摘要：

本文結(jié)合火災(zāi)風(fēng)險評估及火災(zāi)模擬技術(shù)，研究了火災(zāi)荷載及煙氣蔓延控制策略，并針對防護(hù)效果的實現(xiàn)，提出了材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方案，為大型建筑提供更加安全的防火保障，進(jìn)一步促進(jìn)性能化防火設(shè)計在實際工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大型建筑；防火分區(qū)；性能化設(shè)計；火災(zāi)模擬

引言

大型建筑火災(zāi)事故造成嚴(yán)重生命財產(chǎn)損失，對防火設(shè)計提出了更高要求。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多功能空間的建筑中，傳統(tǒng)的防火分區(qū)設(shè)計方法逐漸暴露出難以滿足實際安全需求的不足。性能化設(shè)計理念提供了一種更具靈活性和適用性的解決方案，可以根據(jù)建筑物的具體功能和結(jié)構(gòu)特征優(yōu)化防火策略。采用火災(zāi)風(fēng)險評估和火災(zāi)行為模擬，精確分析火災(zāi)荷載與煙氣蔓延模式，提升設(shè)計的安全性和可靠性。性能化設(shè)計強(qiáng)調(diào)運(yùn)用科學(xué)方法指導(dǎo)防火分區(qū)布置和材料選擇，使設(shè)計結(jié)果不僅符合規(guī)范要求，還能最大限度地減少火災(zāi)對生命與建筑結(jié)構(gòu)的影響，為大型建筑提供系統(tǒng)性的防護(hù)思路和技術(shù)支持。

一、防火分區(qū)性能化設(shè)計原則

（一）防火分區(qū)設(shè)計的基本原則

防火分區(qū)的設(shè)計是以有效隔離火災(zāi)，限制火焰和煙氣在火災(zāi)發(fā)生時的蔓延，確保人員撤離安全，順利展開滅火救援為基本目標(biāo)而設(shè)計的。防火分區(qū)應(yīng)遵循防火分隔、功能獨(dú)立的原則，需要在布置防火分區(qū)時對建筑物的布局、功能、使用性質(zhì)等進(jìn)行充分考慮，以保證在防火條件下，各分區(qū)都有獨(dú)立的保護(hù)性能。設(shè)計時需要對建筑物的不同區(qū)域進(jìn)行合理劃分，保證各個分區(qū)都有足夠的防火能力，降低火災(zāi)蔓延概率。對于設(shè)置高效防火墻、阻煙設(shè)施等人員密集區(qū)，應(yīng)優(yōu)先考慮。防火分區(qū)設(shè)計還需要在合理規(guī)劃煙氣控制系統(tǒng)后，滿足防煙設(shè)計要求，確保分區(qū)內(nèi)溫度和煙氣濃度處于可控范圍內(nèi)，從而減少高溫?zé)煔鈱κ枭⑼ǖ篮腿藛T安全的威脅[1]。

（二）不同建筑類型的分區(qū)設(shè)計要求

高層建筑防火分區(qū)的劃分需要嚴(yán)格依據(jù)建筑高度和使用功能。對于高度超過50米的高層建筑，分區(qū)耐火極限應(yīng)達(dá)到不小于2小時，并設(shè)置獨(dú)立的防煙樓梯間和避難層，避難層面積應(yīng)不小于樓層建筑面積的2%。住宅建筑一般以每戶為獨(dú)立防火分區(qū)，設(shè)計耐火極限要求為1小時，設(shè)置有效的防火門和阻煙設(shè)施，確?；馂?zāi)發(fā)生時住戶間火勢不迅速蔓延。地下建筑因疏散困難和通風(fēng)受限，防火分區(qū)設(shè)計應(yīng)重點考慮排煙和消防救援通道的布置，每個分區(qū)面積不得超過1000平方米，排煙系統(tǒng)需具備獨(dú)立性和高效性，能在火災(zāi)時迅速排除煙氣，保持較低煙氣濃度[2]。

大型商業(yè)綜合體由于內(nèi)部功能多樣，分區(qū)面積不應(yīng)超過3000平方米，每個防火分區(qū)之間必須設(shè)置帶有自動關(guān)閉功能的防火門，并配置與防火分區(qū)對應(yīng)的消防設(shè)施，如自動噴水滅火系統(tǒng)和火災(zāi)探測器。工業(yè)廠房的分區(qū)設(shè)計需要根據(jù)火災(zāi)危險性等級進(jìn)行劃分，甲類廠房的單個分區(qū)面積不得超過500平方米，并設(shè)置高效排煙裝置和阻火防爆墻，廠房結(jié)構(gòu)應(yīng)以耐火材料為主，確?；馂?zāi)不在短時間內(nèi)危及廠房整體結(jié)構(gòu)安全。倉庫建筑防火分區(qū)設(shè)計要考慮儲存物品的可燃性和火災(zāi)荷載量，高火災(zāi)危險性的倉庫每個分區(qū)面積不超過300平方米，分區(qū)之間應(yīng)具備良好的隔熱和防火性能，倉儲物品須分隔存放，減少火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險。

（三）設(shè)計規(guī)范與實際應(yīng)用的協(xié)調(diào)性

目前，大空間建筑如體育場館和展覽中心，其寬敞開闊的布局不易滿足傳統(tǒng)的分區(qū)要求，可以使用性能化設(shè)計方法，引入火災(zāi)模擬技術(shù)與風(fēng)險評估模型，分析火災(zāi)場景下煙氣流動與火焰擴(kuò)散情況，進(jìn)行優(yōu)化分區(qū)設(shè)置。商場和綜合性建筑內(nèi)因人流量大且功能分區(qū)復(fù)雜，需要在滿足防火分區(qū)的基礎(chǔ)上，增加人員疏散的便利性和消防救援的可達(dá)性。在具體設(shè)計中，需要使用計算流體動力學(xué)（CFD）等火災(zāi)模擬工具，對煙氣蔓延與溫度分布進(jìn)行全面分析，找到防火分區(qū)與排煙系統(tǒng)的最佳結(jié)合點。

二、性能化設(shè)計方法與技術(shù)分析

（一）防火分區(qū)的風(fēng)險評估與火災(zāi)模擬

性能化防火分區(qū)設(shè)計的核心是基于詳細(xì)的風(fēng)險評估和火災(zāi)模擬進(jìn)行優(yōu)化布置，以最大限度地減少火災(zāi)對生命與財產(chǎn)的威脅。風(fēng)險評估主要依據(jù)火災(zāi)危險等級、建筑用途和人員密集度等參數(shù)，火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)可用下列公式進(jìn)行計算：

其中，RI為火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)，HF為火災(zāi)荷載系數(shù)，AF為可燃物分布系數(shù)，PF為人員密集度系數(shù)，為防火措施減災(zāi)系數(shù)。以下是某大型商業(yè)綜合體不同區(qū)域的風(fēng)險評估數(shù)據(jù)，見表1。

商鋪區(qū)的火災(zāi)荷載系數(shù)HF=1.8和可燃物分布系數(shù)AF=2.5，說明該區(qū)域內(nèi)儲存和陳列大量可燃商品，加劇了火災(zāi)爆發(fā)時的威脅程度。人員密集度系數(shù)PF=3.0，表明人員密集程度高，逃生難度較大。減災(zāi)系數(shù)RF=0.6，說明該區(qū)域雖然配備了一定的防火措施，但仍存在不足?；馂?zāi)風(fēng)險指數(shù)RI=22.5，說明商鋪區(qū)的火災(zāi)風(fēng)險很高，須進(jìn)一步優(yōu)化防火設(shè)計。

餐飲區(qū)的火災(zāi)荷載系數(shù)HF=2.0和可燃物分布系數(shù)AF=3.0，高于其他區(qū)域，主要由于餐飲場所使用大量可燃材料和火源，加上人員密集度系數(shù)PF=2.8，使得火災(zāi)發(fā)生的潛在危險較高。防火措施減災(zāi)系數(shù)RF=0.7，顯示了較低防護(hù)水平，使火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)達(dá)到RI=240，為最高風(fēng)險區(qū)。

公共活動區(qū)的火災(zāi)荷載系數(shù)HF=1.5和可燃物分布系數(shù)AF=1.8，說明該區(qū)域的可燃物較少，火災(zāi)強(qiáng)度相對較小。人員密集度系數(shù)PF=3.5，表示高密度人群活動，這增加了火災(zāi)疏散難度。防火措施減災(zāi)系數(shù)RF=0.8，顯示了較為完善的防護(hù)設(shè)備，如疏散通道和應(yīng)急出口配置合理，使火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)RI=11.8，屬于中等風(fēng)險。

停車場的火災(zāi)荷載系數(shù)HF=0.8和可燃物分布系數(shù)AF=1.2，說明該區(qū)域火災(zāi)荷載較小，主要是車輛內(nèi)的燃油和潤滑油。人員密集度系數(shù)PF=1.5，表明人員不密集。防火措施減災(zāi)系數(shù)RF=0.9，說明停車場有良好的防火設(shè)施，使火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)RI=1.6，為最低風(fēng)險區(qū)。

（二）火災(zāi)荷載與煙氣蔓延控制技術(shù)

火災(zāi)荷載是指建筑物內(nèi)可燃物在燃燒過程中釋放的總能量，一般用火災(zāi)荷載密度來衡量，即單位面積上的總能量釋放量?；馂?zāi)荷載的控制使用可控火災(zāi)荷載策略是降低火災(zāi)強(qiáng)度和煙氣蔓延速率的有效方法。建筑設(shè)計中選擇不易燃材料、減少可燃物總量、使用耐火構(gòu)件等方法來降低火災(zāi)荷載?；馂?zāi)荷載的核心在于限制可燃物總量和提高材料的耐火性，火災(zāi)荷載密度的計算可采用以下公式：

其中，q為火災(zāi)荷載密度（單位：MJ/m2），Hi為第i種可燃物的燃燒熱值（單位：MJ/kg），Mi為該可燃物的質(zhì)量（單位：kg），A為分區(qū)的建筑面積（單位：m2）。經(jīng)過計算火災(zāi)荷載密度，可以評估每個防火分區(qū)的火災(zāi)危險性，并根據(jù)評估結(jié)果調(diào)整材料和構(gòu)造方案。

煙氣被動控制技術(shù)通過設(shè)置防煙隔斷墻、阻煙帶、封閉樓梯間等，防止煙氣擴(kuò)散。這些措施可以對煙氣的流動路徑進(jìn)行限制，避免煙氣向大樓其他區(qū)域擴(kuò)散。例如，雙層阻煙帶通過頂棚或樓板縫隙對煙氣進(jìn)行有效阻隔，防止其擴(kuò)散，同時將煙氣流速控制在0.3米/秒—0.5米/秒以內(nèi)，降低了人員暴露在高濃度煙氣中的危險性?；馂?zāi)發(fā)生時，火災(zāi)探測器、排煙扇與滅火系統(tǒng)會形成聯(lián)動機(jī)制，在發(fā)現(xiàn)火情后立即啟動排煙系統(tǒng)，隨后啟動滅火系統(tǒng)，使煙氣濃度降低，溫度降低，形成多層次的安全防護(hù)。智能聯(lián)動設(shè)計促使疏散、滅火救援更有效率，提升建筑防火系統(tǒng)整體的可靠性。圖1是某購物中心自動排煙系統(tǒng)的布局。

（三）防火分區(qū)材料選擇與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

耐火磚是常用的防火墻材料，具有耐高溫、隔熱效果顯著的特點，能夠在火災(zāi)條件下維持墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.8W/（m·K），燃燒性能達(dá)到A1級別，適合在高溫環(huán)境下的長時間防護(hù)。防火涂料用于鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)，能在火災(zāi)中膨脹形成隔熱層，將結(jié)構(gòu)溫度維持在關(guān)鍵限值以下，防止結(jié)構(gòu)快速失效。防火玻璃可以用于觀景區(qū)域或分區(qū)邊界，采用多層夾膠工藝，可承受高達(dá)1000°C的溫度，提供優(yōu)良的防火與阻煙效果。

（四）防火分區(qū)材料選擇與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

耐火磚具有耐高溫、隔熱性能，并能在火災(zāi)情況下保持墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。耐火磚燃燒性能達(dá)到A1級，適用于高溫環(huán)境下的長時間保護(hù)[3]。防火涂料用于在火災(zāi)中膨脹形成隔熱保溫層，并在關(guān)鍵時刻保持結(jié)構(gòu)溫度，防止結(jié)構(gòu)迅速失效。可使用防火玻璃進(jìn)行觀景區(qū)或分區(qū)分界，使用可承受高達(dá)1000°C溫度的多層夾膠技術(shù)，提供極佳的防火和阻煙效果。

四、性能化設(shè)計的優(yōu)勢與實現(xiàn)效果

性能化防火分區(qū)設(shè)計的優(yōu)越性在于能夠按照實際建筑的特點及使用需要靈活地制定防火方案，而不是簡單地按照一個固定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行防火設(shè)計。它的最大優(yōu)點是可以按照火災(zāi)模擬、風(fēng)險評估的結(jié)果，使防火措施變得更為精確，也更加有效，從而制定出具有中國特色的防火方案。大空間建筑如展覽館或綜合體育場館，性能化設(shè)計避免了將空間簡單分隔成多個小區(qū)間。根據(jù)實際需求，合理規(guī)劃分區(qū)和設(shè)置防火隔斷，確保功能性與防火性達(dá)到最佳平衡。優(yōu)化設(shè)計后的每個分區(qū)面積可比傳統(tǒng)方案增加15%—20%，整體耐火極限維持在規(guī)定范圍內(nèi)，極大提升了空間的使用效率。

結(jié)語

結(jié)合危險性和火災(zāi)模擬，本文針對大規(guī)模建筑物防火分區(qū)的性能化設(shè)計，提出了防火分區(qū)優(yōu)化方法，并對火災(zāi)負(fù)荷、煙氣擴(kuò)散控制技術(shù)的具體執(zhí)行進(jìn)行了深度分析。通過防火物資選配及結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，使火災(zāi)荷載的管控工作得到顯著加強(qiáng)。同時，采用自動排煙系統(tǒng)、防煙隔離措施，使疏散通道的可見度和安全性得到保障。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

陸偉（1990— ），男，漢族，四川成都人，研究生，研究方向：工程技術(shù)。