淺析對大跨度大空間建筑防火的對策
近年來，各地的大跨度、大空間廠房、倉庫等建筑逐漸增多。這些建筑為地方創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時也發(fā)生了多起火災(zāi)事故。本文通過對近年來大跨度大空間建筑火災(zāi)案例的分析，針對該類建筑的特點(diǎn)及火災(zāi)危險性，探討了其防火對策，從防火分區(qū)劃分、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和滅火設(shè)施的選擇、防排煙措施、如何加強(qiáng)建筑鋼結(jié)構(gòu)材料本身防火性能以及人員安全疏散等方面通過理論結(jié)合實(shí)踐的闡述，筆者提出了自己的看法和建議，旨在為日后的該類型建筑防火安全提供一些參考。
一、近年來大跨度大空間建筑火災(zāi)案例的分析
2008年7月5日海南紅塔卷煙廠火災(zāi)，過火面積約23200平方米，直接損失達(dá)4128.1萬元；2008年7月17日上海奉賢金匯鎮(zhèn)雷盛塑料包裝有限公司塑料車間火災(zāi)，過火面積約4100平方米，直接損失達(dá)4100萬元，該起火災(zāi)導(dǎo)致3人死亡9人受傷；2008年11月11日山東濟(jì)南在建實(shí)體中心火災(zāi)，過火面積約1000平方米，直接損失不詳；2009年12月10日山東淄博山川醫(yī)用器材有限公司車間火災(zāi)，過火面積約5000平方米，直接損失達(dá)452.56萬元；2011年11月8日安徽蕪湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)一空調(diào)倉儲中心火災(zāi)，過火面積20000平方米，直接損失上億；2012年4月9日廣東東莞建輝紙業(yè)有限公司火災(zāi)，過火面積約30000平方米，直接損失上億；2012年4月19日江蘇常熟金像電子有限公司廠房火災(zāi)，過火面積約3000平方米，直接損失上千萬。從上述案例可以看出，該類建筑一旦發(fā)生火災(zāi)通常會引發(fā)大面積燃燒，不僅造成財產(chǎn)上的損失和嚴(yán)重的社會影響，也給消防部隊(duì)的滅火救援工作帶來許多新情況、新問題。為此，近年以來，消防部隊(duì)紛紛開展大跨度大空間建筑的滅火救援專項(xiàng)行動，研究該類建筑的火災(zāi)撲救戰(zhàn)略；公安部消防局也開展了打造消防鐵軍活動，喊響了“堅持1小時，縱深100米”的口號。在這種嚴(yán)峻的形勢下，如何做好該類建筑的防火工作是防火工作者值得深思的問題，筆者認(rèn)為在現(xiàn)有規(guī)范沒有對該類建筑提出明確防火要求的情況下，性能化設(shè)計是當(dāng)前解決該類建筑防火問題的*辦法。
二、大跨度大空間建筑特點(diǎn)
（一）單層面積大、跨度大、層間高。一般跨度在60米以上，其結(jié)構(gòu)形式主要包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)等五大空間結(jié)構(gòu)及各類組合空間結(jié)構(gòu)。譬如南京祿口機(jī)場二期工程航站樓，東西長252米，南北長212米，地上3層，總建筑高度為38.25m，總建筑面積23萬m2。
（二）承載能力強(qiáng)，主要承重構(gòu)件為鋼材。一些大型廠房、倉庫采用輕型屋頂及墻體結(jié)構(gòu)，頂棚由彩鋼板和保溫材料等組成；墻體結(jié)構(gòu)有的是鋼柱作支撐，彩鋼板、保溫材料和內(nèi)飾材料構(gòu)成，還有的用空心磚填堵；也有主體是磚混結(jié)構(gòu)，房頂是鋼結(jié)構(gòu)。
（三）內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，火災(zāi)荷載大。因?yàn)樯a(chǎn)需要，廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往錯綜復(fù)雜，一些車間（倉庫）內(nèi)存放大量可燃易燃的成品半成品材料，增大了火災(zāi)荷載，使火勢蔓延速度加快。
（四）人流量大，人員組成多元化。一些大跨度大空間建筑，諸如航站樓、會展館等建筑的使用功能決定了其人員組成復(fù)雜，有老人和小孩，也有外賓，人員有的行動不便，有的對建筑的疏散出口、路徑等不熟悉。
（五）滅火設(shè)施不齊全。由于現(xiàn)有規(guī)范沒有提出該類建筑的防火要求，大部分建筑為了滿足功能要求，往往輕視消防設(shè)計，埋下了極大的安全隱患。特別是一些工業(yè)廠房（倉庫），在消防設(shè)施沒有到位的情況下就擅自投入使用，之后也不進(jìn)行整改，留下了*性的消防設(shè)計缺陷。
三、大跨度大空間建筑火災(zāi)危險性
（一）鋼結(jié)構(gòu)部分在高溫下強(qiáng)度迅速降低，導(dǎo)致建筑物局部倒塌。鋼結(jié)構(gòu)材料在未進(jìn)行防火處理的情況下，其本身不會起火燃燒；但當(dāng)溫度超過350℃，強(qiáng)度開始大幅度下降，在500℃時約為常溫時的1/2，600℃時約為常溫時的1/3。一般火場溫度可達(dá)到800-1000℃。在這樣高的溫度下，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會很快出現(xiàn)變形，產(chǎn)生局部破壞，造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌。普通鋼結(jié)構(gòu)一般在發(fā)生火災(zāi)后15分鐘左右就會喪失承重功能而垮塌。
（二）可燃物多，火勢蔓延迅速。大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)模大，建筑結(jié)構(gòu)連體成片，生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備密集，人員和物品高度集中，廠房內(nèi)生產(chǎn)使用的原料和成品大多屬可燃物，有的還屬于易燃易爆品，甚至是有毒的化學(xué)物品，如制衣廠的布匹、紡織廠的棉花、印刷廠的紙張電纜廠的橡膠、化工企業(yè)的爆炸性物質(zhì)等。加之沒有有效的防火分隔，門窗多，通風(fēng)好，一旦發(fā)生火災(zāi)，蔓延途徑多、火勢蔓延快、燃燒猛烈，在熱氣流的作用下，很快形成大面積火災(zāi)。
（三）人員疏散和火災(zāi)撲救困難。大跨度的鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災(zāi)，火勢很快發(fā)展到猛烈階段，建筑內(nèi)燃燒物發(fā)煙量大，且煙氣大多帶有毒性，由于面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員距離疏散口較遠(yuǎn)，被困人員很容易中毒窒息，疏散較為困難。在實(shí)施滅火時，由于跨度大，滅火人員難以深入內(nèi)部進(jìn)攻，火災(zāi)在撲救時由于水槍射流的沖擊冷卻作用，使塌落彎曲的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度降低，容易加速建筑倒塌，造成二次破壞。
四、大跨度大空間建筑防火對策
（一）合理劃分防火分區(qū)。大跨度大空間建筑單層面積大，有的達(dá)到了幾十萬平方米。這些建筑因?yàn)槭褂霉δ艿男枰y以劃分防火分區(qū)。我國的《建筑防火設(shè)計規(guī)范》（GB50016-2006）第3.3.3規(guī)定：當(dāng)丁、戊類的地上廠房內(nèi)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)時，每個防火分區(qū)的*允許建筑面積不限。因成套設(shè)備生產(chǎn)線的工藝要求，從生產(chǎn)管理的角度，一些業(yè)主為了不影響生產(chǎn)，通過設(shè)置自動滅火系統(tǒng)來獲取無限的防火分區(qū)面積。而部分鋼結(jié)構(gòu)廠房在申報消防審核和驗(yàn)收時的火災(zāi)危險性是丁戊類，實(shí)際上由于廠房內(nèi)存有可燃物，火災(zāi)危險性達(dá)到了丙類，因此需要根據(jù)丙類廠房的要求劃分防火分區(qū)。再如一些大型體育館，比賽場地的面積達(dá)到了上萬平米，加上連通的觀眾席區(qū)域面積超過了20000m2，之間無任何防火分隔，而有時這類場所會承擔(dān)一些大型演唱會活動，舞臺上會出現(xiàn)大量可燃物和易燃易爆品，大大加大了火災(zāi)發(fā)生的概率，如不采取有效的防火分隔，一旦發(fā)生火災(zāi)，就會引起人員恐慌，造成大面積群死群傷。對于大跨度大空間建筑的防火分區(qū)，在現(xiàn)有規(guī)范沒有作出具體規(guī)定的情況下，通常采用性能化設(shè)計進(jìn)行劃分，對建筑內(nèi)火災(zāi)荷載大的部分用防火隔墻、分隔水幕等實(shí)現(xiàn)分隔，剩下火災(zāi)荷載小的大空間不再進(jìn)行防火分隔。
（二）正確選擇火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和自動滅火設(shè)施。1、正確選擇火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。
根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-98）7.2.1規(guī)定，火災(zāi)探測器的選擇應(yīng)符合房間高度的規(guī)定。譬如單層輕鋼結(jié)構(gòu)車間的高度大多遠(yuǎn)超過12m，有些甚至超過了20m，由于在頂部的煙氣溫度、濃度均不足以啟動火災(zāi)探測器，即使探測器啟動，火災(zāi)早已發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模，失去了早期報警的意義。因此普通的點(diǎn)式感煙和感溫探測器無法正常發(fā)揮作用。針對此特點(diǎn)，應(yīng)采用紅外光束火災(zāi)探測器、光截面式圖像探測器、空氣采樣式等適合于大空間的火災(zāi)探測器。為了實(shí)現(xiàn)快速早期報警，必須合理地設(shè)置探測器的布置間距和高度，探測器的間距應(yīng)小于煙氣羽流上升到其安裝高度時的直徑。一些會展類建筑通常設(shè)置了很多電子設(shè)備，對于電器、電纜等應(yīng)合理選擇纜式感溫探測器等相應(yīng)的設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn)早期快速報警的目的。2、正確選擇自動滅火設(shè)施。根據(jù)《自動噴滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2001）（2005年版）第5.0.1條規(guī)定，民用建筑和工業(yè)廠房室內(nèi)凈空高度超過8m的大空間建筑物，在其頂板或吊頂下可不設(shè)噴頭。因?yàn)槌^8m的上空，煙氣的溫度不足以啟動閉式噴頭。而大空間區(qū)域如不設(shè)置自動滅火設(shè)施，就不能實(shí)現(xiàn)早期滅火，火災(zāi)就會蔓延擴(kuò)大。針對這種情況，可以采用開式雨淋系統(tǒng)，一經(jīng)火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報警信號，可以在消防控制室手動啟動系統(tǒng)噴水，從而實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的早期控制。
（三）采取有效的防排煙措施。在特定的建筑空間中，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣越多，煙氣下降的速度越快。煙氣的沉降率與火源規(guī)模和建筑的面積大小有關(guān)。建筑空間越大，其蓄積的煙流越多，沉降的速度就慢。這容易給人產(chǎn)生一種誤解——大空間建筑的蓄煙能力強(qiáng)，人員不易受到煙氣的侵害。其實(shí)不然，根據(jù)《建筑防火設(shè)計規(guī)范》（GB50016-2006）第9.4.2條規(guī)定：需設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施且室內(nèi)凈高小于等于6.0m的場所應(yīng)劃分防煙分區(qū)。大跨度大空間建筑的凈空高度遠(yuǎn)超過了6m，從而不進(jìn)行防火分區(qū)的劃分，一旦發(fā)生火災(zāi)，產(chǎn)生的煙氣將會充斥整個建筑的上空，造成煙霧彌漫的視覺效果。大空間的建筑多采用自然采光，煙霧彌漫不僅降低了火場的能見度阻礙人員疏散，而且會造成逃生人員的恐懼心理，易發(fā)生擁擠、踩踏事故。因此，必須采取行之有效的防排煙措施，進(jìn)行性能化設(shè)計，通過計算機(jī)模擬火場情景合理選擇防排煙方式以及排煙口的設(shè)置位置和數(shù)量等。
（四）加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)。鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法可以綜合概括為四種：外包層、充水法、屏蔽法、涂刷防火涂料。一是外包層。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂漿以形成保護(hù)層，砂漿可以是石灰水泥或石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。二是充水法。充水法是在空心封閉截面中充滿水，火災(zāi)時構(gòu)件把火場吸收的熱量傳給水，當(dāng)水溫達(dá)到100℃，水份開始蒸發(fā)，依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導(dǎo)走，從而使構(gòu)件溫度維持在較低水平。為防止鋼結(jié)構(gòu)生銹，須在水中摻入專門的防銹外加劑，冬天還須加入防凍劑。三是屏蔽法。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達(dá)到防火的目的。四是防火涂料。鋼結(jié)構(gòu)采用防火涂料作保護(hù)構(gòu)件，具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點(diǎn)，一般不需要添加輔助設(shè)施，且涂層質(zhì)量輕，還有一定的美觀裝飾作用，但對于涂料的涂刷厚度一定要滿足火災(zāi)時烘烤的耐火極限。譬如鋼管混凝土柱（包括梁上柱）離開樓（地）面8.0m高度以下部分均應(yīng)按規(guī)范要求采取防火保護(hù)措施，具體措施為：當(dāng)采用熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.10W/(m.℃)的非膨脹型防火涂料進(jìn)行保護(hù)時，保護(hù)層厚度應(yīng)不小于10.0mm，按隔熱性能等效方法確定其保護(hù)層厚度。
一些通廊走道鋼索按不小于1.5小時耐火極限要求進(jìn)行防火保護(hù)。
（五）人員安全疏散。大跨度大空間建筑一般具有面積大、體量大、人員流動性大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，極易造成人員傷亡。因此，該類建筑的安全疏散設(shè)計尤為重要，通常采用性能化設(shè)計來確定疏散路線，設(shè)置安全出口的方位及數(shù)量。在進(jìn)行安全疏散設(shè)計時，建筑內(nèi)人員的密集程度、物品的種類、疏散通道的條件、火災(zāi)發(fā)生時煙氣的濃度及毒性等是影響疏散時間的主要因素。根據(jù)建筑物的總體建筑特點(diǎn)和人員分布，充分考慮影響安全疏散的不利因素，結(jié)合防排煙方案和措施以及火災(zāi)模擬研究結(jié)果，計算在*不利情況下，各防火、防煙分區(qū)人員疏散所需要時間、建筑物所能提供的疏散時間以及對應(yīng)的疏散通道寬度和距離，為*佳人員疏散方案提供參考依據(jù)。
大跨度大空間建筑火災(zāi)撲救難度大，消防官兵撲救經(jīng)驗(yàn)不足，在撲救過程中易造成人員傷亡。現(xiàn)有的規(guī)范沒有明確作出對該類建筑的防火規(guī)定，*有效的辦法是進(jìn)行性能化防火設(shè)計，從全局出發(fā)，通過選擇性能計算方式、劃分防火分區(qū)、建立各類建筑物的火災(zāi)荷載數(shù)據(jù)庫、設(shè)置煙氣控制系統(tǒng)、提高建筑物的防火能力及人員安全疏散等多方面的綜合性能來進(jìn)行建筑性能化防火設(shè)計的規(guī)劃，使其具有更大的發(fā)展空間，與此同時，將大跨度大空間建筑防火性能化設(shè)計落到實(shí)處，以期防治火災(zāi)，降低損失。
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