板設在中庭，連接建筑主體和裙房。且為避免火情蔓延，設計時以中庭作為另一個防火區(qū)。當火災發(fā)生時，火情及煙霧會在蔓延到中庭邊界時被阻隔，又由于主樓和裙房都各自有逃生路線，所以建筑內(nèi)人員在逃離災情時不用冒險穿過中庭。

3 逃生出口控制

阿倍野Harukas大廈是一個集綜合性、多功能為一體的建筑地標，它涵蓋的不同功能建筑開放時間不同，且各自有其管理者及員工。緊急情況下，這些人員必須能被一個控制系統(tǒng)進行集中預警通知及疏散管理。

這里需要強調(diào)一點，阿倍野Harukas大廈是一個復雜綜合體，從該建筑內(nèi)離開需要較長的時間。所以當火災探測器發(fā)出警報時，需要花費比一般建筑更長的時間檢測這個警報的真實性。故我們?yōu)橛脩粼O計了一些針對初期火情探測的網(wǎng)絡及設施和一個引導系統(tǒng)。

岳文姣編譯自Fire Science and Technology 2015，2017，page 235-244，了解更多詳細內(nèi)容可登陸http://www.oriprobe.com/journals/xfkxyjs.html.