虹桥综合交通枢纽之东交通广场消防安全设计初探doc.docx
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虹桥综合交通枢纽之东交通广场消防安全设计初探doc
虹桥综合交通枢纽之东交通广场消防安全设计初探
王婷婷
(上海市消防总队奉贤支队上海市奉贤区南奉公路6815号201406)
【摘要】虹桥综合交通枢纽作为长三角地区超大型、世界级的交通节点,其中的重要组成部分——东交通广场涵盖了航空港,高速、城际铁路,磁悬浮,城市轨道交通,公交车和出租车等多种交通方式,在整个枢纽中起着桥梁作用。
因此,对于该广场的消防安全设计就显得尤为重要。
本文选取了广场中疏散最不利区域,通过采取估算分析等方法进行消防安全分析,尤其对疏散设计提出了可行性的建议。
【关键词】虹桥交通枢纽东交通广场消防安全设计安全疏散
StudyoffiresafetydesignofEasterntrafficsquareinHongqiaotransportationhub
Wangtingting
(FengxianfirebridgeofShanghaifiredepartment,6815NanFengStreet)
【Abstract】Hongqiaotransportationhubistheworld-classsupersizedcenterontheYangzideltaregion.Asonepartofit,easterntrafficsquareplaysanimportantroleinthishubasitincludesmultiplemeansoftransport,suchasair,high-speedrailway,metro,magneticsuspension,bus,taxietc.Sothefiresafetydesignisverynecessaryforit.Thispaperchoosestheworstareaforevacuationanalysesthefiresafetybyassessmentandprovidessomesuggestionsforevacuationdesign.
【Keyword】Hongqiaotransportationhub,easterntrafficsquare,firesafetydesign,safetyevacuation
1对象综述
虹桥综合交通枢纽位于上海西郊闵行区的华漕镇和长宁区的虹桥地区,距上海市中心约13千米,地处长三角东部,毗邻江苏、浙江、位于沪宁、沪杭高速公路之间,是上海与外省交通联系的重要节点。
轨道交通进入枢纽的线路为2号线、10号线、17号线、5号线、青浦线。
虹桥枢纽涵盖航空港,高速、城际铁路,磁悬浮,城市轨道交通,公交车和出租车等多种交通方式,是轨、路、空三位一体的日旅客吞吐量110万人次的超大型、世界级交通枢纽。
其特性体现为不同交通方式之间大量的客流换乘。
如:
机场—磁浮,机场—铁路,磁浮—铁路,以及所有各类交通方式共64种可能的连接,56种换乘模式,规划远景年每天将处理近110万人次旅客吞吐量,64,000人次换乘转运量。
核心区内各交通主体设施的平面布局自东向西依次为:
虹桥机场西航站楼、东交通广场和地铁东站、磁浮车站、高铁车站和地铁西站、西交通广场。
其中的虹桥东交通中心是目前世界上最大的交通枢纽,框架结构/钢结构,该单位总建筑面积33.5万平方米。
东西向:
240米;南北:
162/336米,建筑高度42.85米。
1.1东交通广场功能布局介绍
地下一层:
为地铁东站,主要用于换成2号线、10号线,及连接地铁与磁浮站。
一~三层:
为交通换乘大厅,主要服务东侧的T2航站楼及西侧的磁浮站和虹桥火车站。
二层为将机场和磁浮到达旅客至社会车辆停车楼的主要通道,三层连接虹桥机场办票大厅和磁浮办票大厅,上行可达商业开发用房,下行可至地铁和公交巴士站以及社会车辆停车楼。
四~六层:
商业区,主要经营国际精品服饰、化妆品、瑞士名表馆、黄金珠宝、名品女鞋、名烟名酒、文化精品及餐饮服务行业。
七层:
为设备用房。
1.2东交通广场消防情况介绍
该广场地上七层、地下一层,每层区域建筑面积约41875平方米,使用面积:
35593.75平方米,每层根据不同区域使用功能,采用耐火极限不低于3h的防火卷帘分为若干个防火分区,设有室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统、机械排烟系统。
1.3相关规范要求
由于此建筑结构较为特殊,部分区域超过相关规范要求之外(地下一层地铁换乘站厅及一至三层交通换乘大厅等区域进行了性能化设计、评估),四至七层功能区域仍需满足相关技术规范。
1.3.1适用规范
该广场属于高层且为大跨度空间建筑,因此设计在参照国内相关规范的基础上,还进行了性能化设计:
●《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)
●《大中型商场防火技术规定》(沪消发〔2004〕352号)【适用范围:
建筑面积大于3000m2(含)的下列建筑和场所:
百货商店、购物中心、超市(包括仓储式商店、大卖场)及服装、装潢、家具、建材等可燃物较多的室内市场】
●其它相关的消防规范,包括建筑耐火、主动灭火系统和火灾探测系统的设计规范等。
1.3.2该建筑防火分区相关要求:
●《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)第5.1.2条:
高层建筑内的商业营业厅、展览厅等,当设有火灾自动报警系统和自动灭火系统,且采用不燃烧或难燃烧材料装修时,地上部分防火分区的允许最大建筑面积为4000m2;地下部分防火分区的允许最大建筑面为2000m2。
●《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)第5.1.4条:
高层建筑内设有上下层相连通的走廊、敞开楼梯、自动扶梯、传送带等开口部位时,应按上下连通层作为一个防火分区。
当上下开口部位设有耐火极限大于3.00h的防火卷帘或水幕等分隔设施时,其面积可不叠加计算。
1.3.3该建筑安全疏散相关要求:
1)出口分布:
●《大中型商场防火技术规定》第2.2.2条:
仓库和营业厅的安全出口宜分开设置。
当必须合用时,营业厅通向安全出口的通道不得穿越仓库。
●《大中型商场防火技术规定》第3.5条:
每个防火分区的安全出口不应少于2个,且应分散布置。
当设置两个安全出口时,其间距不宜小于20m;当小于20m时,应视作为一个安全出口。
2)疏散距离要求:
●《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)第6.1.7条:
高层建筑内的观众厅、展览厅、多功能厅、餐厅、营业厅和阅览室等,其室内任何一点至最近的疏散出口的直线距离,不宜超过30m;其它房间内最远一点至房门的直线距离不宜超过l5m。
●《大中型商场防火技术规定》第3.4条:
营业厅室内任何一点至最近安全出口的距离应分别符合下列要求:
第3.4.1条:
多层商场的营业厅符合双向疏散条件的,其最大允许的直线距离不宜大于30m,最多不应大于35m,行走距离不应大于45m;符合单向疏散条件的,其最大允许的直线距离不应大于15m,行走距离不应大于18m。
第3.4.3条:
多层或高层商场内设置固定分隔铺位的商铺,当其与公共通道之间设置耐火极限不低于1.00h的隔墙并砌至楼板底部时,室内最远一点至商铺出口的距离不应大于15m。
商铺出口至安全出口的距离符合双向疏散条件的,其最大距离不应大于30m;符合单向疏散条件的,其最大距离不应大于15m。
3)疏散宽度要求:
•第3.3条:
营业厅的安全出口总宽度,包括楼梯间的门、底层疏散外门和楼梯宽度,均应根据疏散人数和商场的层数,按不小于下表规定的净宽度指标计算。
表1安全出口的净宽度指标
商场的层数
m/百人
地下2层以下
1.00
地下1——2层
0.75
地上1——2层
0.65
地上3——4层
0.75
地上5——6层
0.85
地上6层以上
1.00
•第4.3条:
设固定铺位的商场疏散通道设计应下表的规定。
表2固定铺位商场疏散通道最小净宽度
通道位置
最小净宽度(m)
单侧设置店铺的通道
2.20
双侧设置店铺的通道
2.80
2重点部位消防安全分析
此次设计取第五层运动品衣服专卖店营业区域为例重点分析其火灾荷载、人员密度及疏散设计等相关问题:
该层及所选防火分区平面布置如下图:
图1五层营业区及所选防火分区平面布置图
•分区概况:
标注的防火分区建筑面积约881平方米,分区内南侧有一个安全出口、东北角有一个安全出口;
•结构特点:
该防火分区以防火墙和防火卷帘与C类防火玻璃分隔,吊顶采用轻钢龙骨石膏板、地面采用地砖。
•可燃物分布:
该防火分区内可燃物主要为衣服、货架、柜台等,均匀分布;
2.1火灾荷载估算
该防火分区共有6个专柜。
1、固定荷载:
吊顶为轻钢龙骨,墙面为砖墙,表面饰乳胶漆,地面为瓷砖。
2、移动荷载:
柜台、服装、电脑、货品外包装、休息椅、木柜、试衣间。
3、火灾荷载统计:
表3火灾荷载统计表
序号
材料名称
单位热值
数量
总热值(mJ)
1
休息椅
330mJ/个
15
4950
2
柜台
420mJ/个
6
2520
3
服装
20mJ/kg
200kg
4000
4
电脑
150mJ/个
6
900
5
纸质外包装
20mJ/kg
30kg
600
6
木柜
170mJ/个
18
3060
7
试衣间
500mJ/个
6
3000
总计
19030
火灾荷载密度:
(1)
2.2人员荷载与疏散通道估算
2.2.1人员荷载估算
该防火分区的人员荷载统计参考《大中型商场防火技术规定》第3.2条指标确定。
具体的算法如下:
第3.2条:
商场营业厅的疏散人数计算,应根据营业厅的建筑面积按3m2/人确定。
设有固定分隔铺位的市场,其人员总数可按走道人数和各铺位人数之和计算。
表4设有固定铺位市场人数的确定指标
走道
2.5m2/人
铺位
9m2≤面积≤20m2
3人
20m2≤面积≤40m2
4人
40m2≤面积≤90m2
6人
90m2≤面积≤150m2
8人
表5人员荷载统计表
部位
建筑面积(m2)
人员密度(人)
人数(个)
1
149.3
8(人)
8
2
130.8
8(人)
8
3
122.6
8(人)
8
4
140.7
8(人)
8
5
141.2
8(人)
8
6
133.2
8(人)
8
走道
63.2
2.5m2/人
158
共计
881
206
2.2.2疏散通道情况
该防火分区疏散设施位置如图所示:
图2安全出口分布情况
该防火分区设有两个安全出口,均为防烟楼梯间通向底层,出口宽度约为1.8m/个,即该防火分区的疏散总宽度约为3.6m。
2.3安全疏散体系设计评价
●疏散距离:
该防火分区任一点到安全出口距离满足规范要求。
《大中型商场防火技术规定》第3.4.2条:
高层商场的营业厅符合双向疏散条件的,其最大允许的直线距离不应大于30m,行走距离不应大于45m;符合单向疏散条件的,其最大允许的直线距离不应大于15m,行走距离不应大于18m。
●疏散通道宽度:
该防火分区疏散通道宽度满足规范要求。
《大中型商场防火技术规定》第4.3条:
设固定铺位的商场疏散通道最小净宽度应满足:
表6商场疏散通道最小净宽度
通道位置
最小净宽度(m)
单侧设置店铺的通道
2.20
双侧设置店铺的通道
2.80
●安全出口宽度:
该防火分区安全出口宽度满足规范要求。
《大中型商场防火技术规定》第3.3条:
营业厅的安全出口总宽度,包括楼梯间的门、底层疏散外门和楼梯宽度,均应根据疏散人数和商场的层数,按不小于规定的净宽度指标计算。
表7安全出口的净宽度指标
商场的层数
m/百人
地下2层以下
1.00
地下1——2层
0.75
地上1——2层
0.65
地上3——4层
0.75
地上5——6层
0.85
地上6层以上
1.00
结合上述人员荷载计算,该防火分区安全出口的净宽度指标为1.75m/百人>0.85m/百人。
●对安全疏散设计的建议:
建议在南侧的外墙上每层设置灭火救援窗。
一方面有利于火灾情况下消防队员迅速及时的破拆,展开救援行动;另一方面可以作为自然排烟设施,节约成本。
3火灾场景设计
假设起火位置为五层商场营业区东南侧防火分区,可燃物为货架、商品等。
3.1火灾增长速率的确定
火灾增长速率α是以热释放速率表征火灾增长快慢的程度的重要参数,理想的做法是通过实验确定,而在一般的工程计算中采用下表的划分方法参考设计。
表8火灾增长速率分类表
可燃材料
火灾类别
α(kW/s2)
慢速火
0.0029
无棉制品
聚酯床垫
中速火
0.0112
塑料泡沫
堆积的木板
装满邮件的邮袋
快速火
0.0469
甲醇
快速燃烧的软垫座椅
超快速火
0.1876
表9BSDD240中关于特定建筑类型的设定火灾增长率
建筑用途
火灾增长率
民居
中速
办公室
中速
商场
快速
旅馆前台
中速
旅馆客房
中速
画廊
缓慢
工业仓储或生产车间
特快
根据上表,此次所选防火分区火灾增长速率确定为“快速”,α=0.0469(kW/s2)
3.2热释放速率的确定
热释放速率是指单位时间内火源放出的热量,一般用kW作为其单位。
热释放速率是决定火灾发展和火灾危害的主要参数,是采取消防对策的基本依据。
通常火灾的发展过程分为阴燃、火灾增长、充分发展阶段、衰退阶段直至熄灭。
根据燃料的燃烧特性,阴燃有长有短甚至没有,在火灾增长阶段,随着燃烧时间的增长,越来越多的可燃物参与燃烧,火灾热释放率不断加大,进入充分发展阶段后火灾热释放率基本保持平稳,其最大的热释放率取决于燃料数量、性质及通风条件等。
在所选火灾场景中,设有自动喷水灭火系统和机械排烟系统,因此可以假设火灾达不到轰燃或发展到一定时候即被消防系统抑制,此时火灾也算达到了最大值并在一定时间内维持这个值。
即设定火灾为稳态火灾,忽略了火灾的衰减期,认为火灾以一定的增长速率发展到最大值然后维持这个最大值。
利用上述关于火灾热释放速率的简化方法,认为该火灾场景中火灾热释放速率以一定的增长速率随时间变化而增大,而当发展到一定规模以后,自动喷水灭火系统启动,此时火灾已经达到其最大热释放速率。
最大的热释放速率采用《上海市民用建筑防排烟技术规程》(DGJ08-88-2000)中参考的数据:
即设有喷淋的商场,最大热释放速率Q=5000kW。
表10常见建筑火灾的最大热释放速率
典型火灾场所
最大热释放速率Q(kW)
设有喷淋的商场
5000
设有喷淋的办公室、客房
1500
设有喷淋的公共场所
2500
设有喷淋的超市、仓库
4000
无喷淋的办公室、客房
6000
无喷淋的公共场所
8000
无喷淋的超市、仓库
20000
注:
设有快速响应喷头的场所可按本表减小40%。
3.3达到最大热释放速率的时间确定
在本场景中,假定火灾以快速火增长到5000kW,以后持续以5000kW的热释放率稳定燃烧。
t2模型指出热释放速率可以用下式描述:
Qf=α(t-t0)2
(2)
其中:
Qf为火源的热释放速率,kW;α为火灾增长速率,kW/s2;t为时间,s;t0为火灾初期的准备时间。
此场景设计中忽略火灾初期的准备时间t0,热释放速率随时间的变化表达式即简化为:
Qf=αt2(3)
利用上式,可得在本场景中,火灾以快速火增长到5000kW需要326s。
3.4火灾热释放速率曲线
模拟计算的热释放曲线图如下图所示:
图3火灾场景热释放速率曲线
3.5火灾持续时间估算
假设为稳态火源,可以预测火灾持续时间:
∆tT=(总的火灾荷载)/(60Qf)
(4)
考虑到火灾发展前期热释放速率小于5000kW,因此实际的火灾持续时间要长于该估算时间。
4场景性能判据
4.1人员疏散安全准则
人员疏散时间(RSET)小于危险来临时间(ASET),则疏散是安全的,疏散设计合理;反之则不安全,需要修改设计。
即:
RSET<ASET(5)
图4人员疏散安全准则示意图
人员疏散时间(RSET)由疏散开始时间(tstart)和疏散行动时间(taction)两部分组成。
疏散时间将采用以下方法:
1)疏散开始时间(tstart):
即从起火到开始疏散的时间。
一般地,疏散开始时间与火灾探测系统、报警系统,起火场所、人员相对位置,疏散人员状态及状况、建筑物形状及管理状况,疏散诱导手段等因素有关。
疏散开始时间(tstart)可分为报警时间(talarm)和人员的疏散预动时间(tpre)。
(6)
其中:
探测报警时间(talarm):
火灾发生、发展将触发火灾探测与报警装置而发出报警信号,使人们意识到有异常情况发生,或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉系统察觉到火灾征兆到的时间。
疏散预动时间(tpre):
从人员接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的时间,包括识别时间(trec)和反应时间(tres)。
(7)
其中:
识别时间(trec):
识别时间为从火灾报警或信号发出后到人员还未开始反应的这一时间段。
人们对火灾的识别可以直接察觉到,如闻到烟气的异味、看到烟气的蔓延,也可以是间接得到,如通过火灾广播、声光报警器听到或看,或由其他人告知等。
调查发现,火灾警报装置发出报警后,很多人一时还反应不过来发生了什么事情,不同的人对火灾迹象的识别存在较大的差别,对于具有较强火灾安全意识的人可几秒内便清楚意识到发生了什么事情,并能较快地付诸疏散行动。
根据建筑类型、功能、使用人员的性质及火灾报警系统和物业管理等因素的不同,该识别时间的长短相差较大。
表9为各种用途的建筑物采用不同报警系统时的人员典型识别时间。
对大空间建筑来说,火灾报警系统保护对象为一级,为控制中心报警系统,设有火灾广播系统和声光报警装置,而且活动时间人员处于清醒状态,对疏散设施不很熟悉,取识别时间trec=2.0min。
表9各种用途的建筑物采用不同报警系统时的人员反应时间统计结果
(来源于:
BritishStandard,FireSafetyEngineeringinBuildings,BSDD240)
建筑物用途及特性
人员反应时间(min)
报警系统类型
W1
W2
W3
办公楼、商业或工业厂房、学校(居民处于清醒状态,对建筑物、报警系统和疏散措施熟悉)
<1
3
>4
商店、展览馆、博物馆、休闲中心等(居民处于清醒状态,对建筑物、报警系统和疏散措施不熟悉)
<2
3
>6
旅馆或寄宿学校(居民可能处于睡眠状态,但对建筑物、报警系统和疏散措施熟悉)
<2
4
>5
旅馆、公寓(居民可能处于睡眠状态,对建筑物、报警系统和疏散措施不熟悉)
<2
4
>6
医院、疗养院及其他社会公共机构(有相当数量的人员需要帮助)
<3
5
>8
上表中的报警系统类型为:
W1-实况转播指示,采用声音广播系统,例如从闭路电视设施的控制室;
W2-非直播(预录)声音系统、和/或视觉信息警告播放;
W3-采用警铃、警笛或其他类似报警装置的报警系统。
反应时间(tres):
为从人员识别报警或信号并开始做出反应至开始直接朝出口方向疏散之间的时间,与建筑空间的环境状况有密切关系,从数秒到数分钟不等。
调查表明,不同类型的人最先采取的行动存在很大的差别。
一般来说,男性青年采取灭火行动的比例较大,成年女性告知他人疏散或协助他人疏散的比例较大;文化素质较高及参加过消防培训的人能够向消防队报警,进行有序的疏散;在人员密集场合容易出现大范围的恐慌或“从众”心理导致盲目行动加剧逃生的混乱状况等等。
通常在反应时间内会采取的行动有:
(1)不采取行动(忽视火情);
(2)调查或探索火灾情形;
(3)报警,通知或协助他人撤离;
(4)疏散或收拾财物后逃离;
(5)出现恐慌行为,无法自主行动或盲目行动;
(6)其他疏散行为。
对于大空间展览建筑而言,尽管参展人员和参观人员对建筑物、报警系统和疏散措施不熟悉,但展览馆较空旷,疏散通道较明显,人们容易找到疏散出口或顺着通道疏散,而且贵重物品等都是随身携带,因此,从识别报警或信号并开始做出反应至开始直接朝出口方向疏散之间的时间很短,一般为5s-60s,本文中保守的取反应时间tres=1.0min。
2)疏散行动时间(taction):
即从疏散开始至疏散结束的时间,它由步行时间ts(从最远疏散点至安全出口步行所需的时间)和出口通过排队时间tq(计算区域人员全部从出口通过所需的时间)构成。
综上,疏散开始时间:
tstart=td+trec+tres=1.0+2.0+1.0=4.0min。
4.2所需要的性能参数
由以上对该场景的性能判据分析可得,由人员安全疏散分析可以得到RSET,由烟气危害性分析可以得到ASET。
需要获得的相关性能参数主要为疏散行动时间(taction)和危险来临时间(ASET)。
5结论
依据相关各类规范标准要求,通过对东交通广场进行消防安全分析,可以得到以下结论:
(1)选取有典型性的防火分区,通过人员、火灾荷载的相关估算,对其疏散体系进行了评价,得出该防火分区安全出口的净宽度指标为1.75m/百人,大于安全出口宽度规定的0.85m/百人,符合规定要求。
结合灭火救援和建筑采光及排烟需要,提出了在南侧的外墙上每层设置灭火救援窗;
(2)假设某一火灾场景,通过对火灾增长速率的计算,估算出火灾达到最大热释放速率的时间为326s,通过分析得出疏散开始时间为4分钟,并就疏散行动时间的性能化计算提出了构想。
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