機(jī)場候機(jī)樓建筑防火設(shè)計(jì)與人員疏散安全

1、機(jī)場航站樓建筑防火設(shè)計(jì)與人員疏散安全北京市公安局消防局 袁寶平 吳濤 劉蓀首都機(jī)場擴(kuò)建工程指揮部 申寶珍中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所 劉文利摘要：機(jī)場航站樓建筑作為一種特殊的公共建筑，無論在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營方面都極為復(fù)雜，安全、便利、美觀是對其的基本需求。通過適當(dāng)?shù)姆阑鹪O(shè)計(jì)和管理措施，防止航站樓建筑火災(zāi)發(fā)生，控制火災(zāi)規(guī)模，及時(shí)撲滅火災(zāi)，保護(hù)人員疏散安全是機(jī)場建筑防火設(shè)計(jì)與管理的重要的目標(biāo)。本文結(jié)合火災(zāi)案例和性能化分析評估方法，分析論述機(jī)場航站樓建筑特征、火災(zāi)時(shí)影響人員疏散安全的因素，并提出防火安全對策。關(guān)鍵詞：航站樓建筑 防火安全 人員疏散1. 建筑特征與火災(zāi)特點(diǎn)分析機(jī)場航站樓作為特殊的一

2、種公共交通類建筑，安全、便利、美觀是對其的基本需求。近二十年來，隨著航空業(yè)的迅猛發(fā)展，機(jī)場航站樓以從過去的單一功能（辦票、候機(jī)、登機(jī)）逐步發(fā)展成功能多樣，面積巨大的建筑集合體。一般機(jī)場航站樓建筑包括以下功能區(qū)域：（1）旅客辦票區(qū)、離港區(qū)、到達(dá)區(qū)及迎客區(qū)域，人流集散區(qū)域，旅客候機(jī)及登機(jī)的區(qū)域；（2）與航空相關(guān)的商務(wù)設(shè)施，如航空公司辦公區(qū)、餐飲區(qū)和零售商店等。（3）行李交運(yùn)、行李傳輸處理、行李提取等區(qū)域；（5）與建筑運(yùn)營管理相關(guān)的設(shè)備用房等區(qū)域；（6）此外現(xiàn)代化的航站樓往往內(nèi)部還設(shè)置有現(xiàn)代化的內(nèi)部交通，外圍區(qū)域設(shè)置有大規(guī)模停車場。現(xiàn)代化的機(jī)場航站樓建筑多采用單一大屋頂結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式的建筑除

3、了通常表現(xiàn)為空間巨大，主入口靠近一側(cè)，大空間區(qū)域難以分隔劃分為不同的小空間，幾層空間相互連通等建筑特點(diǎn)。機(jī)場旅客航站樓建筑的使用功能、建筑特點(diǎn)，決定了其人員組成復(fù)雜，人員眾多，進(jìn)出港大廳出入口等處人員密度高，人員一般對建筑疏散出口、路徑及其他消防設(shè)施不熟悉。對于國際機(jī)場，往往包含眾多國籍和文化不同的人員，具有人員組成的國際性。一般認(rèn)為，機(jī)場航站樓建筑火災(zāi)荷載相對較低，管理水平相對較高，火災(zāi)較少發(fā)生。1996年4月11日，德國Dusseldorf機(jī)場航站樓發(fā)生了火災(zāi)，造成了17人死亡，62人受傷，并使機(jī)場關(guān)閉了3天半，這場火災(zāi)使人們深刻地認(rèn)識到機(jī)場航站樓火災(zāi)對人員生命的危害程度和后果是非常嚴(yán)重的

4、。由于機(jī)場建筑體形大、周邊長，這樣就往往限制了火災(zāi)救援的撲救面；不可分隔的巨大空間易造成火災(zāi)和煙氣的迅速蔓延；體量大，人員負(fù)荷高，導(dǎo)致人員疏散距離大，疏散寬度相對較少；此外，航站樓建筑與裝滿油料的飛機(jī)相貼鄰，墻體及玻璃區(qū)域以及其他建筑部分可能受到飛機(jī)氣流影響，存在著較大的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。上面提到的德國Düsseldorf機(jī)場旅客航站樓火災(zāi)發(fā)生在一層旅客到達(dá)大廳東端，火災(zāi)是由電焊工人在過道上進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)導(dǎo)致了首層吊頂上空聚苯乙烯保溫板被點(diǎn)燃引起的。由于火災(zāi)發(fā)生區(qū)域未設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，自火災(zāi)發(fā)生后約20min，火災(zāi)在首層迅速蔓延，擴(kuò)大至航站樓一層大部分區(qū)域，然后火災(zāi)通過未保護(hù)的樓梯和電梯

5、開口擴(kuò)展到二層?；馂?zāi)給樓梯間附近造成了巨大的破壞，最后濃烈的煙氣蔓延了二層和三層的2/3區(qū)域，煙氣還通過未保護(hù)的電梯擴(kuò)散到四層區(qū)域。經(jīng)過3個多小時(shí)，火災(zāi)才得到了徹底控制。據(jù)當(dāng)?shù)叵啦块T調(diào)查，死亡的17人中有7名死于停在一層的電梯（5個人在一部電梯，另兩個人在另一部電梯中），8名遇難者死于三層VIP休息廳，該層為一個夾層，可看到二層和出發(fā)層，另外2名遇難者死于衛(wèi)生間。2. 防火安全目標(biāo)與設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代化機(jī)場航站樓的建筑特征和火災(zāi)特點(diǎn)，決定了其防火設(shè)計(jì)難以依據(jù)傳統(tǒng)的規(guī)格式設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，給防火設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理以及防火監(jiān)督帶來了巨大的挑戰(zhàn)。也正基于機(jī)場航站樓功能的特殊性、復(fù)雜性以及使用人員的流動性和國際性

6、，目前大部分現(xiàn)代化機(jī)場航站樓采用了基于性能化的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行防火安全設(shè)計(jì)。一般地，性能化設(shè)計(jì)的目的在于防止火災(zāi)發(fā)生；及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情；通過適當(dāng)?shù)膱?bào)警系統(tǒng)及早發(fā)布火災(zāi)警報(bào)，保護(hù)樓內(nèi)人員；有組織、由計(jì)劃地將樓內(nèi)人員撤出；采取正確方法撲滅和/或控制大火；將商業(yè)損失和機(jī)場受到的破壞控制在一定范圍之內(nèi)；保護(hù)機(jī)場的名譽(yù)和財(cái)產(chǎn)等。性能化防火設(shè)計(jì)安全目標(biāo)至少應(yīng)包括以下幾部分：（1）保證建筑內(nèi)人員的疏散安全；（2）保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全；（3）保持機(jī)場運(yùn)行的連續(xù)性。性能化消防設(shè)計(jì)是借助消防安全工程學(xué)的方法和手段，在對具體建筑物的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r以及主動和被動防火措施的實(shí)際效果進(jìn)行個案評估的基礎(chǔ)上，確定該建筑所需要的消防措

7、施的設(shè)計(jì)方法。消防安全工程學(xué)是將最新的消防技術(shù)和火災(zāi)科學(xué)研究成果應(yīng)用于實(shí)際消防工程設(shè)計(jì)和安全評估的橋梁。它涉及火災(zāi)發(fā)展蔓延、煙氣流動及控制、火災(zāi)探測及撲救、建筑及材料對火反應(yīng)特性、人員疏散逃生、人員在火災(zāi)中的行為等有關(guān)的多個學(xué)科，包括物理、化學(xué)、心理學(xué)和社會學(xué)等。性能化的消防設(shè)計(jì)綜合考慮了火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展、煙氣的蔓延和控制、火災(zāi)的蔓延和控制、火災(zāi)探測和報(bào)警、主動和被動滅火措施以及人員的疏散等各個方面，因此能夠得出經(jīng)濟(jì)合理的消防設(shè)計(jì)方案，為設(shè)計(jì)人員提供更多的選擇余地，性能化的消防設(shè)計(jì)方法是國內(nèi)外消防設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢。目前世界眾多國家和地區(qū)，在進(jìn)行建筑消防設(shè)計(jì)，特別是一些復(fù)雜和新穎建筑的消防設(shè)計(jì)時(shí)

8、，性能化消防設(shè)計(jì)方法已被認(rèn)可并被廣泛采用。性能化消防設(shè)計(jì)分析方法常常應(yīng)用在以下幾個方面：火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估、消防設(shè)計(jì)安全評估、火災(zāi)發(fā)展和煙氣流動模擬、人員疏散分析、火災(zāi)探測和主動滅火系統(tǒng)控火效能評估、結(jié)構(gòu)防火安全性評估、制定綜合消防策略規(guī)劃等方面。3. 疏散設(shè)計(jì)與安全評估保證建筑內(nèi)人員疏散安全是機(jī)場航站樓建筑防火安全設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)，機(jī)場建筑疏散設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合航站樓建筑的特點(diǎn)、火災(zāi)特點(diǎn)以及人員組成特點(diǎn)，綜合考慮各方面影響因素，合理進(jìn)行疏散設(shè)計(jì)，保證火災(zāi)情況下人員疏散安全?；馂?zāi)時(shí)人員安全疏散設(shè)計(jì)是以建筑內(nèi)的人能夠脫離火災(zāi)危險(xiǎn)并獨(dú)立地步行到安全地帶為原則的，這是通過采取防止火災(zāi)蔓延和保護(hù)消防安全通道等防火措施

9、來實(shí)現(xiàn)的，即能夠?yàn)榻ㄖ械乃腥藛T提供足夠的時(shí)間疏散到安全的地點(diǎn)，整個疏散過程中不應(yīng)受到火災(zāi)的危害。評估疏散設(shè)計(jì)是否合理，人員是否安全，是看建筑中的所有人是否能夠在危險(xiǎn)到來前到達(dá)安全的地點(diǎn)。這樣疏散時(shí)間（RSET）及危險(xiǎn)到來時(shí)間（ASET）就成為了判定人們能否安全疏散的主要參數(shù)。如果ASET大于RSET則疏散是安全的，疏散設(shè)計(jì)合理；反之則不安全，需要修改調(diào)整設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)參數(shù)。即保證安全疏散的判定準(zhǔn)則為： RSET + TS ASET （式1）式中：RSET 疏散時(shí)間（或以tescape表示），即建筑中人員從疏散開始至全部人員疏散到安全區(qū)域所需要的時(shí)間。ASET 危險(xiǎn)到來時(shí)間（或以trisk表

10、示），即開始出現(xiàn)導(dǎo)致疏散人員生理或心理不可忍受情況的時(shí)間。Ts 安全裕度，即疏散設(shè)計(jì)所提供的安全余量。疏散時(shí)間（RSET）一般包括疏散開始時(shí)間（tstart）和疏散行動時(shí)間（taction）兩部分。 （式2）疏散開始時(shí)間又可分為從起火至人感知火的時(shí)間（ta，一般由探測和報(bào)警時(shí)間決定）和從感知火至開始疏散時(shí)間（tpre，即疏散人員預(yù)動作時(shí)間）兩階段。一般地，疏散開始時(shí)間與疏散人員類型、位置、狀態(tài)以及火災(zāi)探測系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、疏散誘導(dǎo)設(shè)置等因素緊密相關(guān)，此外還同起火場所、建筑布局及管理狀況等因素有關(guān)。疏散開始時(shí)間的預(yù)測多采用定性和定量分析相結(jié)合的方法，其中探測時(shí)間可根據(jù)建筑場所探測器或噴淋頭的不

11、同采用FPETool 模型進(jìn)行啟動時(shí)間定量預(yù)測。 （式3）疏散行動時(shí)間可分為從疏散開始至到達(dá)相對安全地點(diǎn)時(shí)間和從相對安全地點(diǎn)至避難區(qū)或室外時(shí)間兩階段。疏散行動時(shí)間同建筑出口分布、寬度，疏散距離，以及人員狀況等因素緊密相關(guān)。疏散行動時(shí)間的預(yù)測目前采用的模型有水力疏散預(yù)測模型（如日本避難安全檢證法提供的經(jīng)驗(yàn)公式）和人員行為計(jì)算機(jī)疏散模型（如SIMULEX、STEP）兩種，對于機(jī)場建筑二者均可使用，并可結(jié)合二者的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行疏散設(shè)計(jì)和評估。對于機(jī)場建筑人員數(shù)量的確定是疏散行動時(shí)間預(yù)測的關(guān)鍵一環(huán)，可根據(jù)各個功能區(qū)域類型分別加以考慮。對于公共人流區(qū)域，可結(jié)合機(jī)場航站樓建筑的設(shè)計(jì)吞吐能力和人員流線設(shè)計(jì)情況

12、以及人員在各區(qū)域停留時(shí)間預(yù)測綜合考慮加以確定；對于辦公區(qū)域則可根據(jù)人員密度進(jìn)行確定。危險(xiǎn)到來時(shí)間（ASET），一般應(yīng)考慮火災(zāi)煙氣、輻射熱和人群恐慌等因素。一般情況下，火災(zāi)煙氣是影響人員疏散的最主要因素?；馂?zāi)煙氣的危害主要表現(xiàn)煙氣的熱作用和毒性，另外煙氣的能見度也是一個重要的影響因素。通常情況下人員疏散安全的控制指標(biāo)如下表2所示。表1 危險(xiǎn)來臨時(shí)間控制判據(jù)指標(biāo)項(xiàng) 目人體可耐受的極限煙層高度煙氣溫度高于200°C，煙層高度2.1m熱輻射對使用者是2.5kW/m2, 對消防員是4.5kW/m2光學(xué)密度 (能見度)當(dāng)煙層高度低于 2.1m，一般0.1m-1 (10m)使用者在煙氣中疏散的溫度

13、當(dāng)熱煙層降到2.1m下時(shí)，持續(xù)30分鐘 60°C上述指標(biāo)來源于國內(nèi)外科研成果，是目前性能化設(shè)計(jì)與安全評估廣泛采用的指標(biāo)。表中的臨界煙層高度取為2.1m，該值也可根據(jù)不同建筑情況適當(dāng)加以調(diào)整。疏散區(qū)域所需的能見度對于大空間取為10m，而對于小房間應(yīng)取5m。對于煙氣的毒性，一般認(rèn)為在可接受的能見度的范圍內(nèi)，毒性都很低，不會對人員疏散造成影響。對于機(jī)場建筑航站樓建筑由于空間大，煙氣因空氣稀釋作用溫度和濃度一般均較低，此時(shí)考慮人員心理因素，疏散時(shí)間應(yīng)加以控制，避免人群出現(xiàn)恐慌狀態(tài)。對于煙氣流動狀況的預(yù)測目前采用的模型包括區(qū)域模型（如CFAST、NFPA 92B和CIBSE TM19等提供的經(jīng)

14、驗(yàn)公式）和場模型（如FDS、FLUENT等計(jì)算流體動力學(xué)工具軟件等）。對于機(jī)場建筑大空間區(qū)域（如辦票大廳、迎客大廳等）可結(jié)合區(qū)域模型及場模型進(jìn)行火災(zāi)煙氣模擬，而對于小空間的辦公區(qū)等采用區(qū)域模型進(jìn)行火災(zāi)煙氣模擬即可?；馂?zāi)時(shí)，人員疏散過程和火災(zāi)發(fā)展過程的關(guān)系見下圖1。起火探測時(shí)間危險(xiǎn)來臨火勢衰減火災(zāi)發(fā)展：時(shí)間參數(shù)：RSETASET火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展典型時(shí)刻：熄滅疏散開始時(shí)間感知火災(zāi)行動準(zhǔn)備疏散行動時(shí)間疏散結(jié)束Ts圖1 火災(zāi)發(fā)生發(fā)展與人員疏散時(shí)間參數(shù)關(guān)系圖火災(zāi)時(shí)影響不同時(shí)間參數(shù)的主要因素見下表2。表2 火災(zāi)時(shí)影響不同間參數(shù)的主要因素因素時(shí)間從起火至人的感知火時(shí)間從感知火至開始疏散時(shí)間從疏散開始至到達(dá)相對

15、安全地點(diǎn)時(shí)間從相對安全地點(diǎn)至避難區(qū)或室外時(shí)間從起火至火勢難以控制的時(shí)間探測系統(tǒng)氣體11煙感22溫感33人124報(bào)警系統(tǒng)可聽系統(tǒng)12可視系統(tǒng)12人的因素感覺聽覺1233視覺1122心理124體能11生理222數(shù)量3114人群種類311人員分布4412訓(xùn)練33112管理2222建筑因素 建筑尺寸323建筑形狀3323煙負(fù)荷22231火負(fù)荷22231火源22231出口位置31出口尺寸1疏散通道尺寸21疏散方向指示1樓梯幾何形狀1電梯2避難區(qū)2維護(hù)322消防系統(tǒng) 阻火323有效滅火232控?zé)?21應(yīng)急照明32通訊系統(tǒng)3223 消防隊(duì)到現(xiàn)場的時(shí)間323管理已逃生人員3滅火24. 防火安全對策對于機(jī)場航站

16、樓建筑，為彌補(bǔ)大空間區(qū)域無法進(jìn)行防火分隔的不足，避免火災(zāi)及煙氣在大空間區(qū)域的迅速蔓延擴(kuò)大，保證人員疏散安全，保護(hù)財(cái)產(chǎn)和名譽(yù)，防火設(shè)計(jì)采用火災(zāi)控制的“艙概念”等性能化設(shè)計(jì)理念是十分有效的方法，此外以下防火安全對策應(yīng)在設(shè)計(jì)和管理中加以重視。（1）限制使用嚴(yán)重影響疏散的建筑及裝飾裝修材料，以及固定的家具。通過該措施，可限制火災(zāi)荷載密度，避免大面積火災(zāi)蔓延，減少煙氣生成量，為保證人員疏散提供了條件。（2）確保火災(zāi)時(shí)結(jié)構(gòu)安全。對于機(jī)場大空間建筑結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要，火災(zāi)時(shí)的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)可通過性能化分析針對不同區(qū)域適當(dāng)降低或增加防火設(shè)計(jì)等級。（3）合理疏散設(shè)計(jì)，保證人員疏散安全。保證兩方向出口?；馂?zāi)

17、發(fā)生當(dāng)人們意識到要逃生時(shí)，人們往往奔向熟悉或進(jìn)來的出口和樓梯，但當(dāng)遇到煙和火的阻礙，不能抵達(dá)該門和樓梯時(shí)，就不得不掉頭返回，離開危險(xiǎn)場所而尋找其他路徑以到達(dá)安全地點(diǎn)，這就需要每個區(qū)域提供至少兩個可供選擇的出口。尤其當(dāng)人們在非常狀態(tài)情況（驚恐、失去理智控制）下，行動往往比較盲目，如只有一個方向的疏散路線是不安全的。飛機(jī)登機(jī)橋方便旅客上下飛機(jī)，使旅客免受氣候影響，在火災(zāi)事件中，可作為疏散通道（NFPA415提出了從飛機(jī)到航站樓5min的疏散能力要求），但必須考慮到從航站樓通過登機(jī)橋疏散路徑的合理設(shè)計(jì)和疏散出路，可在登機(jī)橋飛機(jī)側(cè)設(shè)置輔助疏散樓梯。對于空側(cè)、路側(cè)人員在火災(zāi)時(shí)可考慮相互借用出口，但應(yīng)注意

18、應(yīng)通過技術(shù)和管理措施確保對進(jìn)入空側(cè)的路測人員加以合理控制。因機(jī)場航站樓建筑人員對建筑設(shè)施不熟悉，應(yīng)提供適當(dāng)?shù)某隹诩奥窂綐?biāo)示，強(qiáng)化疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)置。（4）制定詳細(xì)而妥善的疏散計(jì)劃，避免建筑人員同時(shí)疏散。（5）應(yīng)采用適當(dāng)?shù)脑缙谔綔y和報(bào)警系統(tǒng)。延遲的通知將導(dǎo)致大量人員滯留在建筑主要空間周邊的航空俱樂部和休息廳等區(qū)域，而這些區(qū)域僅提供通過建筑主體空間疏散的途徑，這部分人員如不能得到及時(shí)的通知，疏散安全將受到威脅。（6）應(yīng)采用適當(dāng)?shù)墓潭ㄗ詣訙缁鹣到y(tǒng)對除無火災(zāi)危險(xiǎn)的區(qū)域外的整個空間區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，可有效控制火災(zāi)蔓延和保證人員疏散安全。（7）針對建筑不同功能區(qū)域采用適當(dāng)?shù)姆琅艧煷胧┛刂茻煔饴訑U(kuò)大。（8）加強(qiáng)管理措施的制定和落實(shí)。所有建筑防火系統(tǒng)設(shè)備的制造、安裝及維護(hù)、測試等均應(yīng)符合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求。（9）制定管理人員的培訓(xùn)計(jì)劃。主要參考文獻(xiàn)1. NFPA 415, Airport Terminal Buildings, Fueling Ramp Drainage, and Loading Walkways, the 2002 edition2. NFPA 101, Life Safety Code , the 2000 edition3. Fire Protecti