酒店中庭防火設計策略分析
前言：本站為你精心整理了酒店中庭防火設計策略分析范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。
本文在探討酒店中庭防火設計時，采用比較分析和案例分析等方法，結合蘇州凱悅酒店超高中庭的工程實例展開討論，理論聯系實際，規范結合案例。蘇州凱悅酒店位于蘇州工業園區，酒店主樓平面呈A字型，地下2層，地上25層，建筑高度99.8m，其中庭貫通地上全部樓層。鑒于酒店中庭的特殊性，其防火設計除了耐火等級、平面布置、建筑構造以外，尤其需要重點關注的是防火分隔、火災探測、自動滅火、煙氣控制等方面帶來的重大挑戰。
1．中庭與周圍連通空間的防火分隔
酒店中庭作為一個上下層連通的共享空間，若不進行防火分隔，防火分區面積按上、下層相連通的建筑面積疊加計算，疊加計算后的建筑面積往往會超過規定的防火分區最大允許建筑面積，因此需要對酒店中庭進行水平和垂直的防火分隔。垂直防火分隔最為直接的就是利用結構樓板進行分隔，即以層間樓板分隔成若干防火分區。水平防火分隔是在中庭開口部位采取甲級防火門窗、復合防火卷簾、A類防火玻璃等進行有效分隔。房間與酒店中庭回廊相通的開口部位設置火災時能自行關閉的甲級防火門、窗。與酒店中庭相通的過廳、通道等設置火災時自動關閉或降落的甲級防火門和復合防火卷簾進行防火分隔，主要起防火、防煙分隔作用。[2]防火門平時保持開啟狀態，火災時通過自動釋放裝置自行關閉，以利兼顧防火分隔和人員疏散的雙重功能；防火卷簾的耐火極限大于3h，且符合推薦性國家標準《門和卷簾的耐火試驗方法》（GB/T7633-2008）等有關耐火完整性和耐火隔熱性的判定條件，并具有防煙性能和信號反饋等功能。酒店中庭與周圍連通空間采用防火隔墻進行防火分隔時，其耐火極限不低于1h；采用A類防火玻璃進行防火分隔時，防火玻璃與其固定部件整體的耐火極限亦不低于1h。中庭回廊與酒店中庭之間設置擋煙垂壁，從頂棚下凸出不小于0.5m，每個防煙分區面積不超過500m2。
2．火災探測及自動滅火系統
酒店中庭的滅火方式一般有邊墻覆蓋快速響應噴淋、消防水炮、智能射水器等。消防水炮一般用于機場、火車站、體育館等人員眾多的高大空間。酒店運營時中庭區域人員數量相對較少，中庭滅火系統采用流量適中、小巧靈活的智能射水器，可以克服消防水炮壓力較大、可能影響人員安全疏散的負面因素。中庭智能射水器設獨立控制系統，并自帶火焰探測、掃描定位裝置。智能射水器就近接入噴淋主干管，設計滅火時間不小于1h，用水量單獨考慮并計入消防總用水量，其安裝位置和間距確保覆蓋整個酒店中庭，保證無滅火盲點。用于超高酒店中庭的火災探測主要有吸氣式感煙探測、反射光束感煙探測、圖像對射感煙探測、普通光束對射探測、光電火焰探測、圖像火焰探測等方式。蘇州凱悅酒店中庭從首層一直貫通到屋面，中庭高度達到99.8m，且中庭屋頂設有采光頂棚。正常空調情況下，中庭室內溫度在高度方向上呈現不一致性，尤其在夏季更不均勻。一般而言，中庭內的溫度隨著高度的增加而增加，出現“熱障”現象。中庭地面火災在初期或陰燃階段，由于火災規模小，煙羽流溫度低、熱浮力小，加上煙羽流不斷卷吸周圍冷空氣而逐漸冷卻，上升過程中遭遇“熱障”失去熱浮力后在某一高度懸浮，形成煙氣“層化”現象，影響超高酒店中庭的火災早期探測，為此在高度方向上分層設置紅外光束感煙火災探測器，并滿足線型火災探測器的設置要求。
3．中庭機械排煙系統酒店中庭獨立設置
機械排煙系統，在中庭回廊與酒店中庭之間設置擋煙垂壁防止煙囪效應，進行防煙分區分隔，中庭回廊另設機械排煙系統，即在酒店中庭和中庭回廊分別設置機械排煙系統。采用這種看似保守的消防措施，主要是考慮最大限度地避免煙氣在酒店中庭與中庭回廊之間相互蔓延。利用酒店中庭首層直通室外或間接通向室外的門作為自然補風口，與中庭頂部的排煙口一起組織煙氣排放，防止煙氣從回廊欄板與擋煙垂壁間侵入中庭各樓層。酒店中庭頂部3層（23～25層）采用A類防火玻璃進行防煙分隔，與中庭頂棚共同圍合形成一個13m高的大型儲煙空間，在凸出屋面的儲煙倉側壁設置機械排煙口。設儲煙倉可以給客房層、尤其是高位客房層提供更長的火場耐受時間，以利酒店客人安全疏散。
4．裝修材料和家具的燃燒性能
酒店中庭連通部位的頂棚、墻面采用A級裝修材料，其他部位采用不低于B1級的裝修材料。擋煙垂壁的主要作用是減緩煙氣的擴散和蔓延，提高防煙分區的蓄煙能力和排煙口的排煙效果，因此其裝修材料采用A級裝修材料。中庭照明燈具的高溫部位，若靠近非A級裝修材料時，采取隔熱、散熱等防火保護措施，燈飾所用材料的燃燒性能等級不低于B1級，燈飾亦至少選用B1級材料。為有效控制火災荷載，酒店中庭區域的桌椅沙發和藝術陳設品等的燃燒性能等級均不低于B1級。
二、確定火災規模和火災場景
火災模擬軟件能夠將實際消防安全工程中的一系列物理參數和設施，如火場溫度及速度、火源、火災探測器、排煙風機、擋煙設施、噴頭等建立在火災模型中，并在模擬時讓它們再現實際火災中的動作時序，與真實火災的相似性很高。利用火災模擬軟件進行數值模擬時，需要輸入火災規模和火災場景作為火災模擬的給定條件，模擬結果能實現可視化輸出，還能以“熱電偶”探測的方式通過Excel表格輸出，來進行較為深入的量化分析。
1．設定火災規模實際
上火災不會立即達到穩態火災的最高熱釋放速率，通常著火后有一個發展過程。火災的發展可以看作是時間的函數，發展火災又稱“時間平方火災”，快速發展火災通常適用于酒店等火災場景。在火災模型中，從火災發生到設定的火災規模這段期間呈現時間平方火災狀態，火災達到設定的火災規模峰值后將保持不變。自動噴水滅火系統是有效的主動消防設施，具有安全可靠、經濟實用、滅火成功率高等優點。通常將噴淋系統啟動時的火災熱釋放率作為最大火災規模（即噴淋啟動后，火災規模將保持不變），并考慮火災探測、報警和排煙系統的延遲。酒店火災燃燒物質中危害最大的工程塑料，其主要原料有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚亞氨酯等。工程塑料燃燒熱量大、產煙率高，綜合評估后確定酒店中庭火災的燃燒熱為20MJ/kg，發煙率為0.05，作為火災模擬軟件的輸入參數。
2．火災場景設計參考
上海市工程建設標準《建筑防排煙技術規程》（DGJ08-88-2006）的相關規定，將未受自動滅火系統保護和受自動滅火系統保護的酒店中庭設計火災分別確定為4MW快速時間平方火災和1MW噴淋控制條件火災。酒店各樓層伸入中庭范圍的功能區域，由于受到智能射水器滅火系統的保護，加之提高酒店家具的燃燒性能等級，如果發生火災，其煙氣蔓延形式與中庭回廊火災相似，均為陽臺型煙羽流類型，由于面積較小容易撲滅，此場景可不進行火災模擬。綜上，酒店中庭最不利的火災場景是中庭地面火災，消防顧問采用FDS火災模擬軟件模擬了2個火災場景：一是中庭地面4MW快速發展火災，軸對稱煙羽流，燃燒熱20MJ/kg，發煙率0.05，通過火災模擬驗證中庭機械排煙的實際效果；二是中庭地面1MW快速發展火災，軸對稱煙羽流，燃燒熱20MJ/kg，發煙率0.05，小型火災容易產生“煙氣”層化現象，模擬此火災場景就是為了驗證小型火災情況下中庭實際的機械排煙效果。
三、FDS火災模擬及模擬結果
FDS軟件由著名的美國國家標準與技術研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）開發，是計算流體力學軟件的一種，專門從數值計算方面解決一系列有關熱驅動、低速流動的Navier-Stokes方程，適用于火災導致的熱煙傳播和蔓延的數值模擬，FDS利用大渦流流體力學模型（LargeEddySimulation，LES）來模擬火場流體的紊態流動。
1．酒店中庭火災模擬
蘇州凱悅酒店中庭采用機械排煙，在屋頂設置機械排煙風機，沿中庭頂棚四周側面均勻布置機械排煙口，排煙口采用常閉百葉形式，火災時聯動打開。結合上海市工程建設標準《建筑防排煙技術規程》（DGJ08-88-2006）中有關4MW火災規模和清晰高度的概念計算方法，并結合國家2005年版《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-95）有關中庭換氣次數的常規計算方法，考慮到機械排煙口的不同位置對中庭煙氣運動有較大影響，通過模型試算對中庭機械排煙口的位置進行優化選取，初步確定模型中的總排煙量為50萬m3/h，在模型中設置8個機械排煙口，即模擬在酒店屋頂布置8臺機械排煙風機，每臺機械排煙風機的風量為6.2萬m3/h。補風則主要通過首層直通室外或間接通向室外的門，如酒店入口及首層疏散外門等，共考慮補風面積20m2。
2．中庭地面4MW火災模擬結果
從中庭地面4MW火災溫度豎向剖面切片圖來看，在600s內，大部分煙氣溫度未超過60℃；同時，從中庭地面4MW火災能見度切片圖（二十二層地面以上2m水平面）來看，火場可提供酒店內最不利樓層—二十二層酒店客人（23～25層中庭回廊與酒店中庭之間設有全封閉的防煙分隔）的安全疏散時間不小于600s。由于中庭煙氣首先危及較高的客房樓層，模擬結果顯示較高樓層的酒店客人擁有足夠的安全疏散時間進入同層的安全出口（防煙樓梯間）。
3．中庭地面1MW火災模擬結果為分析
小型火災可能產生的煙氣“層化”現象，又對中庭地面1MW火災進行了模擬，模型輸入參數中除火災規模調整為1MW，其他所有輸入參數及FDS整體模型均未變化。在中庭地面1MW小型火災場景下，雖然煙氣上升速度要比4MW火災慢，且易產生煙氣“層化”現象，但小型火災本來產煙就較小，而高大中庭對煙氣的稀釋效果又較好，再加上自動滅火系統的及時啟動和圍護結構的吸熱作用（約吸收1/3熱量），使酒店中庭及中庭回廊區域的煙氣溫度降低、能見度提高。從模擬結果看，提供給酒店客人安全疏散的時間不小于1200。考慮到中庭地面酒店家具等影響人員安全疏散的不利因素，模擬結果表明酒店首層人員同樣擁有足夠的安全疏散時間從安全出口（疏散外門）離開火場。
四、結論和建議
1．結論人員安全疏散
所需的時間由探測時間、延遲時間和行動時間三部分組成。一般情況下，感煙探測器響應時間小于30s，考慮酒店內工作人員向消防控制中心報警的方式，探測時間為60s。參考公安部2009年《建設工程消防性能化設計評估應用管理暫行規定》，客房內設帶蜂鳴器（床頭處75dB）的感煙探測器，酒店客房和中庭回廊均設消防廣播，延遲時間（消防報警時間、人員識別及反應時間）為120s。消防顧問采用Pathfinder疏散軟件對客房層人員疏散的模擬結果顯示，客房層酒店客人全部疏散到本層防煙樓梯間的時間為92s，考慮1.5倍的安全系數后為138s，再加上60s探測時間和120s延遲時間，客房層酒店客人疏散至本層安全出口的所需時間為318s，小于600s安全疏散時間。根據對中庭地面4MW快速時間平方火災和1MW噴淋控制條件火災的模擬結果，中庭地面4MW和1MW火災場景下，火場允許酒店客人安全疏散的時間分別不小于600s和1200s。對比防火設計提供的人員安全疏散時間和酒店客人疏散所需的逃生時間，酒店中庭50萬m3/h的機械排煙量可以為酒店客人，特別是為儲煙倉下最不利的二十二層的酒店客人提供了寶貴的火場逃生窗口時間。而且此排煙量已相當于酒店中庭和中庭回廊總體量的6次換氣次數，相比規范要求的4次換氣次數具備一定的安全冗余。酒店中庭下部設置自然補風，中庭頂部排煙口均勻布置，每個排煙口的風速不大于10m/s，中庭機械排煙系統的排煙效果良好。
2．具體建議
基于前述分析和討論，本文對酒店中庭，特別是高大酒店中庭的防火設計給出如下建議：第一，在中庭頂部若干樓層的中庭回廊與酒店中庭之間設置全封閉的防煙分隔措施，與中庭頂棚共同圍合形成儲煙空間，為中庭排煙創造有利條件；第二，雖然國內已有一些案例，如上海金茂大廈、鄭州綠地中心等只在酒店中庭設置機械排煙系統，而未在中庭回廊設置獨立的機械排煙系統，但為了有效控制和盡量減少火災蔓延，仍然建議在酒店中庭和中庭回廊分別設置機械排煙系統；第三，高大中庭火災探測可使用紅外光束感煙探測器，由于中庭空間較高，建議分層設置探測器，在中庭高度方向上每隔30m左右設置一層紅外光束感煙探測器，并錯開設置以保證火災探測效果；第四，可以采用智能射水器作為中庭自動滅火系統，智能射水器具有保護半徑大、流量小、較為美觀、主動探測掃描并定位滅火等優點，設計需滿足相關國家、部委、行業、協會、地方等相關標準；第五，中庭防火設計應滿足《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）第5.3.2條的規定，如中庭與周圍連通空間進行防火分隔、中庭內不布置可燃物等；只有現行規范未作明確規定或雖有明確規定但執行該規定有困難時，才能采用性能化消防設計方法，且消防安全性能不得低于規范規定的安全水平。
作者：王怡勻 單位：華東建筑設計研究總院高級設計師
