天津时时彩:凱時_凱時官網

您現在的位置:天津时时彩 > 消防科普 > 學術交流 > 正文

學術交流

蘭州中川機場新航站樓性能化防火設計
2012-03-08 10:27:36   來源:   

牛小強

(蘭州市公安消防支隊  甘肅  蘭州730010)

 

摘要:介紹蘭州蘭州中川機場新航站樓應用性能化防火設計解決防火分區面積過大、安全疏散過長等問題,保證消防安全。設計10個火災場景,以EVACNET4軟件模擬航站樓各部分人員疏散時間;以FDS模擬煙氣運動,得到可用疏散時間。經模擬分析,各場景下均能安全疏散。設計2個場景模擬頂棚及幕墻鋼結構的防火安全性。結果顯示,在現有的防火安全條件下,火災不會影響鋼結構的安全。建議部分鋼結構使用薄型防火涂料進行防火?;?。

關鍵詞:機場航站樓;防火分區;疏散距離;鋼結構;性能化防火設計

1 前言

    大型航站樓根據其使用功能和流程要求,在建筑設計上通常采用大跨度高大空間結構,具有空間設計復雜、空間之間開敞連通的特點,不易形成防火分區分隔,尤其是辦票大廳和候機廳建筑空間高,單層面積大,步行距離長,因其功能需要常常作為一個防火分區考慮,因而帶來防火分區超大、疏散距離超長等問題,難以達到防火規范規定的要求。筆者根據消防安全工程學原理,以蘭州中川機場新航站樓為例,采用性能化設計的方法對防火分區、人員安全疏散、火災煙氣蔓延、鋼結構安全、消防設施配置等進行模擬分析,并優化完善其防火設計。

2 機場航站樓概況

    

    蘭州中川機場新航站樓建筑面積6.3萬㎡,建設選址位于現航站樓南側,采用兩層(局部設夾層)的T型指廊式構型。航站樓結構形式為:下部鋼筋混凝土框架結構,上部鋼結構,屋面鋼網架結構;主樓局部最高點建筑高度42.6m,最低點22.46m;指廊檐口高度27.1m,指廊最高點高度28.1m。新建航站樓全部作為國內候機使用,一層為到達層建筑面積27692m2,主要功能為行李提取廳、行李分揀廳、遠機位候機廳、迎客大廳、設備用房、辦公用房等;夾層建筑面積5075m2,為到達通道、中轉廳及設備管廊;二層為出發層,建筑面積 25937m2,主要功能有辦票大廳、安檢區、近機位候機廳以及商業夾層。老航站樓一層局部改建為國內貴賓候機廳,二層局部改建為新老航站樓連廊。地下室及交通銜接廳建筑面積4259m2,主要為航站樓與綜合交通之間銜接的通道,主要功能有銜接通道、設備用房及部分商業設施。

3 需要性能化設計解決的問題

    蘭州中川機場新航站樓與國內所有規模類似的機場一樣,建筑規模較大、功能復雜,且有較大的尺度空間,難以完全套用常規的消防規范來解決和處理消防問題。首先航站樓出發大廳旅客從辦票、托運行李、通過安檢到候機廳登機的整個過程,檢查程序連續且有嚴格劃分的隔離區和非隔離區,對消防安全來講,加大了離港出發層防火分區的面積和疏散的距離。其次,為了滿足航站樓高峰小時旅客流量容納空間及航站樓工藝流程的連續性,要求建筑采用開敞大廳、空間流動和導向的建筑空間劃分方式,本工程建筑設計最大防火分區面積達到了3.7萬m2,致使航站樓離港出發層的建筑面積遠遠超出了現行建筑設計防火規范的防火分區面積限值。而工藝流程的特殊性又要求空間的連續性和流動性,因此無法按一般的防火設計規范要求來劃分防火分區。通過建筑性能化防火設計解決以上防火分區、安全疏散、煙氣控制、結構?;?、消防設施配置等方面的消防安全難題,成為國內通行的解決方法,根據航站樓建筑的結構、功能、工藝流程和內部可燃物等實際情況,結合建筑空間的組織、大空間疏散路線及疏散出口設置,優化完善消防報警和消防控制系統、疏散指示系統、自動滅火系統和防煙排煙系統等技術手段,構建本工程消防安全體系。

3.1 防火分區面積過大

    中川機場新航站樓設計將出發離港層與到港通道劃分將為一個防火分區,建筑面積37835m2,行李分揀廳與行李提取廳、迎客大廳為一個防火分區,航站樓部分地下室及交通銜接廳作為獨立的防火分區。這三部分防火分區均超過了《建筑設計防火規范》(GB50016-2006)(以下簡稱“建規”)防火分區允許最大面積為2500m2的規定。

3.2 安全疏散疏散距離過長

    航站樓出發大廳為滿足旅客辦票、托運行李、安檢、候機、登機的功能需要,離港出發層、行李提取廳的疏散距離超過國家建設工程消防技術標準規范30m限值上限,出發大廳內距安全出口最遠點的疏散距離達到60m(建規5.3.13條規定:建筑內的觀眾廳、多功能廳、餐廳 、營業廳和閱覽室等,其室內任何一點至最近安全出口的直線距離不宜大于30m)。

3.3 防煙分區面積過大

    航站樓出發大廳高度均大于6m,沒有劃分防煙分區,且不具備自然排煙條件(高度大于12m或者自然排煙口距該防煙分區最遠點的水平距離超過30m)。整個大廳作為一個防煙分區,排煙量大,火災時需要開啟大廳內全部排煙風機,能源消耗量大。

3.4 采用大量明鋼結構

    新航站樓的建筑頂部和側面使用了大量的裸露的明鋼結構,主要分為屋頂鋼網架和側面鋼支柱兩個部分,大面積使用鋼結構材料也是性能化設計要考慮的問題。

4 性能化設計解決方案

4.1 出發離港層與到港通道

    針對新航站樓出發離港層與到港通道防火分區面積過大、并且疏散距離過長的的問題:性能化設計提出了“亞安全區”的概念,“亞安全區”成立需要通過合理消防設計,控制其他區域所產生的煙氣不進入“亞安全區”,禁止在此區域內布置營業網點和進行商業活動,利用場模擬軟件模擬在此設計條件下能否滿足人員疏散的要求。

4.2 行李分揀廳與行李提取廳、迎客大廳

    針對新航站樓行李分揀廳與行李提取廳、迎客大廳防火分區面積過大、疏散距離過長的的問題:性能化設計考慮大廳蓄煙能力(大廳層高達7.8m)和自動消防設失施效的極端情況,利用場景模擬軟件FDS對各火災場景的煙氣流動進行定量模擬分析,量化煙氣危來臨時間,與人員疏散模擬分析結果進行對比,不斷調整防火分隔方式和消防設施的設置,直到滿足人員安全疏散條件為止。

4.3 地下室及交通銜接廳

    針對新航站樓地下室及地下交通銜接廳防火分區面積過大、疏散距離過長的的問題:調整地下室部分區域的使用功能,將部分公共活動用房改為設備用房,使防火分區面積和疏散距離符合建規要求。

4.4 建筑頂部和側面

    針對新航站樓的建筑頂部和側面使用了大量的裸露的明鋼結構的問題:性能化設計對鋼結構周圍空間進行危險源分析研究,采用場模擬和經驗公式計算的方式進行定量分析,根據分析結果確定鋼結構的?;し絞?、部位和耐火極限,如果分析結果達到安全指標,則可不做進一步?;?。

5 火災場景的設置

    本計算對象為出發離港層辦票大廳、候機廳、行李分揀廳、行李提取廳、迎客大廳、航站樓部分地下室及交通銜接廳等,在設計火災場景時,選擇火災危害較大且最有可能發生的火災場景作為計算火災場景,應具有代表性。性能化設計提出的解決方案考慮了起火點處的火災荷載和起火點直接封堵疏散出口,使人員因心理作用向背離起火點方向疏散的情況,共設計了10個最快達到危險狀態的典型火災場景,見表1。

表1 火災場景設計

場景號

樓層

功能

可燃物

火災規模/MW

火災類型

備  注

1

遠機位候機廳

商品、貨架等

6.0

快速火

自動滅火系統失效

2

行李分揀廳

行李

20.0

快速火

3

行李提取廳

行李 

8.0

快速火

4

國內到達大廳

商品、貨架等

8.3

快速火

5

2

到港通道

雜物、紙簍等

2.5

快速火

6

3

辦票大廳

行李

8.0

快速火

7

3

近機位候機廳

商品、貨架等

6.0

快速火

8

3

候機廳貴賓室

桌椅、沙發等

12.0

快速火

9

-1

交通銜接廳

商品、貨架等

9.0

快速火

10

-1

地下銜接通道

雜物、紙簍等

2.5

快速火

6 人員安全疏散設計模擬分析

6.1 人員疏散安全判定準則

    人員疏散安全具體判定準則是如果人員疏散時間(RSET)小于安全疏散時間(ASET),則疏散是安全的,疏散設計合理;反之則不安全,需要修改設計。

6.1 人員疏散時間(RSET)EVACNET4模擬

    本次人員疏散時間計算采用美國佛羅里達大學的凱斯庫(Kisko)等人開發的EVACNET4人員疏散計算模型。該軟件對建筑劃分網格,根據建筑實際位置用弧線連接而建立網絡模型。通過計算可以模擬出人員疏散過程,獲得人員疏散到安全區或亞安全區的時間。

    以疏散情況較為復雜的候機廳貴賓室(場景8)為例,根據機場設計高峰小時旅客吞吐量2616人次確定疏散人流數量,設計疏散人數為1244人/h。

    設計疏散路線:候機廳一部分人員利用9部樓梯疏散,另一部分人員通過9部登機橋通道疏散到一層室外,其余部分人員通過陸側安檢,經過大廳可直接疏散到引橋外門,引橋外的平臺和登機橋可以視為室外安全區域。

    軟件模擬計算結果顯示該場景下人員全部疏散完畢所需時間為450s,考慮240s的人員疏散準備時間(火災報警時間與疏散預動時間之和)及1.5倍安全系數,候機廳發生火災時,人員全部安全疏散完畢時間為915s。10個場景的人員疏散時間見表2。

表2 各場景的人員疏散時間

場景號

起火位置

火災報警時間/s

疏散預動時間/s

疏散運動時間/s

疏散總時間/s

1

遠機位候機廳

180

90

260

660

2

行李分揀廳

180

80

360

800

3

行李提取廳

200 

120

300

770

4

國內到達大廳

180

120

240

660

5

到港通道

180

120

250

675

6

辦票大廳

180

90

240

530

7

近機位候機廳

150

90

420

870

8

候機廳貴賓室

150

90

450

915

9

交通銜接廳

180

120

400

900

10

地下銜接通道

180

90

420

900

7 煙氣控制系統模擬分析

7.1 人員生命安全判定

    煙氣對人生命安全的影響指標主要包括煙氣層高度、煙氣溫度、煙氣毒性和能見度。設定安全判定為:清晰高度以上空間內煙氣平均溫度不大于180℃;清晰高度以下空間內煙氣平均溫度不大于50℃,能見度不低于10m。大廳的煙氣層最小清晰高度Hq=1.6+0.1H(H為排煙空間的建筑凈高度)。計算得出,候機大廳Hq取4m,出發大廳Hq取5.6m、地下層Hq取2.0m。

7.2 安全疏散時間(ASET)FDS模擬

    以場景8為例,在設置的排煙條件下,候機廳貴賓室發生12MW快速火,取高度4m的煙氣橫截面和縱剖面進行溫度場圖和能見度云圖分析發現:候機廳貴賓室發生火情后,產生大量高溫煙氣,一部分通過自然排煙口排出室外,另一部分在頂棚蓄積并沉降,在1130s時在4m高度開始有部分煙氣能見度小于10m;溫度場分布以著火點為中心呈溫度輻射降低狀態,1130s時候機廳除著火點外其余部分4m高度處溫度均小于50℃。因此可以認為該場景ASET為1130s,面該場景下REST為915s,人員可以安全疏散。10個場景的人員疏散時間與安全疏散時間對比見表3。

表3 各場景REST和ASET對比

 

場景1

場景2

場景3

場景4

場景5

場景6

場景7

場景8

場景9

場景10

REST/s

660

800

770

660

675

530

870

915

900

900

ASET/s

980

1150

910

800

935

855

1320

1130

1375

1350

安全余度/s

320

350

140

140

260

325

450

215

475

475

8 鋼結構?;つD夥治?/p>

8.1 鋼結構安全判據

    鋼結構安全判據為:如果火災下鋼結構可能達到的最高溫度小于其設定臨界溫度,則可以不采取防火?;ご朧?;否則,應進行防火?;?。根據實驗研究,建筑鋼材的臨界失效溫度為537℃。在該溫度下,鋼的屈服應力將會降低到其正常值的60%。當鋼材的溫度小于300℃時,其強度下降較小,而超過300℃以后,強度下降較為迅速。從保守安全角度出發,選取300℃作為鋼結構安全判據的溫度指標。

7.2 鋼結構耐火性能FDS模擬

    設置兩處火災場景:場景1,二層辦票大廳內辦票島處發生火災,火源位置A處的屋頂鋼結構件距離火源最近;場景2,候機廳中部商店內可燃商品發生火災,火源位置B處的屋頂鋼結構件距離火源最近。2個場景采用FDS模擬計算結果匯總表見表4。

表4 火災中最不利條件下屋頂鋼構件的溫度

火源位置

A

B

火災最大規模/MW

6.0

18.0

屋頂最低點鋼結構高度/m

19.6

13.0

屋頂最低點鋼結構與火源距離/m

20.8

11.0

平均火焰高度/m

3.39

5.23

屋頂最低點鋼構件溫度/℃

72.8

231.6

    從模擬結果可以看出,火源位置A、B兩處屋頂在2400s內基本保持在250℃以內,并且溫度隨時間的變化不明顯,即該火源對頂部屋面鋼結構不會造成破壞。分析其原因,候機廳為大空間結構,發生火災時煙氣很快到達屋頂,并繼續向四周頂棚更高的位置處擴散,煙氣蔓延空間很大,基本很難在火源的正上方形成一個輻射量很強的熱煙氣層,因此火源正上方溫度很難達到一個較高值??悸塹交鷓娓叨?,距樓面高度大于8m的屋頂鋼桁架可不進行防火?;?。

9 性能化設計結論

(1)防火分區、安全疏散的性能化設計方案。通過對10個典型火災場景的模擬分析發現,在火災探測報警系統正常工作的情況下,人員疏散時間小于安全疏散時間,且有大于140s以上安全余度,說明性能化設計方案是可行的,能夠達到設定的防火安全目標。

(2)航站樓大面積高大空間設計,能夠有效地起到蓄煙和稀釋作用,10m以上的空間高度減緩了煙氣沉降到人體高度的速度,直到模擬結束仍未達到威脅人員安全的極限條件,有利于人員的疏散逃生。

(3)鋼結構的性能化設計方案。通過對兩個典型部位火災場景的模擬分析發現,在現有的防火安全條件下,火災不會影響到鋼結構的安全,航站樓鋼柱部分8m以下需涂刷薄型防火涂料進行防火?;?,8m以上僅作防腐防銹處理。

(4)航站樓單層面積大,疏散距離長,旅客心理壓力大較大,增加了疏散過程中發生如人流交叉擁堵、踩踏等事故的可能性。受目前疏散模擬軟件功能的限制,本次疏散模擬忽略了人員的心理狀態以及可能的偶然突發事件對疏散過程的影響。而從模擬的結果來看,人員疏散時間超過了15min,較長的疏散時間增加了發生事故的可能性。因此,疏散過程中機場人員對旅客人群的組織指揮,保持人群心理穩定,確定合理的人流疏散方向,是相當重要。

 

    作者簡介: 牛小強,男,甘肅省蘭州市公安消防支隊建筑審核科高級工程師,工程碩士,主要從事建筑工程消防監督管理工作,蘭州市城關區均家灘364號,730010。聯系電話:0931-4605858、13893227289

 

參考文獻

[1]GB 50016-2005. 建筑設計防火規范[S]

[2] GB 50045-95. 高層民用建筑設計防火規范[S]

[3]朱蕾.大型航站樓的消防設計探討[J].消防科學與技術,2008.27(11):807-809

[4]劉菲.上海自然博物館消防設計特點淺析[J].消防技術與產品信息量.2011.9:26-30.

[5]喬旭,劉志強,姜明理,刑玉軍.某機場航站樓鋼結構火災安全性評估[J].消防科學與技術,2010,8:119-121.

[6]許劍方.福州海峽國際會展中心性能化防火設計與分析[J].消防科學與技術,2010,8:109-112.

相關熱詞搜索:蘭州 中川 機場

上一篇:關于建設城市應急救援呼叫中心的幾點分析
下一篇:消防行政處罰 “分別決定、合并執行”實際應用中存在的問題及解決的思考

分享到: 收藏
{ganrao}