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(cè)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(wèn)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(shí)需要通過(guò)另一個(gè)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(guò)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(gè)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(jí)防火門作為安全出口，但沒(méi)有關(guān)于共用安全出口的具體要求。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)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(duì)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(duì)疏散效率的影響；黃鑫［3］對(duì)各國(guó)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(duì)分析；張馨［4］對(duì)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(duì)疏散效率的影響研究較為廣泛和全面，而鮮于有關(guān)對(duì)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(duì)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(gè)防火分區(qū)。為了對(duì)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(duì)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(jí)防火門，用于分隔2 個(gè)防火分區(qū)的防火墻上的門為尺寸1.2 m×2.1 m 的甲級(jí)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(wú)防煙設(shè)施。

1.2 火災(zāi)數(shù)值模擬方法

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）對(duì)辦公家具組合單元開(kāi)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(zhǎng)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(duì)于無(wú)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的辦公場(chǎng)所，火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱釋放速率為6 MW。采用火災(zāi)動(dòng)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(gè)。

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(jiàn)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(jiàn)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(chǎng)所內(nèi)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)無(wú)法正常啟動(dòng)，模擬時(shí)間1 800 s。

工況1 為2 個(gè)防火分區(qū)共用前室和疏散樓梯，無(wú)法確定前室和疏散樓梯屬于哪個(gè)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(gè)防火分區(qū)共用疏散樓梯，無(wú)法確定疏散樓梯屬于哪個(gè)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(guò)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(guò)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(guò)著火防火分區(qū)的外窗排出室外；或通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shí)所需時(shí)間相當(dāng)，工況2 比工況1和工況3 的時(shí)間長(zhǎng)。工況2 和工況3 在模擬時(shí)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(shí)間均未達(dá)到60℃。

由上述分析可知，無(wú)論是采用共用安全出口還是借用安全出口，對(duì)著火防火分區(qū)安全出口處的煙氣溫度都沒(méi)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(huì)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(huì)對(duì)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(shí)間晚于工況1，在模擬時(shí)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(guò)樓梯間向其它樓層蔓延，因此對(duì)與著火防火分區(qū)相鄰的防火分區(qū)沒(méi)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(jiàn)度分析

根據(jù)表1 分析3 組工況下安全出口處的能見(jiàn)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(jiàn)度開(kāi)始降低和降低至5 m 以下的時(shí)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(jiàn)度先于工況2 開(kāi)始下降，工況3 在模擬時(shí)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(jiàn)度始終沒(méi)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(jiàn)度先于工況2開(kāi)始下降。

由上述分析可知，無(wú)論是采用共用安全出口還是借用安全出口，對(duì)著火防火分區(qū)安全出口處的煙氣能見(jiàn)度都沒(méi)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(jiàn)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(jiàn)度開(kāi)始下降和降低到5 m 以下的時(shí)間都遲于工況1。工況2 中由于著火防火分區(qū)的煙氣會(huì)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(guò)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(jiàn)度先于工況2開(kāi)始下降。

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

圖3 300s時(shí)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(shí)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(guò)分析火災(zāi)情況下的煙氣溫度和能見(jiàn)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(shí)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(gè)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(jí)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(duì)辦公區(qū)人員安全疏散的影響很大。火災(zāi)情況下，如防火門失效，則疏散樓梯及其前室無(wú)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(shí)防火門處于常閉狀態(tài)。