关键词：大空间场所 人员疏散

    引言

    随着社会经济的飞速发展和建筑科技的长足进步，在世界各国不断涌现出具有新的设计概念和结构形式的公共建筑。其中不乏具有容积高、体量大、手法新、艺术性强等特点的各类大空间建筑，成为城市建设与发展的特色标志。以我国上海市为例，东方明珠电视塔、大剧院、图书馆、博物馆、科技城、浦东国际机场等城市标志性建筑，已成为人们观赏、娱乐、聚集的主要场所。

    大空间建筑的大量兴起，给消防设计和监督带来了一些困难。由于建筑结构的特殊性和使用功能的需要，大空间建筑难以采用适用于一般的建筑物在火灾防治方面的一些有效措施，其火灾发生时的特性和现象也与一般建筑物有所不同。为了能对具有大空间的大型公共建筑进行合理的安全防火设计及疏散模拟，必须从建筑整体性的角度以性能化的方式综合分析该类建筑的消防特性，以实现火灾情况下人员安全疏散的首要目标。

    另一方面，一些具有大空间的大型公共建筑较广泛地采用新结构、新工艺、新材料，对消防部门的行政执法提出了新的要求，使大型公共建筑消防安全面临着时代的挑战，同时也成为世界各国消防的重点和难点之一。在这种情况下，简单的按照现有的以设计参数和指标为主的消防规范标准进行防火工程设计，其科学性、合理性和经济性均存在大量有待解决的问题，难免出现达不到预期的消防安全水平，或因提供不必要的保护措施而增加建筑成本等情况。因此，针对大空间型式大型公共建筑以及其它各类新颖建筑，性能化设计方法更有利于建筑设计中为达到明确的安全目标而充分发挥设计人员的创造力，促进新思维、新技术、新工艺、新材料、新设备的发展与及时推广应用，更有利于各项防火技术的优化组合和总体防火效果的发挥，恰如其分的合理使用工程投资。

    安全疏散是建筑防火设计的关键和主要的防范目标，如果能做好这方面的设计，就从根本上解决了在火灾时火场内人们生命安全问题。在我国现行的防火规范中，对安全疏散的防火设计要求有专门的篇章。以往设计审核所遵循的是通过疏散距离、疏散楼梯形式和位置、安全出口的数量和宽度等一系列指标的核算，最终达到合理布置疏散路线的目的。对影剧院、体育馆等有固定座位的公共场所楼梯、走道、疏散门主要通过百人宽度指标、允许疏散时间来核算安全出口的疏散宽度和数量。

    随着建筑设计的发展，这些硬性指标对现代千变万化的建筑结构、错综复杂的使用功能已不能完全适用，尤其是对大多数无固定座位的场所诸如一些商场、展厅等大空间场所，人员数量难以确定，疏散出口位置难以选择，疏散距离难以控制，人群疏散所需的时间往往超过允许疏散时间等等。显然，单有疏散距离、百人指标等已知指标已不能灵活、合理的进行安全疏散的防火设计。

    一、大空间建筑的消防特性

    由于建筑结构特殊性和使用功能完整性的需要，大空间建筑在火灾防治方面的一些有效措施，其火灾发生时的特性和现象也与一般建筑物有所不同。

    1．1建筑特性

    实际的大空间建筑有很多类型，根据建筑功能分类，大致可分为三类：

    （1）展览馆、礼堂、剧场、体育馆、机场、码头、车站类建筑。该类建筑的特点是大空间四周不再有楼层，而只是在地面上有固定的看台或座位，或有人员密集活动。

    （2）中庭式共享空间建筑。该类建筑中的大空间就是中庭，在中庭的四周或部分侧面则是用于办公或商业目的的楼层。

    （3）大型购物中心、商场类建筑。该类建筑通常是每层的层高不是很高，但平面面积很大的特殊的大空间。

    通过对以上三类大空间建筑的分析不难发现，就建筑特性而言，大空间建筑通常具有很大的开敞式内部空间。此外，这类建筑多为人员密集场所，具有区域使用功能统一、空间无法分隔、疏散出口距离远等特点。

    1．2火灾特性

    燃烧特性。由于大空间建筑内部空间大，通风状态以及空间内的供氧量已不构成制约燃烧的主要因素，因而在大空间建筑内发生火灾时，燃烧可以不受限制的稳定扩大，并与燃烧物的燃烧速率有关（Q=at2 ）,通常为燃料控制型燃烧。

    烟气特点。（1）烟气分布特性。通常情况下，大空间建筑内火灾烟气具有层化分布的特点，且烟气量产生的大小主要取决于燃烧材料的性质和燃烧状态，与楼层面积或防火单元大小无直接关系，除非它们影响火势的大小和烟气上升的高度。通常要求按楼层面积一定百分比来确定排烟口面积或每小时换气次数的简单方法，理由并不充分。

    （2）烟气温度特性。火灾发生时，相对于普通建筑物内几百度的高温热烟气，大空间建筑内顶部最初的烟气层的温度大大降低。功率为几百千瓦的火灾，其烟气层温度只升高了几度。即使功率增大到几个兆瓦，火灾烟气的温度也仅升高二、三十度。因此，在大空间建筑内发生火灾时，烟气的危害主要来自于其毒性和遮光性。

    （3）烟气蔓延特性。在具有中庭的大空间建筑内一旦发生火灾，由于中庭没有分隔物，烟气上升速度极快，并进一步形成烟气层。烟气在大空间建筑内会降温并失去它的浮力，因而烟气层的下降速度也极快。相关实验表明，在中型功率（几百千瓦）火强度条件下约10分钟就到了对人构成危害的高度。在一个1.6MW左右的功率下只有2分钟左右。

    1．3人员特性

    各类大空间人员聚集场所无论其使用功能如何，其中人员可分为两类：一是工作人员。其人员相对固定，对建筑情况比较熟悉，万一有紧急情况，疏散较易；另一类是占大部分的使用人员。如展览馆的参展人员和参观人员、商场的顾客、机场的乘客等。他们对疏散路线、消防设备、应急措施不了解，疏散困难，特别是对于中庭式建筑，往往采用防火卷帘与周围空间进行分隔，火灾情况下卷帘下降，更易引起人员恐慌心理，极易产生拥挤。加之大空间建筑烟气扩散迅速，因而人员疏散难度较大。

    二、常规消防设施的应用效果存在不足

    （1）由于大空间建筑内烟气层的温度远远低于通常所用接触式感温控制器的启动温度，对于火灾的早期探测报警，应探求新的探测手段和方法。

    （2）由于高度的原因，常用的洒水灭火装置不能发挥有效的灭火功能。

    （3）由于大空间建筑自身特点，致使常用的防火防烟分区这一控制火势与烟气蔓延的主要手段难以在大空间使用。“处方式”规范条文已限制了建筑物的使用功能，在科学性、合理性、经济性等方面都表现出一些弊端。对于大空间场所而言，固定隔断限定了使用面积的完整性，而活动的隔断必须与火灾自动报警系统联动，火灾时发挥防火分隔的作用，无疑系统将非常复杂，增加了许多环节。满足了消防规范的要求，就难以实现建筑物的使用功能。

    （4）大空间场所常被用作展览、销售、演出场所，由于功能需要常有支架、标语、广告牌等内容物、所有的关于设置疏散标志数量、位置的条文规定都是建立在场所空置的前提下的，此时，所有的出口及其标志都是清晰可见的。然而使用期间的这些内容物会阻碍和干扰人们的视线，使大部分出口标志模糊难辨。当发生突发火灾时，由于色彩和灯光的干扰导致指向出口指示的缺乏，会使人们迷失逃生方向，其结果人们就不能按紧急疏散方案中所假定的那样反应和动作。

    另外，大空间场所的使用条件具有可变性，其临时设施或隔断的布置情况往往随展览、演出等更换而变化。这会改变疏散距离和出入口的结构，疏散场景也因此发生变化。

    由于大空间与一般建筑在火灾现象方面存在较大差异。因而必须以整体分析大空间建筑发生火灾时所具有的性能特性为出发点，进而实施疏散系统安全设计。

    三、改善大空间场所安全系统的几点建议

    一是寻求适合大空间场所火灾报警的探测器，减小报警时间

    由于大空间场所建筑特征（空间结构和尺寸）、烟气特征及其他因素（空气流速、粉尘、温湿度等）的影响，常规火灾探测器很难应用。因此必须寻求其它更适合的探测器。

    红外光束感烟探测器．普通的感烟探测器有效最大净空高度只有6m，而且烟气必须进入采样室，经过分析判断后才报警，而红外光束感烟探测器是利用烟颗粒具有遮光作用制成的，只要接收到的光强发生变化，就会报警。在GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》中也指出，无遮拦的大空间场所宜选用红外光束感烟探测器。两组相邻红外光束感烟探测器的水平距离达14m，发生器和接受器的距离达100m，距地高度为20m。可见，这种探测器保护面积大、报警迅速、安装位置较高，比较适合于大空间场所。但是，红外光束感烟探测器的接受器和发生器之间不能有遮挡物，否则会引起误报，这对于应用于展品堆积较高的展厅是一个障碍。另外，如果安装在钢结构上，由于热胀冷缩的原因，钢结构的变形比较大，稍有偏差接受器就会接受不到发生器发出的光信号，也会引起误报。

    空气采样火灾探测器．普通的感烟探测器是烟上升到顶棚才发出报警信号，但是在可见烟之前的阴燃阶段却无法感知火灾。空气采样火灾探测器主动抽取空气的成分进入激光分析器进行测量判断是否发生了火灾。保护区域最大达2000m2 ，探测距离为200m，使用于大空间场所的火灾探测。

    双波段火灾探测器．双波段火灾探测器是一种火焰探测器，它可采集可见光（波段400-700nm）、红外线（波段800-1200nm）。由于探测波段广，波长长，所以可安装在距离火焰较远的地方，适用于大面积和大空间的火灾探测。但是这种探测器的灵敏度不是很高。

    二是改进疏散诱导系统环境，减小疏散延迟时间

    通过引入附加措施以改善疏散诱导系统环境，使火灾中人们由于方向迷失所造成的延迟时间达到最小化。

    附加措施设置原则：

    （1）场所固有的内部样貌不能有大的变化，附加措施不能影响或减小固有指示标志的效率。

    （2）所采用的附加措施必须是灵活的，可适用于不同的场景布置。大空间中的展览、演出等变动较为频繁，而且最终样貌要直至开始前的很短时间才可能完全确定下来。只有那时才能确定是否有必要加入附加措施并确定其位置。因此，理想的材料和设备应该是适于快速安装和改变的。

    （3）应确认沿设有出口的外围墙留有无阻碍的条形或环形通道。当出口标志和门在展厅内某一点处不可见时，一旦人员到达任何一条通道，所有的标志和门均可见。任何附加措施的首要目标必须指引公众到达这个区域。

    指示标志可能的类型及有关建议

    人员聚集场所相比使用者是永久或半永久的住宅建筑而言，指示标志更为重要。

    (1)出口标志常规设置部位是在墙上。固有的标志位于出口门上方的墙上，有时并不能完全可见。然而墙体仍然是附加指示标志设置的适合媒介。当各类内置物可能阻碍地板上某点到墙体的视线时，在大部分墙体上仍是留有大面积可见区域的。因此，大空间场所可设置带滑轨的大尺寸出口标志。

    （2）顶棚也可以是设置出口指示的附加媒介。使进入场所的使用人员对出口布置有初始印象。然而，烟气层发展分析指出所有顶棚区域会在少于8分钟的时间内被烟气覆盖，具体时间长短取决于火灾类型。因此，设置在顶棚的任何标志在火灾发生后都是无用的。

    （３）一旦完成内置物的放置，剩余的地板面积可以设置附加指示标志。出口标志邻近或直接设在地面上会增加安全性，其材料应是轻便、灵活、可变的。可采用带有荧光指示的防滑垫。

    新型涂料技术的发展使荧光涂料可能应用于任何类型的表面。早期的荧光涂料不能提供高亮度并且发光时间有所限制。新型涂料不仅提供了较高的亮度（超过700mcd/m2），而且持续时间达到24h。荧光标志在典型浓度的烟气下（小于0.7m-1）。其识别距离与电照明标志是一样的。因此设置在地板上的标志在疏散期间不会受烟气影响。

    三是选用适合大空间场所的自动灭火设施，延长允许疏散时间

    在建筑火灾人员疏散中，如果能够控制火灾的大小，就能有效地进行人员安全疏散。因此增强灭火能力也是改善疏散条件的有效途径之一。然而，根据GB50084-2001《自动喷水灭火系统设计规范》，常见的闭式喷水灭火系统最大净空高度值为8m，对大空间建筑难以正常发挥作用。目前大多大空间建筑基本上未采取有效的措施，只是靠防火分隔物将火灾限定在一定的范围内，或者靠消防队救援，采用消防车加压供水灭火。

    采用雨淋系统。在GB50084-2001 《自动喷水灭火系统设计规范》中指出，水平快速蔓延的火灾和净空高度大于8m的场所，雨淋系统是灭火设施中的一种选择。雨淋系统是一种开式系统，一旦确认火灾雨淋阀启动，阀后的所有喷头就可充水喷水。对于大空间场所只要有足够的雨淋阀和开式喷头就可实现喷水全保护。只是每个雨淋阀的作用面积、雨淋阀的个数的选择应根据实际情况综合考虑。然而，1个雨淋阀的作用面积相对大空间的一个防火分区来讲总是很小的。因此采用雨淋系统时雨淋阀的数量及用水量是相当多的。所以应考虑：

    （1）雨淋系统受火灾自动报警系统控制，需经确认火灾后才能启动雨淋阀，所以雨淋系统能否正常工作依赖报警系统的情况，增加了火灾确认环节，因此报警系统必须确保正常。

    （2）火灾报警系统中每个探测区域不宜过大，以减少与其联动的雨淋阀个数，并减少整个系统的用水量。

    （3） 对于净空高度远高于8m且防火分区面积又很大的展厅，可考虑雨淋系统与水炮系统相结合的方案。

    采用水炮系统。在日本、德国等国家，大空间场所的灭火往往采用水炮系统，如日本的关西机场、体育馆等都采用了水炮灭火。由于该种产品价格昂贵，在我国的使用受到了一定的限制。目前国内已研制出可与火灾自动报警系统联动的水炮，它能通过火灾自动报警系统探测到着火点的位置，提供火源坐标，通过串口通讯联动水炮对准火源进行自动扑救。但是在选用水炮进行灭火时，内置物不能堆积过高，否则会影响灭火效果。

    四、结语

    本文以整体分析大空间建筑发生火灾时所具有的性能特点为出发点，考虑适用于大空间场所的人员安全疏散体系。然而，单纯依靠数学模型和专家系统、模拟系统来进行研究，其结果与实际情况相差较大。因此采用适当的定性和定量分析方法、现场调查、实验模拟，将人的行为因素结合入疏散模型中，得出更性能化的评价标准，才是更为可行的方法。