火災(zāi)情況下共用安全出口與借用安全出口的安全性分析

張婷婷，吳斌斌，張龍梅

（1、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500；2、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司 廣州510500）3、深圳市城市公共安全技術(shù)研究院有限公司 深圳518046）

0 引言

借用安全出口和共用安全出口都可以解決安全出口數(shù)量不足，部分區(qū)域疏散距離不滿足要求，疏散凈寬度不足的問題。借用安全出口是指前室和疏散樓梯不屬于本防火分區(qū)，人員疏散時需要通過另一個防火分區(qū)才能達(dá)到前室和疏散樓梯間，前室和疏散樓梯間所屬的防火分區(qū)清晰明確，如圖1a所示。共用安全出口是指不同防火分區(qū)的人員在疏散過程中，均可直接進(jìn)入前室和疏散樓梯間，往往較難分辨前室和疏散樓梯間屬于哪個防火分區(qū)，如圖1b所示。

現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018 版）：GB 50016-2014》［1］明確了在滿足一定條件下，允許借用安全出口，即防火分區(qū)可利用通向相鄰防火分區(qū)的甲級防火門作為安全出口，但沒有關(guān)于共用安全出口的具體要求。

國內(nèi)外學(xué)者開展了大量關(guān)于疏散樓梯的形式、數(shù)量、凈寬度等參數(shù)對疏散效率的影響分析。謝天光等人［2］研究了超高層建筑疏散樓梯對疏散效率的影響；黃鑫［3］對各國超高層建筑安全疏散設(shè)計(jì)的相關(guān)要求進(jìn)行了比對分析；張馨［4］對不直通室外疏散樓梯人員安全疏散的有效性進(jìn)行分析。關(guān)于疏散樓梯設(shè)計(jì)參數(shù)對疏散效率的影響研究較為廣泛和全面，而鮮于有關(guān)對借用安全出口和共用安全出口的安全性研究。筆者基于數(shù)值模擬方法，對比分析火災(zāi)情況下共用安全出口和借用安全出口的安全性。

圖1 借用安全出口及共用安全出口示意圖Fig.1 Diagram of Borrowing Safety Exit and Sharing Safety Exit

1 物理模型及條件設(shè)置

1.1 物理模型

某辦公建筑共7層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.8 m，每層分為2個防火分區(qū)。為了對比分析火災(zāi)情況下共用安全出口和借用安全出口人員疏散的安全性，僅選取被研究的疏散樓梯及其前室和部分辦公區(qū)域作為研究對象。建筑中辦公區(qū)域通向前室的門和前室通向樓梯間的門均為尺寸1.2 m×2.1 m 的乙級防火門，用于分隔2 個防火分區(qū)的防火墻上的門為尺寸1.2 m×2.1 m 的甲級防火門。辦公區(qū)域采用自然排煙，樓梯間采用自然通風(fēng)，前室無防煙設(shè)施。

1.2 火災(zāi)數(shù)值模擬方法

美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）對辦公家具組合單元開展火災(zāi)實(shí)體試驗(yàn)，研究得到辦公家具組合單元的火災(zāi)增長系數(shù)為0.046 89 kW/s2。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51251-2017》［5］第4.6.7 條規(guī)定，對于無自動噴水滅火系統(tǒng)的辦公場所，火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率為6 MW。采用火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件FDS進(jìn)行火災(zāi)煙氣的模擬研究，根據(jù)FDS用戶指南中給出的網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)公式，計(jì)算得到火災(zāi)特征直徑D為2.0 m。根據(jù)要求，火災(zāi)特征直徑D與網(wǎng)格尺寸d的比值建議在4～16之間，故網(wǎng)格尺寸設(shè)定為0.4 m×0.4 m×0.4 m，總網(wǎng)格數(shù)為596 848個。

為了達(dá)到研究目的，共設(shè)置了3 組火災(zāi)數(shù)值模擬工況，分別研究著火層中著火防火分區(qū)安全出口和與著火防火分區(qū)相鄰的安全出口處的煙氣溫度和能見度，以及各非著火層中西側(cè)和東側(cè)防火分區(qū)的安全出口處的煙氣溫度和能見度?；鹪淳挥?層?xùn)|側(cè)防火分區(qū)內(nèi)，考慮最不利情況，假設(shè)辦公區(qū)域通向前室的防火門和前室通向樓梯間的防火門火災(zāi)情況下均不能關(guān)閉，辦公場所內(nèi)的自動噴水滅火系統(tǒng)無法正常啟動，模擬時間1 800 s。

工況1 為2 個防火分區(qū)共用前室和疏散樓梯，無法確定前室和疏散樓梯屬于哪個防火分區(qū)，如圖2a所示；工況2為著火防火分區(qū)借用與其相鄰的2 層西側(cè)防火分區(qū)的前室和疏散樓梯，前室和疏散樓梯屬于2層西側(cè)防火分區(qū)，如圖2b所示；工況3為2 個防火分區(qū)共用疏散樓梯，無法確定疏散樓梯屬于哪個防火分區(qū)，各防火分區(qū)分別獨(dú)立設(shè)置前室，如圖2c所示。

2 火災(zāi)煙氣模擬結(jié)果分析

2.1 模擬結(jié)果

根據(jù)模擬結(jié)果可知，火災(zāi)發(fā)生后，3組工況的蔓延路徑存在較大差異。

工況1 中煙氣蔓延路徑為，通過著火防火分區(qū)的外窗排出室外；或進(jìn)入本層前室，再由前室進(jìn)入樓梯間，通過樓梯間外窗排出室外或繼續(xù)沿樓梯間向上層蔓延至其他非著火樓層；或進(jìn)入本層前室，再由前室進(jìn)入與著火防火分區(qū)相鄰的2層西側(cè)防火分區(qū)。

工況2 中煙氣蔓延路徑為，通過著火防火分區(qū)的外窗排出室外；或通過用于分隔東側(cè)、西側(cè)防火分區(qū)的防火墻上的門洞蔓延至相鄰防火分區(qū)，再由相鄰防火分區(qū)蔓延至前室和樓梯間，然后通過樓梯間外窗排出室外或繼續(xù)沿樓梯間向上層蔓延至其他非著火樓層。

工況3 中煙氣蔓延路徑為，通過著火防火分區(qū)的外窗排出室外；或進(jìn)入本層前室，再由前室進(jìn)入樓梯間，然后通過樓梯間外窗排出室外或繼續(xù)沿樓梯間向上層蔓延至其他非著火樓層。

各工況模擬結(jié)果如表1所示。

2.2 溫度分析

根據(jù)表1 分析3 組工況下安全出口處的煙氣溫度。工況1和工況3中著火防火分區(qū)的安全出口處的煙氣溫度達(dá)到60℃時所需時間相當(dāng)，工況2 比工況1和工況3 的時間長。工況2 和工況3 在模擬時間內(nèi)與著火防火分區(qū)相鄰防火分區(qū)的安全出口處的溫度均未達(dá)到60℃，工況1 在起火后10 min 左右與著火防火分區(qū)相鄰防火分區(qū)的安全出口處的溫度就達(dá)到60℃。各工況非著火層各防火分區(qū)安全出口處的煙氣溫度在模擬時間均未達(dá)到60℃。

由上述分析可知，無論是采用共用安全出口還是借用安全出口，對著火防火分區(qū)安全出口處的煙氣溫度都沒有影響，著火防火分區(qū)安全出口處的煙氣溫度只與火源和安全出口之間的距離有關(guān)，與著火防火分區(qū)相鄰的防火分區(qū)的安全出口處的煙氣溫度與安全出口的形式相關(guān)，因?yàn)榘踩隹诘男问街苯佑绊憻煔饴拥穆窂?。工況1 中，煙氣由著火防火分區(qū)安全出口進(jìn)入前室，因?yàn)橹鸱阑鸱謪^(qū)與相鄰防火分區(qū)共用前室，因此相鄰防火分區(qū)的安全出口也會受到影響，在10 min 左右相鄰的防火分區(qū)安全出口處的溫度就已經(jīng)會對人員疏散造成威脅；工況2中，煙氣先由借用安全出口向相鄰防火分區(qū)蔓延，再由相鄰防火分區(qū)向前室蔓延，煙氣進(jìn)入前室的時間晚于工況1，在模擬時間內(nèi)相鄰防火分區(qū)安全出口處的煙氣溫度未達(dá)到60℃；工況3中，由于著火防火分區(qū)和相鄰防火分區(qū)分別設(shè)置前室，煙氣由著火防火分區(qū)安全出口進(jìn)入前室，再由前室進(jìn)入樓梯間，通過樓梯間向其它樓層蔓延，因此對與著火防火分區(qū)相鄰的防火分區(qū)沒有造成影響。

表1 各工況模擬結(jié)果Tab.1 Simulation Results of Various Working Conditions

圖2 火災(zāi)煙氣模擬模型Fig.2 Fire Smoke Simulation Model

2.3 能見度分析

根據(jù)表1 分析3 組工況下安全出口處的能見度。工況1、2、3中著火防火分區(qū)的安全出口處的煙氣能見度開始降低和降低至5 m 以下的時間相當(dāng)；工況1 中與著火防火分區(qū)相鄰的防火分區(qū)的安全出口處的煙氣能見度先于工況2 開始下降，工況3 在模擬時間內(nèi)與著火防火分區(qū)相鄰防火分區(qū)的安全出口處的煙氣能見度始終沒有降低。工況1和工況3非著火層各防火分區(qū)安全出口處的能見度先于工況2開始下降。

由上述分析可知，無論是采用共用安全出口還是借用安全出口，對著火防火分區(qū)安全出口處的煙氣能見度都沒有影響。與著火防火分區(qū)相鄰的防火分區(qū)的安全出口處的煙氣能見度與安全出口的形式相關(guān)，因?yàn)榘踩隹诘男问街苯佑绊憻煔饴拥穆窂?。工況2中一部分煙氣先向與著火防火分區(qū)相鄰的防火分區(qū)蔓延，再進(jìn)入相鄰分區(qū)的前室，而工況1中煙氣由著火防火分區(qū)直接蔓延至共用前室，因此工況2 中與著火防火分區(qū)相鄰防火分區(qū)的安全出口處的能見度開始下降和降低到5 m 以下的時間都遲于工況1。工況2 中由于著火防火分區(qū)的煙氣會先向與著火防火分區(qū)相鄰防火分區(qū)蔓延，再進(jìn)入本分區(qū)的前室和樓梯間向非著火層蔓延，而工況1和工況3中煙氣是直接通過前室、樓梯間蔓延至非著火層，縱向上工況2 中煙氣量和蔓延速度都明顯小于工況1 和工況3，因此，工況1 和工況3非著火層各防火分區(qū)安全出口處的能見度先于工況2開始下降。

各工況中著火層在300 s、1 800 s 時煙氣蔓延情況如圖3、圖4所示。

圖3 300s時著火層煙氣蔓延情況Fig.3 The Spread of Smoke in the Fire Layer at 300 s

圖4 1800s時著火層煙氣蔓延情況Fig.4 The Spread of Smoke in the Fire Layer at 1800 s

3 結(jié)論

⑴通過分析火災(zāi)情況下的煙氣溫度和能見度可知，借用安全出口比共用安全出口的安全性要高，分別獨(dú)立設(shè)置前室的共用疏散樓梯比合用前室的共用疏散樓梯的安全性高。設(shè)計(jì)時應(yīng)優(yōu)先采用借用安全出口的設(shè)計(jì)方案，如必須采用共用安全出口，則每個防火分區(qū)應(yīng)分別設(shè)置獨(dú)立前室，防火分區(qū)通向前室的門、前室通向樓梯間的門建議采用甲級防火門。

⑵辦公區(qū)域通向前室的防火門和前室通向疏散樓梯的防火門，其完好性和有效性對辦公區(qū)人員安全疏散的影響很大?；馂?zāi)情況下，如防火門失效，則疏散樓梯及其前室無法在人員安全疏散到室外前始終處于安全狀態(tài)。因此應(yīng)加強(qiáng)防火門的維護(hù)管理，確?；馂?zāi)時防火門處于常閉狀態(tài)。