劉永亮

(北京市東城區(qū)消防救援支隊，北京 100061)

0 引言

隨著城市發(fā)展進(jìn)入中后期，國家對于建筑業(yè)發(fā)展的政策指向已經(jīng)由大規(guī)模增量建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榇媪刻豳|(zhì)改造和增量結(jié)構(gòu)調(diào)整并重，為此大量的建筑由于業(yè)態(tài)變更、功能布局調(diào)整以及經(jīng)營主體變化等原因需要進(jìn)行改造升級。同時，隨著國家工程建設(shè)消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在完善過程形成許多版本，對于建成年代不同的建筑而言，其遵循的消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)各有不同。通常情況下，無論建筑何時進(jìn)行改造，改造時均應(yīng)符合現(xiàn)行消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。但由于現(xiàn)行消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和要求已發(fā)生較大改變，既有建筑改造在許多方面難于符合其規(guī)定，面臨著使用功能需求與現(xiàn)行消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求之間的矛盾。如何在尊重既有建筑的歷史前提下盡可能保障消防設(shè)計的可靠性和安全性，給既有建筑改造的消防設(shè)計帶來許多難題。安全疏散事關(guān)人員的生命安全，是建筑消防設(shè)計中尤為重要的一個因素。既有建筑改造時常常面臨著樓梯間寬度和前室門寬不符合現(xiàn)行消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的問題，但由于種種原因又難于對樓梯間進(jìn)行改造或增設(shè)室外疏散樓梯。因此，有必要深入分析疏散寬度不足對人員安全疏散的影響程度，在此基礎(chǔ)上綜合考慮既有建筑的火災(zāi)危險性、建筑特性、使用功能、人員情況等，從多個方面采取適當(dāng)?shù)难a強措施，提高建筑的整體消防安全水平。Pathfinder是人員安全疏散模擬軟件，許多研究人員運用該軟件進(jìn)行人員疏散安全研究[1-3]，在國內(nèi)的工程項目性能化消防設(shè)計的人員疏散安全分析中得到較多應(yīng)用[4-5]。本文以某既有辦公建筑改造時面臨的樓梯間寬度和前室門寬不符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求為例，運用Pathfinder分析寬度不足對人員安全疏散能力的影響，在此基礎(chǔ)上提出合理的消防措施。

1 建筑概況

改造辦公區(qū)域所屬建筑東西向長約52m，南北向?qū)捈s32m；建筑高度約41m，總共8層，其中頂層為設(shè)備層；每層建筑面積約1 100m2；建筑設(shè)有2部疏散樓梯，位于東西兩側(cè)位置，樓梯間凈寬度為1.15m，樓梯間為防煙樓梯間，設(shè)有樓梯間前室，前室的疏散門凈寬度為0.8m；東西兩側(cè)各有一部消防電梯，候梯廳南北兩側(cè)各有一個連通1-7層的中庭；改造辦公區(qū)域位于建筑的3層和4層。改造區(qū)域所在建筑東西兩側(cè)各有一座建筑，東側(cè)建筑高度約60m，西側(cè)約80m，改造區(qū)域建筑與東西兩側(cè)的建筑共用墻體，屬于一棟建筑的不同區(qū)域，從形態(tài)上看，改造區(qū)域所在建筑類似于連接?xùn)|西兩側(cè)建筑的裙樓。根據(jù)原始建筑設(shè)計圖紙，該建筑設(shè)計時間為2005年，建筑高度為80m，建筑類別屬于一類高層建筑，建筑耐火等級不應(yīng)低于一級。

2 安全疏散設(shè)計核算

2.1 人員數(shù)量核算

JGJ/T 67—2019《辦公建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第5.03條規(guī)定，辦公建筑疏散總凈寬度應(yīng)按總?cè)藬?shù)計算，當(dāng)無法額定總?cè)藬?shù)時，可按其建筑面積9m2/人計算。改造辦公建筑設(shè)置有單人辦公室、共用辦公室、開敞辦公區(qū)、會議室以及接待室等功能用房。

(1)按額定工位核算。按照單人辦公室、共用辦公室以及開敞辦公區(qū)進(jìn)行核算，3層總?cè)藬?shù)為67人；3層設(shè)置有一個可容納100人的大會議室，考慮到日常辦公中可能會召開較多人參加的會議，按大會議室滿座核算，即最大總?cè)藬?shù)為100人。4層共設(shè)置有5個業(yè)務(wù)部門辦公室，9個單人辦公室和3個會議室，按業(yè)務(wù)部門辦公室和單人辦公室核算為44人；3個會議室中可容納人數(shù)最多的為中型會議室，最大可容納34人。按最不利情況，每個業(yè)務(wù)部門和單人辦公室有2人來訪，則4層總?cè)藬?shù)為72人。

(2)按建筑面積核算。建筑中的設(shè)備用房和儲物間均按照規(guī)范設(shè)置有防火門與辦公區(qū)域分隔，去除這些設(shè)備用房和儲物間的建筑面積后，辦公區(qū)域每層建筑面積約為900m2。按9m2/人核算，3層、4層總?cè)藬?shù)各為100人。

(3)總?cè)藬?shù)確定。按額定工位和建筑面積核算，3層總?cè)藬?shù)2種核算方式均為100人；4層人數(shù)分別為72人和100人，存在較大差異，按最不利原則取值，4層總?cè)藬?shù)取100人。由于本次改造為3層和4層的局部改造，不涉及建筑的其他區(qū)域，因此其他區(qū)域的具體使用功能及人員情況不明確。但是，在考慮火災(zāi)情況下的建筑整體疏散時，其他區(qū)域的人員對于整體疏散的能力存在較大影響。因此，需要對其他層的人員數(shù)量情況進(jìn)行估算。改造區(qū)域建筑的8層為設(shè)備用房，平時無人，只有在進(jìn)行設(shè)備維修、保養(yǎng)等工作時才會有人員進(jìn)入，故按照每個維保班次2名人員核算。首層的房間具有直接對外的安全出口，不通過樓梯間的出口向外疏散，因此首層的人數(shù)不計入疏散模擬的總?cè)藬?shù)范圍內(nèi)。其他各層按建筑面積估算，取每層100人。因此，改造區(qū)域所在建筑的總?cè)藬?shù)為602人。

2.2 疏散寬度核算

按照GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)第5.5.18的規(guī)定，高層公共建筑內(nèi)樓梯間的首層疏散門、首層疏散外門、疏散走道和疏散樓梯的最小凈寬度1.2m，改造區(qū)域建筑疏散樓梯的凈寬度為1.15m，前室門凈寬度為0.8m，不滿足規(guī)范對于最小凈寬度的要求。

2.3 疏散時間核算

參照GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)給出的計算方式，人員從一、二級耐火等級建筑疏散至安全區(qū)域(本文為疏散至樓梯間前室)的時間為不大于2min，每股人流需要0.55m，每股人流通過能力為43人/min。當(dāng)前室門寬為1.2m時，2個出口共4股人流，則疏散時間為34.8s；當(dāng)前室門寬為0.8m時，2個出口共2股人流，則疏散時間為69.6s。由于前室2種出口寬度下可供通行的人流股數(shù)相差一倍，計算得到的所需疏散時間相差也是一倍。

3 安全疏散設(shè)計改造難點

按照一般消防設(shè)計審查要求，既有建筑改造時應(yīng)當(dāng)遵循現(xiàn)行的消防設(shè)計規(guī)范。根據(jù)改造區(qū)域所在建筑原設(shè)計圖紙，該建筑消防設(shè)計于2005年8月，至今已有十幾年，期間建筑設(shè)計防火規(guī)范進(jìn)行了多次修訂，該建筑已不符合現(xiàn)行的消防設(shè)計規(guī)范。經(jīng)分析該辦公建筑改造時面臨著安全疏散的難題有3點：一是不符合現(xiàn)行規(guī)范要求的疏散樓梯及其前室屬于建筑的公共部分，不在本次改造區(qū)域的范圍內(nèi)；二是疏散樓梯的改造涉及到建筑結(jié)構(gòu)的變動，在不對建筑進(jìn)行拆改的情況下無法對疏散樓梯進(jìn)行改造；三是如加設(shè)符合要求的室外疏散樓梯，會對建筑的整體風(fēng)貌產(chǎn)生巨大影響。

4 人員疏散數(shù)值模擬分析

為解決既有建筑改造時面臨的難題，許多省市出臺了有關(guān)既有建筑改造工程消防設(shè)計指南性文件，其中明確改造工程保留的疏散樓梯在滿足一定條件的情況下，可以維持不變，這為既有建筑改造提供了可行路徑。但是，不符合規(guī)范要求的樓梯間寬度和前室門寬會影響緊急情況下人員安全疏散的能力，需要根據(jù)受影響程度，改善安全疏散條件或采取其他補償措施。因此，需要綜合考慮人員疏散行為等因素，深入分析出口寬度對人員疏散能力的影響，提出相應(yīng)措施，以保障建筑改造后的消防安全水平。

4.1 人員疏散分析模型

該既有辦公建筑改造項目僅涉及3層和4層，其中1-3層層高為5m，4-8層為3.95m，由于首層房間均具有直接對外的安全出口，無需使用樓梯間疏散，因此，在進(jìn)行模型設(shè)置時，僅考慮2-8層的人員疏散；2層和3層設(shè)置為具有相同功能布局的辦公空間，4-7層設(shè)置為具有相同功能布局的辦公空間。根據(jù)建筑設(shè)計圖紙建立人員疏散模型，如圖1。

圖1 辦公樓人員疏散模擬分析模型

4.2 人員特性分析

4.2.1 人員類型

根據(jù)前文建筑人員核算，該辦公建筑總?cè)藬?shù)取602人，其中2人為8層的維修保養(yǎng)人員。該建筑為辦公建筑，建筑內(nèi)人員基本上是成年人和部分老年人。因此，將疏散人員類型設(shè)定為老年人占10%，成年男性和成年女性各占45%，見表1。

表1 人員類型

4.2.2 人員體型特征

該改造建筑為普通辦公建筑，辦公人員均為中國成年人。參考GB 10000—1988《中國成年人人體尺寸》的數(shù)據(jù)和實踐案例，設(shè)定成年男性身高為170cm，肩寬為45cm；成年女性身高為160cm，肩寬為40cm；老年人身高160，肩寬為40cm，見表2。

表2 人員體型特征

4.2.3 人員行走速度

人員的行走速度受人群狀態(tài)、人員心理、通道特點等多種因素的影響，參考注冊消防工程師資格考試輔導(dǎo)教材《消防安全技術(shù)實務(wù)》(2020年版)[6]，結(jié)合我國人員的特點，確定人員的行走速度取值，見表3。

表3 人員行走速度

4.3 疏散所需時間

由于樓梯間受條件限制難以改善，因此僅分析不同前室門寬度條件下的人員疏散能力。Pathfinder提供Steering和NFPA 2種行為模式，其中Steering考慮了人員碰撞和路徑選擇等因素的影響，其模擬結(jié)果更接近實際情況，因此，本文采用Steering行為模式進(jìn)行人員疏散模擬。疏散模擬按照分層獨立疏散和整樓同時疏散2種情形進(jìn)行。分層獨立疏散時，每層可以獨立使用全部樓梯間寬度，樓梯間不會出現(xiàn)擁堵；整樓同時疏散時，各層人員同時進(jìn)入樓梯間時會產(chǎn)生擁堵，2種疏散情形下每層人員進(jìn)入前室的時間會有所差別。8層設(shè)定僅有從事維保的2個人，前室門寬對所需的疏散時間幾乎沒有影響。分層獨立疏散時各層疏散至前室所需的時間，見表4；整樓同時疏散時各層疏散至前室所需的時間，見表5。

表4 分層獨立疏散時各層疏散至前室的時間

表5 整樓同時疏散時各層疏散至前室的時間

從表4可以看出，分層獨立疏散時，前室門寬0.8m比前室門寬1.2m疏散至前室所需時間增長約為60%左右。

從表5可以看出，整樓同時疏散時樓梯間出現(xiàn)擁堵，部分人員在進(jìn)入前室之前需要等待較長一段時間，與分層獨立疏散相比，各層疏散至前室所需時間均有所增加；整樓疏散時前室門寬0.8m比前室門寬1.2m疏散至前室所需時間增長較大，其中3層疏散時間增長2倍以上。

5 結(jié)論

對該既有辦公建筑改造中消防設(shè)計涉及的人數(shù)、寬度、疏散時間等進(jìn)行核算，使用Pathfinder疏散模擬軟件進(jìn)行模擬分析，根據(jù)不同安全出口寬度設(shè)置疏散場景進(jìn)行模擬分析，得出以下結(jié)論：

(1)前室門寬0.8m比1.2m顯著加大了人員疏散至前室所需時間。

(2)整樓疏散時樓梯間出現(xiàn)擁擠，比分層獨立疏散相比，各層疏散至前室所需時間增長較大。

(3)模擬得到的疏散所需時間比依照規(guī)范計算得到的時間要大得多。