地下建筑的消防安全防火设计探讨

应志刚 蔡海宇 陈思思

0 引言

地下建筑最大限度地利用了建筑物的竖向空间，有效地缓解了城市用地紧张的问题。建筑设计中，考虑到地下建筑火灾特点突出、危害性较大等因素，需积极分析其火灾影响因素，开展地下建筑的防火设计，保证地下建筑的消防安全。

1 地下建筑火灾特点

1.1 燃烧特点

火灾对于建筑物的使用具有较大危害，并且其严重影响着建筑使用者的人身安全和财产安全。当地下建筑发生火灾时，外界通风状况对于火灾的燃烧状况、危害程度具有较大影响。相比地上建筑，地下建筑的出入口较少，通风状况较差，这使得地下建筑本身具有氧气供给不充分的特征；在这种条件下，一旦发生火灾，则不完全燃烧现象较为明显，不完全燃烧会产生浓烈的烟雾，这些烟雾主要是通过出入口向外排放的。出入口是地下建筑新鲜空气输入的通道，受向外排放烟雾影响，新鲜空气的输入会受到影响，这使得地下建筑的不完全燃烧现象更显明显。另外在地面风向、风速等因素的影响下，地下建筑内部烟气流动状况也会变得更加复杂，一般在具有两个或以上出入口的地下建筑中，发生火灾时会自然地形成排烟口和进风口。此外，随着出入口的增加，地下空气中氧气含量丰富，这会大大加快火灾的燃烧速度。

1.2 疏散困难

地下建筑发生火灾时，人员疏散较为困难。（1）地下建筑的出入口相对较少，疏散步行距离相对较长，且在发生火灾时，电梯等工具均无法使用，这对地下建筑的人员疏散造成了较大影响。（2）地下建筑烟雾扩散实验表明，当地下建筑使用倾斜面吊顶时，发生火灾使得浓烟流速可达到3m/s。在没有排烟设备的支撑下，出入口即是火灾下的排烟口，这造成了排烟口与人们疏散方向一致的问题；致使疏散逃生人员容易受高温浓烟影响。同时地下建筑基本没有自然采光，在发生火灾时，地下建筑的电力系统容易受到影响，此时在黑暗与火灾浓烟的双重作用下，人员疏散的难度会大大增加，尤其是当人们的视距不到3m 时，很难逃离火灾现场。（3）伴随着火灾燃烧现象，地下建筑内的缺氧问题会愈发明显，同时不完全燃烧所产生的一氧化碳还会使得人体中毒，这些问题均增加了地下建筑人员疏散的难度，有必要积极防范地下建筑火灾，并加强火灾下的人员疏散管理，避免造成较大人员伤亡和财产损失。

1.3 扑救困难

扑救困难是地下建筑火灾的主要特征。一方面，结合建筑施工应用实际可知，地下建筑多被用来作为设备间、储物间、商场、停车场，建筑内的电气线路及管道较为密集，且装饰多为易燃、可燃的材料，这大大加快了火灾的蔓延速度。另一方面，受出入口较少等因素的影响，消防人员的现场指挥和火灾救援速度会受到较大影响，放缓了火灾救援的速度；另外，火灾发生时较为混乱的逃生人群也会给救援工作带来加大影响，增加了地下建筑火灾扑救的难度。

2 地下建筑消防安全防火设计思路

2.1 任务目标

地下建筑火灾不仅会造成较为严重的人员伤亡和财产损失，而且会对周围的环境造成较大污染；针对可能出现的地下建筑火灾危害，应积极开展消防安全防火设计。从本质上讲，消防安全防火设计是一种事故应急救援设计，其设计的核心目标在于：通过切实有效的应急救援方案和救援行动，最大限度降低事故后果。火灾救援过程中，抢救受害人员是最基本的任务，其要求采取切实有效的措施，规范开展现场救急和转送工作，减少人员伤亡，并减少火灾事故下的财产损失。

2.2 思路要求

地下建筑应用中，火灾的发生具有突然性、高危性的特征。发生火灾后，首先，应组织人员及时地进行撤离，减少火灾对人员的伤害。其次，应迅速地控制事态，检测事故造成的危害，测定火灾事故的危害区域；该环节中，应重视危险源的控制，避免火灾事故进一步扩张，为后期救援奠定良好基础。最后，在消除危险后，应做好火灾现场的恢复，一般在火灾现场恢复中，应通过封闭、隔离、洗消、检测等方式，控制和减少火灾对人体、动植物、土壤和空气造成的危害，最终将事故现场恢复到相对稳定的状态。

为从源头上预防或减少火灾发生，在地下建筑消防安全防火设计的初期阶段，就必须注重建筑耐火等级的设计。以高层建筑为例，其在设计中应按照一二级的差异进行建筑耐火等级设计，具体设计中，还应注重建筑构件燃烧性能和耐火极限的细化分析（见表1）。值得注意的是，在建筑消防安全防范设计中，还应考虑火灾发生后的自救和火灾扑救设计。在火灾救援设计中，要求通过减少燃烧源、隔断火灾蔓延、使用灭火器具消除火源的方式及进行扑救，该环节中，要求积极预防中毒、坍塌、坠落、触电等问题，避免火灾造成较大危害。

表1 建筑构件燃烧性能及耐火极限

3 地下建筑的消防安全防火设计要点

3.1 防火分区设计

结合工程建设实际可知，当前地下建筑的建设规模逐渐增多，建筑层数逐渐增多，除商业服务外，这些地下建筑在文化娱乐服务中也发挥着重要作用，另外一些地下建筑还被作为车库，设备间，这些地下建筑人员密集，设备管线众多，且存在较多的可燃物，故而在地下建筑消防安全防火设计中，先应开展地下建筑的防火分区设计。

尽可能地减少防火分区的面积是地下建筑防火分区设计的基本要求，其能有效地减少火灾所带来的损害。结合防火分区设计应用实际可知，当发生火灾时，通过关闭防火门、防火卷帘等措施，已能避免火灾向其他区域蔓延。在一定程度上，这种借助防火门的方式能将火灾带来的损失控制在绩效的范围之内，但是考虑到该设计方式后期建设投资较高的特征，需在同一个防火分区中涉及多个小空间，以此来实现防火效果与经济效益的统一。

对比地面建筑防火分区设计，地下建筑在防火分区划分中更加严格，考虑到建筑功能的差异，其防火分区的划分也有较大差异。通常在地下建筑消防安全防火设计中，要求其防火分区的面积保持在500m以内，并且在划分的防火分区中，应配置系统完善的防火设施，如火灾报警、自动喷水灭火系统等。当地下建筑物有特殊用途，在开展防火分区设计过程中，要求配置性能突出的防烟、排烟设备，一般防烟分区的面积多保持在2 000m以内。另外地下建筑面积较大，且已经超过20 000m时，在具体设计中，还应考虑以下要点：（1）在防火分区设计中，要求采用不开设门窗、洞口的防火墙进行分割，以此来减少不同区域之间火灾蔓延的问题。（2）应做好防火隔间、避难走道的设计，其中在防火隔间设计中，要求重视实体防火墙的设计，同时应配置甲级防火门，确保地下建筑发生火灾时，通过防火墙、防火门的应用，能有效减小火灾的危害。避难走道设计中，要求走道的两侧为防火墙，同时在一些局部的连接区域，应重视敞开式甲级防火门的设计，这些防火门应具有自行关闭功能，满足后期火灾救援需要。

3.2 防烟排烟设计

地下建筑火灾多为不完全燃烧，伴随着火灾，地下建筑内的烟雾较为浓烈，对此应将防烟、排烟设计作为地下建筑消防安全设计的重点，积极开展防烟分区、排烟口、风道等要素的设计，同时应做好自然排烟、机械排烟、防烟楼梯间等要素的科学规划。

3.3 防烟分区

地下建筑消防安全防火设计中，防烟分区和防火分区设计具有相似性的特征；即在防烟分区设计中，要求其分区的面积尽可能地保持在500m以内，且防烟分区不得跨越防火分区，此外应保证防烟分区形状简单，避免两个街道的防烟分区发生混合，以此来提升防烟、排烟的整体效果。结合现阶段地下建筑设计应用实际可知，其防烟分区多是通过挡烟垂壁形成的，这种挡烟垂壁的蓄烟能力有限；当火灾突然发生，烟尘量急剧增加时，挡烟垂壁的排烟能力难以满足实际应用需要，故而在挡烟垂壁应用中需重视其与感烟探测器、排烟设备的联动应用。

3.4 排烟口与风道

完成地下建筑防烟分区设计后，还应为每个防烟分区设计一定的排烟口，要求每个防烟分区的排烟口不少于1个。现阶段，排烟口多被设计在吊顶面上或其他排烟效果较好的区域；并且为保证地下建筑的排烟效果，一些地下建筑中还配置了机械排烟设备，要求加强这些机械排烟设备与挡烟垂壁的结合，在此过程中，应为机械排烟设备设置必要的排烟口，满足地下建筑排烟需要。传统设计模式下，一些地下建筑的出入口即为排烟口，这使得火灾事故下的人员疏散受到了较大影响，新时期，为提升地下建筑防火、排烟效果，还应注重出入口和排烟口风道的独立设计，这样能确保即便在火灾情况下出入口也没有浓烟，确保了人们的安全性。

3.5 排烟方式

建筑消防安全防火设计中，还应注重排烟方式的系统设计。现阶段，自然排烟、机械排烟是地下建筑消防安全防火设计的重要方式。其中，若地下建筑具有较大的排烟口，排烟口的面积占到地下建筑面积1/50 时，一般设计采用自然排烟方式。该方式下，应重视自然排烟设施的合理安排，避免地面风从排烟口倒灌入地下建筑当中；出于这一考虑，在排烟口设计阶段，还应确保其高出地面，这样不仅能增加排烟的效果，而且能减少外界风力等因素对排烟效果的影响。值得注意的是，在自然排烟方式下，烟尘的流动方向难以控制，即便存在排烟口，出入口也有可能成为排烟口，这影响了火灾救援及人员疏散工作的开展。对此在出口部位设置自然排烟通道时，还应注重垂壁挡烟设施的应用。

3.6 防烟楼梯间

传统设计模式下，地下建筑消防安全防火设计往往会忽视防烟楼梯间的设计。新时期，应将防烟楼梯间作为关键设计内容，对防烟楼梯间的各个要素进行合理规划。通常，当地下建筑不少于3 层，或者到地下室内地面与室外出入口地坪高差超过10m 时，应为其设置防烟楼梯间，并且在防烟楼梯间设计中，还应注重其进风、排风系统的独立设计，以此来确保防烟楼梯间应用的安全性。

4 人员疏散设计

开展地下建筑消防安全防火设计，首要任务是保证地下建筑内人员的安全，避免人们因火灾而受到伤害。对此在实际设计中，应将人员疏散设计作为关键内容，从人员密度、疏散时间、疏散标准三个层面出发，进行人员疏散设计，最大限度地保证地下建筑人员安全。

4.1 人员密度

建筑工程项目开发建设中，受城市用地紧张等因素的影响，地下建筑的建设应用规模不断扩大，这些地下建筑作为商场、影剧院、游乐场、停车场，在城市经济发展和人们生活中发挥着重要作用。从地下建筑实际应用情况来看，当前地下建筑的人员密度较大，人员疏散较为缓慢，这使得发生火灾时容易造成一定的人员伤害。对此从地下建筑消防安全防火设计的角度来看，在实际设计中，应注重地下建筑人员密度的科学估算。

4.2 疏散时间

安全疏散设计是建筑消防安全设计的重要内容，在此项设计要素中，应注重疏散时间的系统分析。通常当地下建筑发生火灾时，应确保所有的人员能在最短的时间内疏散到地面或者避难处。在此过程中，除考虑地下建筑到安全出口最大步行距离外，还行注重通道宽度、出口数量的有效设计；此外设计师还应考虑地下建筑人员性质、火灾发生时人员行动能力等因素，这样才能实现疏散时间的准确把控，为火灾救援提供有效支撑。结合相关设计规范可知，当地下建筑发生火灾时，烟热等因素对人员的影响较大，故而人们应尽可能地在3min 内疏散到安全地点，这样能大大减少火灾对人员的伤害。

4.3 疏散标志

要进一步提升地下建筑消防安全防火设计质量，在人员疏散设计阶段，还应注重疏散标准的系统设计。疏散标志在地下建筑火灾救援中起到至关重要的作用。在实际设计中，针对疏散标准的设计，一方面，应严格控制火灾救援疏散标志高度的设计，要求该标志保持在距地面1.8m 左右，避免对正常的交通造成影响，同时应防止烟气遮挡标准。另一方面，发生火灾时，浓烟会严重影响人们的视线，在疏散标志设计中，应尽可能地使用发光性疏散标志，这样人们能有效辨识疏散标志，并顺着疏散标志快速疏散到安全区域，这大大减少了火灾危害，提升了消防安全防火设计应用的整体质量。

5 加强新能源汽车充电桩设计应用管理

随着国家鼓励新能源发展政策的不断出台，电动汽车行业得到迅猛发展，为满足新能源汽车充电需要，越来越多的地下建筑还配置了一定的新能源汽车充电桩。这满足了新能源汽车充电需要，但也给地下建筑带来一定的消防压力。对此在新能源汽车充电桩设计中，应系统考虑被充电车型，充电类别，车辆应用类型，进行充电桩电量及功率因数控制，实现新能源汽车充电与用电安全的统一。同时在新能源汽车充电桩应用中，要求严格按照充电桩数量进行防火分隔设计，要求在每个防火分区配置固定数量的新能源汽车充电桩，避免某一分区集中用电产生火灾隐患。另外还应通过智能监测技术对新能源汽车充电桩的应用进行监管，确保新能源汽车充电桩应用的安全性，保证地下建筑防火综合效益。

6 结语

火灾严重影响了地下建筑物使用的安全性，对于人们的生命安全和财产安全造成了极大威胁。新时期，工程设计师只有深刻认识到地下建筑火灾特征及消防安全方式设计要点，并从防火、排烟、人员疏散等层面开展细化设计，才能有效提升地下建筑消防安全设计质量，减少火灾危害，促进建筑工程的持续、稳定发展。