创新可持续性建筑的消防安全设计

  • 来源:建筑创作
  • 关键字:消防安全,环保罩,设计难点
  • 发布时间:2015-03-27 08:52

  引言

  “侨福芳草地”(Parkview Green)出于创新可持续性的设计构思,设有一个特殊的玻璃金字塔环保罩,内包含了四座高层建筑,使之既不同于普通的大空间建筑,也不同于一般的建筑群,一旦共享空间发生火灾,烟气可能在环保罩下聚集,给消防设计带来巨大挑战。除环保罩外,与其它建筑不同还有,“芳草地”的首层不是位于街面高度,而是在地下二层,在建筑周围区域形成一个露天的两层下沉广场。而其下沉广场的独特设计,使得该建筑的消防救援和疏散策略,在一定程度上超出了规范要求或不符合规范要求。因此本项目采用性能化评估方法进行全面分析和论证,指导消防设计,以便在保证消防安全性的前提下实现建筑形式的创新,增加设计自由度。

  消防设计难点

  “侨福芳草地”的玻璃金字塔内包含了四座高层建筑,其中地下一、二层位于街道平面以下的下沉广场中,各座建筑的地下二层为入口大堂,大堂以上为商场、办公与酒店楼层。内部四座建筑的立面采用玻璃幕墙,与外面的环保罩形成了双幕墙结构。这种新颖的节能环保设计在消防安全性方面有其自身的特点,其消防设计有许多与现行规范不适用的地方,因此产生不少的消防设计难点。

  “侨福芳草地”项目消防设计难点主要包括以下两个方面:1)环保罩的特殊设计,为了有效控制并尽量降低环保罩空间内的火灾危险性,对于消防设计来说是一个很大的挑战;2)下沉广场的消防设计及救援。

  现行消防规范主要针对传统建筑项目,不能完全涵盖这类新颖的建筑,侨福芳草地项目采用了性能化评估方法,针对消防设计两大难点—环保罩的消防安全设计和下沉广场的消防安全设计进行全面分析和论证[1,2,3],从而在保证消防安全的前提下实现建筑形式的创新及所要求的节能环保可持续设计。

  消防安全设计策略

  环保罩的消防安全设计

  环保罩的消防安全设计主要从环保罩自身材料特性、各区域防火及防排烟设计入手,结合消防扑救、救援及人员安全疏散策略,保证最大限度地降低火灾危险性、控制火灾蔓延及减小火灾损失。

  1 环保罩的材料特性

  环保罩斜顶的面层材料为ETFE(聚四氟乙烯)充气薄膜。由于ETFE材料内部含氟,因此可以自熄,亦无燃烧滴落物。实验室测试表明,ETFE属于难燃材料,本身不支持燃烧,温度较高时会软化乃至熔化,但不会产生可燃的滴落物。采用ETFE作为环保罩的顶棚面层材料,不会引起火灾蔓延。

  2 环保罩内公共空间防火及防排烟设计

  环保罩将四座建筑及其附属公共空间包围形成一个封闭的空间,消防安全设计中对建筑内部及公共空间分别进行了防火及防排烟设计。

  综合考虑了环保罩内建筑形态及斜顶材料后,特别设置了排烟系统,并在四栋建筑之间设置感烟探测器和排烟系统联动,在火灾时控制排烟系统迅速开启,减少环保罩内的烟气。并且在火灾热烟气的作用下,环保罩ETFE顶棚可能会破裂,形成“空洞”成为自然排烟口,防止了顶棚下热烟气的大量聚集,从而减小了发生轰燃和结构坍塌的可能性。

  在四栋建筑之间的公共空间上方环保罩顶亦设有专用自然排烟口,该专用自然排烟口通过在ETFE薄膜周边安装电熔丝,当发生火灾收到消防联动报警信号后,可在消防中控室控制电熔丝通电,电熔丝加热熔化支撑构件周边的ETFE薄膜,使ETFE膜面层脱落,使自然排烟得以顺利进行。

  在环保罩顶部设置了电动开启自然通风气枕,在环保罩侧面高处设置自然通风电动开启窗系统,上述系统均与火灾探测系统进行联动控制。在收到火灾联动报警信号后,自动开启顶部自然通风气枕和高位自然通风电动开启窗排烟,同时开启环保罩下部电动开启窗补风。通过与绿色建筑专业设计配合,高栋环保罩侧面的自然通风电动开启窗系统在火灾时用于自然排烟,平时用于自然通风。

  3 建筑内部防火及防排烟设计

  在春、秋季节,办公楼层将采用自然通风,以节省空调能耗,改善工作环境。自然通风气流将由环保罩下方的开口和特别设计的风口进入环保罩内,然后通过四栋建筑幕墙上的开窗进入办公室,流经办公室后通过设在办公室与公共走廊之间隔墙上方的通风隔栅流入走廊,再进入办公层公共区域的通风竖井,最后由通风竖井引至环保罩外排出。

  环保罩内四栋建筑均按规范设自动喷水灭火系统和机械排烟系统,火灾烟气直接从四栋建筑排到环保罩外部,不会对环保罩内的空间产生影响。在本项目中为了实现设计理念并满足安全疏散的要求,在办公室内靠近走廊的隔墙一侧设挡烟垂壁。在机械排烟系统、挡烟垂壁以及自然通风的共同作用下,为走廊内的人员疏散提供必要的安全疏散环境。

  4 防排烟设计CFD模拟分析论证

  为了验证排烟方案的效果,项目采用了计算流体力学模拟方法(CFD)对环保罩共享空间内的火灾场景进行分析[4]。分析结果表明在环保罩共享空间内发生火灾的情况下,火灾产生的烟气可以有效地排出环保罩之外,不会影响人员疏散和灭火救援行动的安全。

  在项目验收时,设计团队对该项目进行了热烟测试。热烟测试结果显示,该防排烟设计的排烟效果与CFD模拟分析结果一致,各防排烟设计参数基本可以达到预期效果,满足人员安全疏散的要求。

  下沉广场的消防安全设计

  1 人员疏散安全性分析

  如果四座建筑中的任何一座发生火灾,塔楼内人员先疏散到地下二层下沉广场或四座建筑之间的共享空间,再经室外疏散阶梯疏散到环保罩以外的街道。四座建筑之间的共享空间作为疏散的临时安全区域,四座建筑内发生火灾时,人员疏散到共享空间后可视为安全。而环保罩外的下沉广场街道作为最终疏散安全区。人员亦可以在下沉广场经室外疏散阶梯疏散到环保罩以外的街道。

  采用STEPS软件对“侨福芳草地”进行整体疏散模拟,建立整体疏散模型疏散模型。

  本项目各座建筑楼层人员疏散行动时间控制在20多分钟,塔楼各楼层,特别是办公层和酒店层的人员均可以在很短的时间内进入楼梯间,建筑内机械排烟系统的排烟量满足要求。由模拟结果得知,全体人员离开玻璃罩范围到达安全区域所需的时间不超过25分钟。在人员逃生的时间内,整个共享空间地面,屋顶花园及空中花园的烟气温度,浓度及能见度均可满足人员疏散,消防人员扑救等的消防设计要求,所以环保罩内的人员疏散是安全的。

  2 消防扑救安全性分析

  侨福芳草地项目下沉广场的周边环绕市政道路,可作为环形消防车道和消防登高作业面。地下二层环保罩的周边及环保罩内建筑之间同时设计为消防车道,并设有坡道,消防车可沿坡道下到达地下二层的下沉广场,驶入环保罩内建筑之间的共享空间或沿环保罩外行驶到下沉广场实施消防救援。下沉广场和环保罩内建筑之间共享空间的尽端还设有回车场,便于消防车调头。各塔楼设有消防电梯,消防人员可以通过消防电梯快速接近作战区域,为消防扑救提供了有利条件。

  结论

  “侨福芳草地”四座高层建筑笼罩在一个透明环保罩下,其创新的可持续设计方案,已在项目竣工时通过相关的消防测试及验收,并顺利营运至今。该设计方案在为各种不同商业活动提供舒适环境的同时,也提高了项目的商业价值,为商业策划创造了有利条件,并对物业管理及日常运营带来了便捷,但亦对消防设计带来了巨大挑战,包括环保罩内的防排烟设计、下沉广场内的人员疏散等。通过采用性能化评估方法对项目进行全面的分析和论证,为项目的消防设计难点提出替代的解决方案,实现可持续的设计理念。同时在不降低建筑防火安全性的基础上,对常规消防安全设计进行了分析及优化。从设计施工到验收及投入营运,侨福芳草地项目由始至终贯彻可持续的生态环境建筑设计概念,获得了巨大的成功。

  罗明纯,董事,奥雅纳

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