某商业综合楼改建工程消防性能化分析
董明华
（东莞公安消防支队政治处，广东 东莞）
摘要：随着经济的快速发展，人们对生活需求不断提高，为适应现代化社会人们的娱乐需求，提高商场功能的多样化，往往需要在原有设计上对商业综合体进行改建。当前商业综合体一般通过性能化防火设计方法解决防火分区面积过大、疏散距离过程等问题，一旦改建需要论证改建工程对原性能化评估结论的影响。本文以某商业综合体为研究对象，结合图纸，依据相关消防技术规范，对其五层宴会厅改建成溜冰场的可行性进行研究。依据消防安全设计原则，考虑火灾发生、发展和蔓延基本规律，针对改建后存在的建筑高度局部加高至8m，不能依据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）进行审核及其对原建筑设计的影响等问题，进行火灾场景设计，并运用火灾模拟软件FDS 5.0和疏散软件building EXODUS v4.0对火灾烟气流动和人员疏散进行模拟，最后说明该改建工程的可行性。
关键词：人员疏散；性能化消防设计；火灾场景设计；FDS
1 引言
近年来，随着国内经济的持续快速发展以及人们生活需求的不断提高，集餐饮，购物，娱乐功能于一身的新兴商业综合体迅速崛起，由于其符合现代城市居民的消费主张，迅速成为拉动城市经济增长的关键因素。目前商业综合体由于其特殊使用功能的需要，存在防火分区面积过大、疏散距离过长、部分疏散楼梯不能直通室外等问题，一般通过性能化防火设计方法论证分析，探讨其消防解决方案［1～3］。
在项目的性能化评估报告中，一般都会特别说明报告研究内容仅针对目前的建筑设计、结构、功能、人员密度火灾荷载及消防设施进行性能化设计及评估分析研究，一旦对原建筑设计进行调整，则原性能化评估报告不再适用。对于大型多功能商业综合体，如若需对原设计进行修改调整，导致其建筑结构或功能用途发生改变，则针对改建后工程重新进行性能化评估，分析论证模拟结果，确定改建工程是否可行是保证工程消防安全的途径。
本文的研究对象为某商业综合体，针对其设计中存在的防火分区面积过大、疏散距离过长、部分疏散楼梯不能直通室外等问题已开展性能化评估，并召开了专家论证会，确定了该建筑的消防设计方案。
为适应现代化社会人们的娱乐需求，提高商场功能的多样化，现该工程欲将五层中餐厅改为溜冰场。溜冰场对整体形象的提升和人气的积聚等具良好的效果。但更改的设计方案即溜冰场本身是否安全，以及是否会对原性能化设计结论造成影响都需进一步研究探讨，为了保证更改方案的消防安全，需重新对该工程进行性能化评估。
2 项目概况
某商业综合楼主体结构为地上五层、地下一层（包括2座室外商铺、室内商业街商铺及商场区域），主体原设计建筑高度为23.75m，改建后溜冰场局部高度加高到26.5m，总建筑面积为126438.6m2，地上建筑面积为94174.34m2、地下建筑面积为32264.3m2，效果图如图1所示。其中地下一层为Ⅰ类汽车库及超市，地上一至五层商业部分包含百货商场及商铺，地上四层、五层设置营业性健身场所及娱乐放映场所。
图1 某商业综合体效果图
3 存在的消防安全问题
某商业综合体1号楼的设计中存在室内步行街防火分区面积过大、部分影厅面积过大等不符合现行国家消防技术规范要求等问题，已通过性能化防火设计方法进行论证解决［4，5］。
为适应现代化社会人们的娱乐需求，提高商场功能的多样化，现该工程欲将五层中餐厅改为溜冰场。溜冰场对整体形象的提升和人气的积聚等具良好的效果但工程中由于将中餐厅改建成溜冰场，局部建筑结构发生了变化，另因溜冰运动的特殊性，在溜冰场内运动的人员都穿冰鞋增大了人员安全疏散的难度。由于冰上运动要求有足够的活动空间，溜冰场的真冰区域800m2建筑面积不符合《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）（以下简称《建规》）第5.1.15条要求的每个厅、室的建筑面积不大于200m2的规定。
此外，还需对改建溜冰场后涉及的溜冰场本身是否安全、是否会对原性能化设计结论造成影响、建筑高度超过24m依照《建规》要求设计是否可行等问题进行分析，具体如下。
（1）溜冰场的防火设计方案。目前还未有规范对溜冰场的性质和防火设计进行规定，因此，需明确溜冰场的使用性质，确定疏散人数和安全系数，从而进一步确定其应采取的防火设计方案，确保溜冰场本身的消防安全。
（2）溜冰场改建工程对原性能化设计的影响。原设计中餐厅为公众聚集场所，其疏散人数按照可提供用餐座位数加服务人员并考虑一定安全系数进行确定，而更改设计后的疏散设计是否合理需要根据溜冰场的性质进行确定。同时，由于五层疏散人数的变化，对整栋楼的必需安全疏散时间将产生影响，从而可能影响原性能化设计结论。
（3）溜冰场局部高度超过24m的可行性。该建筑原设计高度23.75m，属于低多层民用建筑，溜冰场位置原设计使用性质为宴会厅，为满足人们对运动、娱乐的更高需求，将原设计变更为溜冰场，同时为满足溜冰场对层高的要求，溜冰场冰面上空钢网架结构进行了局部加高，高度达到26.5m，由于其高度超过24m，应按《建筑设计防火规范》的要求设计，但如此会带来整栋建筑消防设计的改变，使改建工程大大复杂化。是否可在不改变该建筑原有设计的基础上，局部加高溜冰场高度，需对其可行性进行论证。
4 消防设计方案的可行性论证
4.1 溜冰场使用性质的确定
随着现代化的发展，人们生活水平的逐步提高，为满足人们对运动、娱乐的更高需求，许多商业中心纷纷修建了室内真冰溜冰场，这无疑丰富了人们的休闲娱乐生活，但也对商业中心的消防安全提出了更高的要求，但该类溜冰场主要用于娱乐和健身。
根据《中华人民共和国消防法》、《公共娱乐场所消防安全管理规定》（公安部第39号令）、《消防监督检查规定》（公安部第120号令）等对人员密集场所、公众聚集场所及公共娱乐场所的定义对溜冰场的性质进行明确。
从相关规定的定义来看，溜冰场应属于营业性健身、休闲场所，即公共娱乐场所，但溜冰场面积的一半以上为冰面覆盖，火灾荷载较小、相比改建前其火灾危险性要更小，同时溜冰场具有相近于体育场馆的使用性质，因此，按公众聚集场所对其进行消防设计，并且由于其建筑特殊性，局部加高消防设计要求是可行的。目前在溜冰场设计方面采取的措施如下。
（1）溜冰场的辅助用房（教练室、换鞋室等）设置自动报警系统、自动喷水灭火系统及自然排烟系统。
（2）溜冰场的制冰设备房、空调机房设置自动报警系统，采用甲级防火门。
（3）溜冰场冰面上方设置机械排烟系统，设3个排烟口，每个排烟口排烟量为3.14×104m3/h。
同时，要保证溜冰场本身的安全性，还需通过对改建工程进行分析计算，将各火灾场景烟气流动模拟得到的可用安全疏散时间（ASET）与必需疏散时间（RSET）进行比较，若可用安全疏散时间大于必需疏散时间，则溜冰场设计是安全的，反之，证明该设计无法保证人员安全疏散。
4.2 溜冰场设计对原性能化设计结论的影响
原性能化设计中餐厅为公众聚集场所，疏散人数依照《建规》第5.5.21条计算。改建成溜冰场后，其疏散人数必定发生改变，疏散人数的变化势必造成的必需疏散时间（RSET）的改变。
因此，需对原性能化设计中疏散场景进行重新模拟计算［6，7］，即对改建后的工程重新建立模型，并设定火灾场景，将各火灾场景烟气流动模拟得到的可用安全疏散时间（ASET）与原性能化得到的数据进行对比，判断更改设计对原性能化设计结论的影响，若改建溜冰场后其模拟结果得到可用安全疏散时间大于必需疏散时间且大于或等于原性能化评估得到可用安全疏散时间，即可证明溜冰场设计对原性能化设计无影响，反之，则对原性能化设计有影响。
4.3 溜冰场局部加高的可行性
溜冰场部位原设计高度23.6m，为低多层民用建筑，依照《建规》进行审核。为满足溜冰场对层高的要求，溜冰场冰面上空钢网架结构进行了局部加高，高度达到26.5m，超过24m，应依照《建规》进行审核。但高度的变化会对火灾烟气输运规律产生影响，本文通过设计同一区域不同高度的火灾场景，即改建前5.1m和改建溜冰场后8m的建筑高度，将烟气流动模拟得到的可用安全疏散时间（ASET）进行比较，分析高度变化对可用安全疏散时间的影响，从而确定溜冰场局部加高对火灾危险性的影响，进而确定依照《建规》审核的可行性。
4.4 初步解决方案
采用性能化的消防设计理念和方法对该改建工程进行评估，通过对改建后溜冰场火灾危险源、火灾烟气流动规律、疏散分析，结合现行国家规范及国外权威文献资料，分析论证本项目各消防系统设计合理性，提出对策方案，以保证项目消防安全目标的实现。
5.火灾场景设计及模拟分析
本项目在评估过程中采用通常的性能化判定目标及判定标准。设计火灾场景时包括火源的位置、火灾功率、火灾增长系数、消防设施动作情况等，最终设计得到的火灾场景情况如表1所示。之后使用FDS火灾动力学软件对各个场景的火灾及烟气发展蔓延情况进行了模拟分析，结合判定标准可以得到可用安全疏散时间TASET。
表1 火灾场景分析汇总表
6 人员疏散分析
6.1 改建工程的人员疏散分析
本建筑五层防火分区1的主使用性质为溜冰场和商场，溜冰场真冰部分疏散人数按设计值确定，同时根据冰场人员管理规定，限制每名滑冰者陪同等候人数不大于1人，并考虑了一定的服务人员，确定溜冰场其他区域疏散人数；商场部分按《建规》5.3.17条规定计算出的各商业区域人数。疏散人数见表2。
表2 各场景疏散人数统计
报警时间TA设为60s，考虑到溜冰场内人员疏散时需要换鞋，将人员响应时间设为120s，人员疏散行动时间使用Building EXODUS模拟计算。
将本项目五层通过计算机人员疏散模拟软件进行计算得到的所需的安全疏散时间（TRSET），与各火灾场景下的环境可提供安全时间（TASET）进行比较，以判断建筑五层内人员疏散的安全性，如表3所示。
表3 人员疏散安全性判定
模拟结果显示，火灾场景A，在自喷失效、排烟有效以及二者均失效的两种情况下，必需疏散时间大于可用疏散时间，人员无法安全疏散。但综合A、B两个火灾场景的模拟结果，自动喷水灭火系统和机械排烟系统中任何一种系统起效时，都能有效的延长人员可利用疏散时间，两者都失效的情况下导致必需安全疏散时间与可用安全疏散时间比较接近，安全余量较小。因此，应加强对消防系统的维护保养，以保证火灾时消防设施能有效启动。
6.2 改建工程对原疏散场景的影响
原设计中，宴会厅疏散人数按照座位数加上服务人员并考虑一定安全系数确定，确定为580人。更改为溜冰场后，冰面设计容纳人数为280人，考虑一定的陪同人员和服务人员，将所需疏散人数确定为580人。而本区域五层防火分区1其他部分业态为商业，并未有改变，因此这部分疏散人数不变。从中可以看出，疏散人数未有变化，疏散路线的变化对疏散时间影响不大，不会影响原性能化评估结论。
7 结论
综上所述，将商场五层宴会厅改建为溜冰场的设计方案，经论证得出以下结论。
（1）在当前消防设施设计并有效启动情况下，能够保证本身的人员安全疏散，即改建后建筑的安全性得到保证。
（2）由于设计方案的改变并未导致疏散人数的增加，疏散路线的变化对疏散时间影响很小，不影响原性能化设计结论。
（3）将火灾场景B中的B-1到B-4与B-9到B-12得到的可用疏散时间TASET进行对比，B前者的可用疏散时间均大于后者，说明溜冰场局部高度的增加，增强了溜冰场上方空间的蓄烟能力，增加了可用安全疏散时间，降低了火灾危险性，建议使用《建规》进行建筑的审核和验收。
因此，将中餐厅改建为溜冰场的设计方案是可行的。
参考文献
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