王强WANG Qiang
（河北建筑设计研究院有限责任公司，石家庄050011）
摘要院文章结合正定国际机场航站楼实例，介绍了性能化防排烟设计的思路和方法，及其在航站楼工程设计中所起的作用，明确了防排烟系统的功能和意义就是要延长人员逃生的可用疏散时间。性能化设计是运用火灾安全工程理论方法，经过科学化模拟推演，验证设定场景下的设计效果，判断能否满足判定标准。性能化设计在指导工程建设中具有极高的实用价值。
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关键词 院航站楼；防排烟；性能化防火设计；必需疏散时间；可用疏散时间
中图分类号院TU834 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2015）27-0211-03
0 引言
近年来，航空事业蓬勃发展，机场加快建设，消防安全成了大家关注的问题。《民用机场航站楼设计防火规范》处于征求意见阶段，航站楼防排烟设计都在参考引用《建规》、《高规》，但从建筑实际特点、人流交通等方面都存在很大差异，不能真正满足设计需要。大空间防火分区划分、防烟分区控制、规范要求的巨大排烟量显然不能实现。笔者在参阅了不同时期的文献和近期航站楼建设的案例，吸取了一些实用经验，比如采用电控开启排烟窗，设立阻挡串层烟气的挡烟垂壁等。那些不满足规范的地方，就需要性能化设计，即在火灾安全工程学基础上建立建筑防火设计方法，合理设定火灾场景，综合考虑环境条件，利用计算机模拟，验证能否达到满足使用的同时又能保证人民生命安全的设计目标。
1 工程概述
石家庄机场T2 航站楼建筑平面呈倒“T”布置，由主楼、指廊和卫星厅三部分组成，总建筑面积15.4伊104m2。主楼屋面脊线最高点标高38.029m，最低点标高21.7m。该工程已于2014 年10 月投入使用。见图1。
1.1 航站楼主楼地上二层，局部人员可达高度距地面14.00m，为办公和贵宾室，8.50m 标高为办票、航班安检、候机、相关配套，局部4.20m 标高是到港通道，一层为到达、行李分拣、提取、中转、迎客。
1.2 中区指廊部分：8.5m 标高是近机位候机厅，4.2m标高是近机位到港夹层，0.00m 标高是办公，服务用房。1.3 卫星厅部分：14.0m 标高候机厅餐饮区域（最高），8.5m 为近机位候机厅，4.2m 为到港夹层，0.00m 为远机位候机室。
2 规范依据
航站楼的消防设计按国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2006[1]执行。原因如下：
淤社会人员能够到达高度为地上14m，人员疏散条件与普通多层建筑条件相似。于航站楼陆侧有高架桥和足够的安全疏散宽度，能够满足安全疏散。盂登机桥也可以作为火灾疏散的逃生通道[4]。榆扑救作业难度与普通多层建筑条件相似。
3 防排烟设计3.1 依0.00m 层淤机场用房及其走道，高级贵宾室及其走道，自然排烟条件，超300m2 的无窗房间，超20m 长的内走廊设机械排烟系统。于进港大厅，建筑面积8700m2，吊顶高度小于6m，进深小于30m。采用自然排烟，在大门上方设置电动排烟窗，开启面积大于地面面积2%。扶梯区边界吊顶下设不低于排烟窗下沿的挡烟垂壁，阻挡烟气进入上层。盂远机位候机厅吊顶高度小于6m，核心部位距离外窗超30m，要按防烟分区设机械排烟。该区域对外墙面少，墙面高度受限，留给排烟风管安装的空间不足。行李分拣厅面积7530m2，行李提取厅面积7690m2，各为1个防火分区，与远机位候机厅一样，排烟系统安装受到限制，排烟量不满足规范要求。
3.2 8.50m 层淤指廊和卫星厅，两侧有窗，空间通透，满足自然排烟的条件。于卫星厅休息室，指廊南端精品店，主楼东区团体商务贵宾室，单个房间面积大于300m2，设机械排烟。盂自助餐饮区面积1700 余m2，设机械排烟，排烟量60m3/m2。榆旅客办票大厅、安检大厅，采用自然排烟，设置电动天窗，有效开窗面积大于地面面积（去除设有机械排烟的商铺、休息等建筑面积）的2%。
3.3 14.00m 层自助餐饮区和团体商务贵宾室区上的办公区和钟点房休息区，单间面积小于50m2。走廊长度超出20m，设排烟设施。
3.4 4.20m 到港夹层到港通道设置自然排烟窗，有效开窗面积不小于地面面积的2%。
4 确定需要性能化设计的具体问题
综上所述，发现一层远机位候机厅、行李分拣厅、行李提取厅由于建筑功能和环境原因不满足规范[1]的排烟量要求，所以需要借助消防安全工程学的方法和技术进行分析评估，即性能化设计。
5 明确性能化设计的目标和判定标准
5.1 性能化设计的目标淤航站楼火灾时，保证航站楼内各类人员能安全疏散到安全地带；于火灾可控，避免蔓延；盂主体结构不会发生连续坍塌，遭受严重破坏。火灾中烟气是人员逃生的最大障碍。排除烟气，为人员疏散创造条件是防排烟设计的目的。
5.2 性能化设计的判定标准淤与我国现行消防规范对比分析，即按规范进行常规设计。于利用消防安全工程学方法（理论），通过数值计算分析结果判断。
对于常规设计不能满足现行规范的具体情况，就要采取第二种方法：证明在烟气充斥整个空间影响疏散之前，人员按模拟环境下的反应速度可以安全逃离火灾现场。否则不能达到判定标准。
6 火灾场景分析
6.1 火灾场景确定原则淤充分考虑建筑物的使用功能、空间特性，燃烧物种类；于充分考虑使用人员的特征，建筑内采用的消防设施；盂应根据最不利原则选择火灾风险较大的可能情形作为设定火灾场景。
6.2 火灾危险性分析淤机场的建筑特征，功能多，空间通透，多数旅客缺乏消防常识；于危险源辨识，对环境中的事物分析，明确可燃物和引燃源；盂航站楼火灾有别于常规民建，一旦发生火灾，控制火势蔓延，引导人员疏散更加困难。
6.3 火灾场景设计淤火灾荷载分析，衡量建筑内容纳可燃物数量多少的重要参数；于火灾位置分析，是进行模拟分析的必要前提，会影响火灾危险性分析结果；盂火灾增长速率分析，描述相同火灾荷载下，不同的发展势头，关系到扑救速度与效果；榆火灾最大热释放速率，火灾势头随热辐射作用大小而造成扩延强度和发展趋势。
6.4 排烟量核算淤烟气层临界高度，是空间状况和火势综合作用下烟的悬浮高度；于烟羽流形式，烟气的升腾状态，和火址在建筑中的位置有关；盂质量产烟量，每秒产生的烟气的质量，单位kg/s；榆烟气层的平均温度，关系到疏散温度条件；虞体积产烟量，每秒产生的烟气的体积，单位m3/s。
6.5 对设定场景进行模拟计算综合以上参数，描述出火灾的特定场景，为后期判断安全疏散的可能性提供依据。
7 烟气流动状态预测
7.1 选择模拟分析软件。本工程利用火灾动力学模拟软件FDS（Fire Dynamics Simulator）对建筑内的火灾及烟气蔓延情况进行模拟计算。
7.2 建立模型，输入模型条件，包括火源位置，建筑净高，排烟系统，燃料类型，模拟时间等。
7.3 确定影响人体耐受极限时间主要参数（烟气层高度，对流热，能见度，一氧化碳浓度）的极限值。7.4 通过计算机模拟出烟气层高度、对流热、能见度、环境温度、一氧化碳浓度等动态变化过程，获得3D 场景下的模拟数据结果。
7.5 分析结果。举例：假定模拟火灾1800s 疏散时间内环境状况：淤烟气上升到达顶棚，聚集后沿顶棚向远处蔓延，浮在一定高度，1800s 内没有降低至安全高度线下；于模拟时间内，各安全出口5m 范围内清晰高度处最高温度不超32益，低于设定危险温度60益；盂模拟时间内，各安全出口5m 范围内清晰高度处最低能见度不低于30m，高于设定的最低能见度10m。
结论：在本场景设定条件下，防火分区内的人员可用疏散时间不小于1800s。（此处1800s 为本火区内人员可用疏散时间TASET；“设定危险温度60益”，“最低能见度10m”是一般人体耐受极限）
8 人员疏散过程分析
模拟环境数据是外在的条件，提供了可用疏散时间（TASET）；人员疏散能力是根本，体现在必需疏散时间TRSET。安全疏散的判定标准是可用疏散时间TASET 应不小于必需疏散时间TRSET，即TASET逸TRSET（见图2）。
8.1 确定疏散参数
淤根据建筑功能属性合理确定人员密度。航站楼要有同类项目的设计经验可比性和关于高峰小时人数的预测值，还要在此基础上考虑一定得集中系数。
于人员行走速度。参考国外权威研究成果，设定在特定密度下人员行走速度的一般速度。
盂安全出口的计算宽度。根据研究表明，有效宽度在设计宽度值上有一定折减（参考美国消防工程师学会《SFPE 消防工程手册》）。
8.2 疏散场景场景的设计总体原则为找出火灾发生后，最不利于人员安全疏散的情况，比如通常火灾发生附近的某一疏散出口最容易堵塞而不能用于人员疏散。
8.3 必需疏散时间TRSET 公式TRSET=TA+TR+TM（注：TA 探测报警时间TR 准备时间TM 疏散行走时间）见图2。“到达危险状态的时间”大于“人员疏散完毕的时间”，即TASET逸TRSET。
对于TM，再考虑了人员警惕性、觉悟水平、人体行为活动能力、环境熟悉程度等因素后，可适当提高疏散安全系数，增加评价体系中必需疏散时间。
本工程借助了PathFinder2009.2 进行疏散模拟分析，在计算机技术的帮助下，结合CAD 模型空间，近似真实的模拟出人员动态疏散的场景和分析数据。
8.4 疏散安全性判通过人员疏散模拟软件计算得到的安全疏散时间TRSET，与火灾场景下的环境可以提供的安全时间TASET 进行比较，以判断区域内人员疏散的安全性。
下面是之前所述性能化设计要明确解决问题的判断结果，TASET>TRSET，见表1。
9 总结
淤正确运用设计规范，从法理方面要适合，避免造成浪费，做到合理、实用。
于性能化设计是运用火灾安全工程理论方法，经过科学化模拟推演，验证设定场景下的设计效果，是对解决超越规范内容的一种切实可行方法。
盂性能化设计在指导工程建设中具有极高的实用价值。
榆性能化设计要具体情况具体分析，不能移用。
