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海南首创"双Z型"中庭建筑 举行现场火灾模拟实验
2013年05月17日 08:37  来源:中新网海南频道字体:【  】【 
图为火灾模拟现场。
图为火灾模拟现场。
  图为火灾模拟现场。
  图为火灾模拟现场。

  中新网海南频道5月16日电(吕书圣)16日下午,海南省省公安消防总队、中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室等单位在海口市国兴大道举行“Z型”中庭现场火灾模拟实验,为海南省国内首创的“双Z型”中庭建筑海南盛达商务广场研究确定自然排烟的有效性,并结合火灾安全学的思想和方法,提出科学合理、经济可靠的消防改进方案,从而制定中庭自然排烟设计要求,促进我国建筑消防设计防火规范的进一步完善。

  随着现代化城市的发展,中庭建筑越来越多的在高层建筑中出现,其在建筑内形成“室外空间”,在空间使用上灵活多变,能在视觉达到美感和光感,并能解决大型建筑中外部形象与特征不明显、观景与自然光线的限制、方向感差等问题,因此被广大业主所喜爱,并在公共场所广泛推广运用。但是中庭联通多个楼层,一旦发生火灾就容易造成火势和烟气快速向整个中庭扩散蔓延。同时,因其内部空间大、使用功能复杂、火灾荷载的不确定性,使得设计上难于实现防火、防烟完全分隔。为确保中庭消防安全,我国《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95,2005年版)(以下简称《高规》)第8.4.1.3条规定,不具备自然排烟条件或净空高度超过12m的中庭,应设置机械排烟设施。但是《高规》中没有明确布置排烟口的要求,只在第8.4.2.3条规定,中庭机械排烟量的大小,容易使得设计师在中庭排烟设计上只注重达到排烟量要求而忽视排烟口布置均衡的要求,从而造成发生火灾时中庭烟气难于快速有效的排放,无法实现中庭内高楼层人员疏散时免受有毒烟气伤害,达到人员安全疏散的要求。

  公共建筑一旦发生火灾容易造成群死群伤,其中有毒烟气的蔓延扩散是火灾中致人死亡的主要原因。尤其是设有高大中庭的公共建筑,在烟囱效应下,火势迅速沿中庭向上方楼层蔓延,一般烟气垂直上升速度为每分钟240米,水平扩散速度为每分钟48米,最后形成熊熊大火吞没整个中庭,最终造成人员难于安全疏散,财产损失巨大的悲剧发生。典型案例如:1996年4月2日沈阳市沈阳商业城发生火灾,因消防设施停用,造成火势从中庭向各楼层扩散蔓延,火灾直接财产损失5519.2万元,幸好发生火灾时间在下班后,否则有可能造成人员伤亡。

  为节省能耗实现绿色环保,海南地方建筑设计师结合海南海洋季风气候多风条件,根据烟囱效应原理,设计出“双Z型”中庭建筑海南盛达商务广场,该建筑为位于海口市国兴大道,其“双Z型”中庭高37.7m,未设空调系统和机械排烟系统,采取建筑5层东面和10层东面进风,建筑11层西面和15层西面排风的方式进行日常通风和火灾时的烟气疏导。其设计理念是正常情况下,通过室外空气流动带动中庭内空气的流动,实现代替空调系统排出室内热气以降低中庭温度,达到节能减排的效果;火灾发生时,室内温度急剧升高,产生的大量烟气上浮至中庭中部或顶部,通过排气口排至室外,同时通过2个进风口及时补风,确保排烟的高效性。

  海南盛达商务广场设计中的 “双Z型”中庭为国内首创,其烟气流动及自然排烟特性存在较多的未知性,我国现有规范中对基于该节能减排设计对应的设计方法又无具体指导性的消防安全要求,一旦该中庭发生火灾将会产生大量的烟气,而该建筑设计设想是烟气由于浮力作用会向上运动,到达中间层或屋顶后通过敞开的排烟口外排,基本不会出现一般中庭火灾时烟气到达屋顶后聚积下沉的现象,从而减少烟气在中庭蓄积,为人员安全疏散提供更多的逃生时间。同时,该建筑设计办公室在建筑四周,疏散走道与中庭相连未分隔,人员要通过走道才能进入防烟楼梯进行疏散,这就很容易造成烟气包围疏散人员,造成人员的窒息。为了达到控制烟气并使烟气快速外排的目的,确保该项节能减排设计新方法与当前的消防安全要求相适应,有必要对其进行探索研究,如果达到设想的安全要求可推广运用。

  海南省公安消防总队2010年接到该项目报批后,在前期开展多次内部论证,并邀请了上海消防总队,公安部四川、天津消防研究所、中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和海南本土3家建筑设计院的9名专家召开评审会,专家组认为该项目防火设计方案基本可行,并提出该中庭每层回廊四周应增设挡烟垂壁和建议对中庭的自然排烟效果进行模拟分析等2条建议。2010年11月,该项目开工建设,目前该建筑已封顶,正处于内部装修和分隔阶段,“双Z型”中庭的结构已经可以满足实体火灾模拟试验的要求。

  参加本次实验项目的单位为海南省公安消防总队、中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室、公安部四川研究所、徐州大亚自动装备有限公司、海南盛达房地产开发有限公司。本实验主要目标是通过理论分析、模拟计算和实验验证,首先结合质量守恒、能量守恒定律,分析“双Z型”中庭在火灾时产生的烟气层温度、厚度和烟气流动效果。初步确定一定火源功率下“双Z型”中庭烟气层高度、温度的发展规律,从理论上分析“双Z型”中庭自然排烟的效果。然后对海南盛达商务广场 “双Z型”中庭开展模拟实验研究,验证和修正理论分析结果,最后,利用FDS软件,模拟研究推论出自然排烟中庭的设计要求。通过开展全尺寸现场试验和FDS软件数值模拟,并结合火灾安全学的思想和方法,提出科学合理、经济可靠的消防改进方案,为高大中庭自然排烟这一建筑节能减排设计与消防安全要求相适应提供技术支持。结合试验和数值模拟结果研究成果为同类建筑的消防设计提供重要参考依据,并促进我国建筑消防设计防火规范的进一步完善。

  中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室是我国火灾科学领域的国家级研究机构,一直从事物品燃烧特性、建筑火灾蔓延和烟气流动与控制、数值模拟计算等方面的研究,对建筑内火灾和烟气的蔓延具有较深的了解,研究了大空间建筑内自然排烟和机械排烟对烟气控制的效果,补风对大空间内排烟效果的影响等。能够对本项目的理论研究、现场试验和结果分析给予大量的技术支持。

  徐州大亚自动装备有限公司专业致力于排烟等自动控制系统的研究和生产,目前为国内最大的开窗机生产企业,是中国第一个计算机可视排烟控制系统工程实例的缔造者,在2010年上海世博会项目和2008年北京奥运场馆项目中分别完成了15个和7个排烟窗系统工程的建设。在本项目中,徐州大亚自动装备有限公司将协助完成进风、排烟口尺寸变换的工作任务。(完)

编辑:凌楠
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