当建筑物内某一房间发生火灾,并达到轰燃时,沿走廊的门窗被破坏,导致浓烟、火焰涌向走廊。若走廊的吊顶上或墙壁上未设有效的阻烟、排烟设施,则烟气就会继续向前室蔓延,进而流向楼梯间。另外,发生火灾时,人员的疏散行动路线,也基本上和烟气的流动路线相同,即:房间→走廊→前室→楼梯间。因此,烟气的蔓延扩散,将对火灾层人员的安全疏散形成很大的威胁。为了保障人员疏散安全,最好能够使疏散路线上各个空间的防烟、防火性能逐步提高,而楼梯间的安全性达到最高。为了阐明疏散路线的安全可靠,需要把疏散路线上的各个空间划分为不同的区间,称为疏散安全分区,简称安全分区,并依次称之为第一安全分区、第二安全分区等。离开火灾房间后先要进入走廊,走廊的安全性就高于火灾房间,故称走廊为第一安全区;依此类推,前室为第二安全分区,楼梯间为第三安全分区。一般说来,当进入第三安全分区,即疏散楼梯间,即可认为达到了相当安全的空间。安全分区的划分如图1-24所示。
图1-24 安全分区示意图
如前所述,进行安全分区设计,主要目的是为了人员疏散时的安全可靠,而安全分区的设计,也可以减少火灾烟气进入楼梯间,并防止烟火向上层扩大蔓延。进一步讲,安全分区也为消防灭火活动提供了场地和进攻路线。
一类高层民用建筑及高度超过32m的二类高层民用建筑及高层厂房等要设防烟楼梯间。这样,建筑物的走廊为第一安全分区,防烟前室为第二安全分区,楼梯间为第三安全分区。由于楼梯间不能进入烟气,所以,人员疏散进入防烟楼梯间,便认为到达安全之地。
为了保障各个安全分区在疏散过程中的防烟、防火性能,一般可采用外走廊,或在走廊的吊顶上和墙壁上设置与感烟探测器联动的防排烟设施,设防烟前室和防烟楼梯间。同时,还要考虑各个安全分区的事故照明和疏散指示等,为火灾中的人员创造一条求生的安全路线。
建筑物发生火灾时,人员疏散时间的组成如图1-25所示。由图可见,人员疏散过程可分解为三个阶段:察觉火警、决策反应和疏散运动。实际需要的疏散时间 t RSET 取决于火灾探测报警的敏感性和准确性 t awa ,察觉火灾后人员的决策反应 t pre ,以及决定开始疏散行动后人员的疏散流动能力 t mov 等,即
t RSET = t awa + t pre + t mov (1-1)
图1-25 火灾时人员疏散时间
一旦发生火灾等紧急状态,需保证建筑物内所有人员在可利用的安全疏散时间 t ASET 内,均能到达安全的避难场所,即:
t RSET < t ASET (1-2)
如果剩余时间即 t ASET 和 t RSET 之差大于0,则人员能够安全疏散。剩余时间越长,安全性越大;反之,安全性越小,甚至不能安全疏散。因此,为了提高安全度,就要通过安全疏散设计和消防管理来缩短疏散开始时间和疏散行动所需的时间;同时延长可利用的安全疏散时间 t ASET 。
可以利用的安全疏散时间 t ASET ,即自火灾开始,至由于烟气的下降、扩散、轰燃的发生以及恐慌等原因而致使建筑及疏散通道发生危险状态为止的时间。
建筑物可以利用的安全疏散时间与建筑物消防设施装备及管理水平、安全疏散设施、建筑物本身的结构特点、人员行为特点等因素密切相关。可利用的安全疏散时间一般只有几分钟。对于高层民用建筑,通常只有5~7min;对于一、二级耐火等级的公共建筑,允许疏散时间通常只有6min;对于三、四级耐火等级的建筑,可利用安全疏散时间只有2~4min。
(1)火场空气温度的影响 建筑物火灾时,受到来自建筑物火灾现场辐射热的影响,不仅人员疏散能力急剧下降,疏散人员的身体也将会受到致命的伤害。
由于辐射热的数据难以直观地获得,常用火场空气温度来确定可利用的安全疏散时间。也可利用高于人眼特征高度(1.2~1.8m)的烟气层的平均烟气温度来反映辐射热对人员可利用安全疏散时间的影响。基本上,当人眼特征高度以上的烟气温度为180℃,便可构成对人员的伤害。当烟气层面低于人眼特征高度时,对人的危害将是直接烧伤或吸入热气体引起的,此时烟气的临界温度略低,为110~120℃。
(2)有害烟气成分的影响 根据对火灾中人员死亡原因的调查得知,烟气的毒性和烟尘颗粒堵塞呼吸通道,是造成火灾中人员窒息死亡的主要原因之一。在起火区,烟气的窒息作用还会造成人的不合理或无效的行为,如无目的地奔跑,在出口处用手抓门框而不是拧把手,返回建筑物,重返起火区等。
烟气对人员行为的抑制作用与受灾者在建筑物内对疏散通道的熟悉程度有很大关系。对于那些不熟悉建筑物的人来说,烟会造成心理上的不安。对于熟悉建筑物结构的人来讲,也要受到某些生理因素的影响,如降低步行速度和呼吸困难、流眼泪等,但心理上的影响不大。在起火建筑物内,为抵达安全场所,对于十分熟悉疏散路线的人来说,所谓疏散的减光系数可规定为是大部分研究人员开始发生心理动摇的0.5/m。由于烟气的减光作用,能见度下降,人的行走速度减慢。刺激性的烟气环境更加剧了人员行走速度的降低。当在熟悉的建筑物内,烟气的减光系数达到心理动摇的极限0.5/m时的步行速度为0.3m/s,与闭目状态的步行速度相同。
对于不熟悉建筑物的人来讲,疏散的最小可见距离可以是3~4m,对不熟悉建筑物的人来讲,如商业大厅、地下街的顾客、旅馆的旅客等,可见距离有必要确保在13m以上。
据对多次火灾的经验和学者们的实验观察,疏散时允许的烟浓度或必要的可见度列于表1-5。严格来讲,可见度并非是只由烟浓度来决定的,在有烟的环境中,可见度还受目标的亮度、颜色、环境和通道的亮度等因素的影响。所以烟浓度和可见度的对应关系不是绝对的。在实际的火灾情况中,情况可能比较复杂。比如在疏散通道中当烟的中性面降到视线以下时,直立行走会搅乱周围的烟,造成自身四周的小环境什么也看不见。所以上述值不能适用于所有场合。
表1-5 允许烟浓度与必要的可见度
(3)其他因素 就安全疏散而言,火灾室内疏散通道的结构安全也是非常重要的。特别是如果建筑物大量采用了火灾时易于破损的玻璃,易于溶解和软化的塑料,或者其他易破损飞落的构件,有可能落在疏散人员的头上,而危及他们的安全。
以上的影响因素之间也是互相有联系的,以目前的技术水平进行参数的确定和计算还有一些难度。国外以烟气的下降高度距地面为1.8m作为可利用的安全疏散时间的一个判据,是有科学根据的,在一定程度上简化了火灾危险性的评价过程。也可以利用下式计算火灾烟气蔓延状态下最小的清晰高度,并以此判断可利用的安全疏散时间
H q =1.6+0.1 H (1-3)
式中 H q ——最小清晰高度,m;
H ——排烟空间的建筑高度,m。
疏散开始时间是由火灾发现方法、报警方法、发现火警人员的心理和生理状态、起火场所与发现人员位置、疏散人员状况、建筑物形态及管理状况、疏散诱导手段等条件决定的。疏散行动所需时间受建筑中疏散人员的行动能力、疏散通道的形状和布局、疏散指示、疏散诱导以及应急照明系统的设置等因素的影响。而危险来临时间会受建筑的形状、内装修情况、防排烟设施性能、自动喷水灭火装置及防火分区的设置状况等的限制。
(1)确认火警所需的时间 火警确认阶段所需时间包含从起火、发出火警信息直到建筑物内居留人员确认了火警信息所需的时间。受建筑物内传递火灾信息的手段、火源和楼内人员的位置关系、建筑物内滞留人员的行为特点等因素影响,火警的确认可能是通过烟味的刺激、亲自听见或看见火灾的发生、通过自动报警系统或他人传来的信息等。
(2)疏散决策反应时间 发现火警后,建筑物内滞留的待疏散人员在疏散行动开始前的决策反应时间,对于整个人员疏散行为过程的影响非常重要。可借助疏散行动开始时间参数 t pre 对其进行评价。其中人的生理及心理特点、火灾安全的教育背景和经验、当时的工作状态等因素,对疏散行动开始前的决策过程起着非常重要的制约作用。
(3)疏散行动所需时间 一旦决定开始疏散行动之后,不考虑人员个人心理特征等行为因素的影响,疏散行动所需时间的影响因素主要有人员步行速度、疏散通道的流动能力、疏散空间的几何特征等。
①人员步行速度 一旦决定开始疏散行动之后,疏散人员将不断调整自己的行为决策,以受到的约束和障碍程度最小为原则,争取在最短的时间内到达当前的安全目标。建筑空间中人流密度是制约人员疏散行为心理和疏散流动能力的一个至关重要的因素。
在日常生活中,人的步行参数是随环境状态而变化的。统计资料表明,在市街上的步行速度通常在1~2m/s,步速的平均值为1.33m/s。上班或上学时,在时间压力下人们通常走得比较快,下班时则大约比上班时慢10%。
性别和年龄、烟气浓度、疏散通道照度对步行速度也有一定的影响。各种情况下的步速可参考表1-6。
表1-6 步行速度
②疏散通道的群集流动系数 我们用群集流动系数来描述人群通过某一疏散通道空间断面的流动情况。群集流动系数等于单位时间内单位空间宽度通过的人数,其单位是人/(m·s)。
安全疏散距离一般是指从房间门(住宅户门)到最近的外部出口或楼梯间的最大允许距离。限制安全疏散距离的目的,在于缩短疏散时间,使人们尽快疏散到安全地点。根据建筑物使用性质以及耐火等级情况的不同,对安全疏散的距离也会提出不同要求,以便各类建筑在发生火灾时,人员疏散有相应的保障。
(1)直通疏散走道的房间疏散门至最近安全出口的直线距离不应大于表1-7的规定。
表1-7 直通疏散走道的房间疏散门至最近安全出口的直线距离
注:1.建筑物内开向敞开式外廊的房间疏散门至最近安全出口的直线距离可按本表的规定增加5m。
2.直通疏散走道的房间疏散门至最近敞开楼梯间的直线距离为:当房间位于两个楼梯间之间时,应按本表的规定减少5m;当房间位于袋形走道两侧或尽端时,应按本表的规定减少2m。
3.建筑物内全部设置自动喷水灭火系统时,其安全疏散距离可按本表的规定增加25%。
(2)楼梯间应在首层直通室外,确有困难时,可在首层采用扩大的封闭楼梯间或防烟楼梯间前室。当层数不超过4层且未采用扩大的封闭楼梯间或防烟楼梯间前室时,可将直通室外的门设置在离楼梯间不大于15m处。
(3)房间内任一点至房间直通疏散走道的疏散门的直线距离,不应大于表1-7规定的袋形走道两侧或尽端的疏散门至最近安全出口的直线距离。
(4)一、二级耐火等级建筑内疏散门或安全出口不少于2个的观众厅、展览厅、多功能厅、餐厅、营业厅等,其室内任一点至最近疏散门或安全出口的直线距离不应大于30m;当疏散门不能直通室外地面或疏散楼梯间时,应采用长度不大于10m的疏散走道通至最近的安全出口。当该场所设置自动喷水灭火系统时,室内任一点至最近安全出口的安全疏散距离可分别增加25%。
(5)除《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)另有规定外,公共建筑内疏散门和安全出口的净宽度不应小于0.90m,疏散走道和疏散楼梯的净宽度不应小于1.10m。
高层公共建筑内楼梯间的首层疏散门、首层疏散外门、疏散走道和疏散楼梯的最小净宽度应符合表1-8的规定。
表1-8 高层公共建筑内楼梯间的首层疏散门、首层疏散外门、疏散走道和疏散楼梯的最小净宽度
(6)人员密集的公共场所、观众厅的疏散门不应设置门槛,其净宽度不应小于1.40m,且紧靠门口内外各1.40m范围内不应设置踏步。
人员密集的公共场所的室外疏散通道的净宽度不应小于3.00m,并应直接通向宽敞地带。
(7)剧场、电影院、礼堂、体育馆等场所的疏散走道、疏散楼梯、疏散门、安全出口的各自总净宽度,应符合下列规定。
①观众厅内疏散走道的净宽度应按每100人不小于0.60m计算,且不应小于1.00m;边走道的净宽度不宜小于0.80m。
布置疏散走道时,横走道之间的座位排数不宜超过20排。纵走道之间的座位数:剧场、电影院、礼堂等,每排不宜超过22个;体育馆,每排不宜超过26个。前后排座椅的排距不小于0.90m时,可增加1.0倍,但不得超过50个;仅一侧有纵走道时,座位数应减少一半。
②剧场、电影院、礼堂等场所供观众疏散的所有内门、外门、楼梯和走道的各自总净宽度,应根据疏散人数按每100人的最小疏散净宽度不小于表1-9的规定计算确定。
表1-9 剧场、电影院、礼堂等场所每100人所需最小疏散净宽度
③体育馆供观众疏散的所有内门、外门、楼梯和走道的各自总净宽度,应根据疏散人数按每100人的最小疏散净宽度不小于表1-10的规定计算确定。
表1-10 体育馆每100人所需最小疏散净宽度
注:本表中对应较大座位数范围按规定计算的疏散总净宽度,不应小于对应相邻较小座位数范围按其最多座位数计算的疏散总净宽度。对于观众厅座位数少于3000个的体育馆,计算供观众疏散的所有内门、外门、楼梯和走道的各自总净宽度时,每100人的最小疏散净宽度不应小于表1-9的规定。
④有等场需要的入场门不应作为观众厅的疏散门。
(8)除剧场、电影院、礼堂、体育馆外的其他公共建筑,其房间疏散门、安全出口、疏散走道和疏散楼梯的各自总净宽度,应符合下列规定。
①每层的房间疏散门、安全出口、疏散走道和疏散楼梯的各自总净宽度,应根据疏散人数按每100人的最小疏散净宽度不小于表1-11的规定计算确定。当每层疏散人数不等时,疏散楼梯的总净宽度可分层计算,地上建筑内下层楼梯的总净宽度应按该层及以上疏散人数最多一层的人数计算;地下建筑内上层楼梯的总净宽度应按该层及以下疏散人数最多一层的人数计算。
表1-11 每层的房间疏散门、安全出口、疏散走道和疏散楼梯的每100人最小疏散净宽度
②地下或半地下人员密集的厅、室和歌舞娱乐放映游艺场所,其房间疏散门、安全出口、疏散走道和疏散楼梯的各自总净宽度,应根据疏散人数按每100人不小于1.00m计算确定。
③首层外门的总净宽度应按该建筑疏散人数最多一层的人数计算确定,不供其他楼层人员疏散的外门,可按本层的疏散人数计算确定。
④歌舞娱乐放映游艺场所中录像厅的疏散人数,应根据厅、室的建筑面积按不小于1.0人/m 2 计算;其他歌舞娱乐放映游艺场所的疏散人数,应根据厅、室的建筑面积按不小于0.5人/m 2 计算。
⑤有固定座位的场所,其疏散人数可按实际座位数的1.1倍计算。
⑥展览厅的疏散人数应根据展览厅的建筑面积和人员密度计算,展览厅内的人员密度不宜小于0.75人/m 2 。
⑦商店的疏散人数应按每层营业厅的建筑面积乘以表1-12规定的人员密度计算。对于建材商店、家具和灯饰展示建筑,其人员密度可按表1-12规定值的30%确定。
表1-12 商店营业厅内的人员密度
(1)住宅建筑的安全疏散距离应符合下列规定。
①直通疏散走道的户门至最近安全出口的直线距离不应大于表1-13的规定。
表1-13 住宅建筑直通疏散走道的户门至最近安全出口的直线距离
注:1.开向敞开式外廊的户门至最近安全出口的最大直线距离可按本表的规定增加5m。
2.直通疏散走道的户门至最近敞开楼梯间的直线距离,当户门位于两个楼梯间之间时,应按本表的规定减少5m;当户门位于袋形走道两侧或尽端时,应按本表的规定减少2m。
3.住宅建筑内全部设置自动喷水灭火系统时,其安全疏散距离可按本表的规定增加25%。
4.跃廊式住宅的户门至最近安全出口的距离,应从户门算起,小楼梯的一段距离可按其水平投影长度的1.50倍计算。
②楼梯间应在首层直通室外,或在首层采用扩大的封闭楼梯间或防烟楼梯间前室。层数不超过4层时,可将直通室外的门设置在离楼梯间不大于15m处。
③户内任一点至直通疏散走道的户门的直线距离不应大于表1-13规定的袋形走道两侧或尽端的疏散门至最近安全出口的最大直线距离。跃层式住宅,户内楼梯的距离可按其梯段水平投影长度的1.50倍计算。
(2)住宅建筑的户门、安全出口、疏散走道和疏散楼梯的各自总净宽度应经计算确定,且户门和安全出口的净宽度不应小于0.90m,疏散走道、疏散楼梯和首层疏散外门的净宽度不应小于1.10m。建筑高度不大于18m的住宅中一边设置栏杆的疏散楼梯,其净宽度不应小于1.0m。
避难层是超高层建筑中专供发生火灾时人员临时避难使用的楼层。如果作为避难使用的只有几个房间,则这几个房间称为避难间。
(1)建筑高度大于100m的公共建筑,应设置避难层(间)。避难层(间)应符合下列规定。
①第一个避难层(间)的楼地面至灭火救援场地地面的高度不应大于50m,两个避难层(间)之间的高度不宜大于50m。
②通向避难层(间)的疏散楼梯应在避难层分隔、同层错位或上下层断开。
③避难层(间)的净面积应能满足设计避难人数避难的要求,并宜按5.0人/m 2 计算。
④避难层可兼作设备层。设备管道宜集中布置,其中的易燃、可燃液体或气体管道应集中布置,设备管道区应采用耐火极限不低于3.00h的防火隔墙与避难区分隔。管道井和设备间应采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙与避难区分隔,管道井和设备间的门不应直接开向避难区;确需直接开向避难区时,与避难层区出入口的距离不应小于5m,且应采用甲级防火门。
避难间内不应设置易燃、可燃液体或气体管道,不应开设除外窗、疏散门之外的其他开口。
⑤避难层应设置消防电梯出口。
⑥应设置消火栓和消防软管卷盘。
⑦应设置消防专线电话和应急广播。
⑧在避难层(间)进入楼梯间的入口处和疏散楼梯通向避难层(间)的出口处,应设置明显的指示标志。
⑨应设置直接对外的可开启窗口或独立的机械防烟设施,外窗应采用乙级防火窗。
(2)高层病房楼应在二层及以上的病房楼层和洁净手术部设置避难间。避难间应符合下列规定(图1-26)。
图1-26 高层病房楼设置避难间的平面示意图
①避难间服务的护理单元不应超过2个,其净面积应按每个护理单元不小于25.0m 2 确定。
②避难间兼作其他用途时,应保证人员的避难安全,且不得减少可供避难的净面积。
③应靠近楼梯间,并应采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙和甲级防火门与其他部位分隔。
④应设置消防专线电话和消防应急广播。
⑤避难间的入口处应设置明显的指示标志。
⑥应设置直接对外的可开启窗口或独立的机械防烟设施,外窗应采用乙级防火窗。