办公楼安全疏散设计及消防系统可靠性分析

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1、摘要高层建筑是现代社会经济、技术和文化的综合体。由于其楼层高、空间跨度大、功能复杂，且一旦发生火灾，扑救困难，损失巨大，后果惨重。因此，随着高层建筑的不断涌现，高层建筑的安全疏散及消防体系的安全可靠性近年来受到了越来越多的关注。本文主要对包头宁鹿综合办公楼进行安全疏散设计及对该楼的消防系统进行可靠性分析。通过建筑物火灾现场勘察表明，造成火灾中人员伤害的重要原因之一是建筑物的疏散路线设计不合理，本文严格按照高层民用建筑防火设计规范中关于安全疏散的相关规定及根据建筑实际情况设计了包头宁鹿综合办公楼的安全出口、疏散楼梯及楼梯间等内容。该楼的消防系统主要包括：消火栓系统、自动喷水系统及火灾报警系统，本

2、文主要使用可靠度的计算方法对该楼的消防系统进行可靠性分析。关键词：安全疏散 消火栓系统 自动喷水系统 火灾自动报警系统 可靠性目录摘要I第一章 绪论11.1火灾概述11.1.1火灾定义及分类11.1.2火灾原因分析11.1.3火灾的特征21.1.4燃烧机理31.2高层建筑火灾的特点61.2.1火势蔓延快61.2.2疏散困难71.2.3扑救困难81.3高层建筑防灭火的主要措施81.3.1消火栓灭火系统81.3.2防火分区81.3.3火灾自动报警系统91.3.4自动喷水灭火系统9第二章 设计说明132.1建筑概况132.2设计任务及设计依据132.2.1设计的任务132.2.2设计的依据13第三章

3、 安全疏散设计143.1安全疏散的目的和原则143.1.1安全疏散的目的143.1.2安全疏散的原则143.2允许疏散时间143.2.1建筑物耐火等级的划分143.2.2 允许疏散时间的确定153.3安全疏散距离163.3.1从房间内的最远点到房门或住宅户门的距离163.3.2从房门（或住宅户门）到最近安全出口的距离173.4安全出口203.4.1安全出口的设计原则203.4.2安全出口的数量213.4.3安全出口的宽度213.5楼梯间233.5.1疏散楼梯和楼梯间的概念233.5.2楼梯间的基本类型及适用范围233.5.3本建筑楼梯间的选择253.5.4封闭楼梯间防火要求263.6避难层26

4、3.6.1避难层的定义263.6.2避难层的类型263.6.3避难层的设置条件273.7消防电梯273.7.1设置消防电梯的必要性273.7.2消防电梯的设置范围273.8疏散时间计算273.8.1疏散时间273.8.2人员数目的确定293.8.3疏散时间的确定30第四章 消火栓系统可靠性分析424.1消火栓系统概述424.1.1系统基本组成及工作过程424.1.2室外消火栓给水系统424.1.3室内消火栓给水系统424.2消火栓系统供水方式可靠性分析434.3消防水池分格对提高系统可靠性的研究454.4消防水泵吸水管布置方式的可靠性分析46第五章 自动喷水系统可靠性分析485.1自动喷水系统

5、的组成485.2自动喷水系统的选择485.3自动喷水灭火系统喷头布置对系统可靠性影响485.3.1喷头布置位置485.3.2喷头布置间距485.3.3喷头布置出现的安全度问题51第六章 火灾自动报警系统可靠性分析536.1火灾探测报警系统的设计原则和基本要求536.1.1设计原则536.1.2基本要求536.2火灾自动报警系统的组成546.2.1简单的火灾自动报警系统546.2.2复杂的火灾自动报警系统546.2.3简单系统与复杂系统的区别556.3火灾探测器的分类与选择566.3.1火灾探测器的分类566.3.2火灾探测器的选择566.4火灾自动报警系统的可靠性分析566.4.1火灾探测器的

6、可靠性分析586.4.2传输线路的可靠性606.4.3报警控制器的可靠性61参考文献62附录63致谢74第一章 绪论1.1火灾概述1.1.1火灾定义及分类火灾是一种违反人们意志，在时间或空间上失去控制，并给人类带来灾害的燃烧现象。根据可燃物的燃烧特性，通常将火灾分为四类1：A类火灾：是指固体物质火灾。这种物质往往具有有机物的性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬，如木材、棉、毛、麻、纸张等引起的火灾。B类火灾：是指液体火灾和可熔化的固体物质火灾，如汽油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡等引起的火灾。C类火灾：是指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、氢等引起的火灾。D类火灾：是指金属火灾，如钾、钠、铝镁合金

7、等引起的火灾等。此外，随着社会和经济的发展，现代科技学技术被广泛应用，带电火灾越来越普遍，这引起人们的普遍重视，目前我国部分消防技术规范对此类火灾的控制和扑灭也作了相应的要求。1.1.2火灾原因分析起火的原因是多种多样的，在生产和生活中，有因为使用明火不慎引起的，有因为化学或生物化学的作用造成的，有因为用电电线短路引起的，也有因为人为纵火引起的。生产和生活中，因使用明火不慎而引起的火灾是很多的。例如在厂房内，不顾周围环境随意动火的、烘烤物品过热的；在居住建筑内因打翻油灯、烛火、蚊帐的，炉火点燃旁边的柴草，小孩玩火等；在公共场所内乱扔烟头、乱放鞭炮、乱扔火柴而使火种混进废纸堆等，这些都是因为违反

8、操作规程、缺乏防火意识、思想麻痹大意等造成的。除明火外，暗火引起火灾的情况也很多。其中有的是因火源，如灶炉、烟囱的表面过热而烤着临近的木制材料；也有的是没有火源的，如大量堆积在库房里的物质，因为通风不好，内部发热，以致积热不散而发生自燃；把化学物质相互抵触的物品混在一起，发生化学反应起火或爆炸；化工生产设备失修，出现可燃气体，易燃、可燃液体跑、冒、滴、漏现象，一遇到明火便燃烧或爆炸；机械设备磨擦发热，使接触到的可燃物自燃起火等等。用电引起火灾的原因，主要是因为用电设备超负荷，导线接头接触不良，电阻过大发热，使导线的绝缘物或沉积在电气设备上的粉尘自燃；导线因老化引起短路的电弧能使充油的设备爆炸；

9、保险丝和开关的火花能使易燃、可燃的液体蒸汽与空气的混合物爆炸；易燃液体、可燃气体在管道内流动太快，摩擦产生静电，由于管线接地不良，在管道出口处出现放电火花，使管道内的液体或气体燃烧，发生爆炸。此外，突然的地震和战时的空袭，都会因为人们急于疏散而来不及断电、熄灭炉火以及处理易燃易爆生产装置和危险物品，待房屋受震，极易起火，便出现了地震火灾或战时火灾的不幸。因此迫使我们要有平战结合的观念，在防火设计中考虑地震和战时火灾的特点，采取防范措施，避免大的火灾损失。1.1.3火灾的特征不论是民用建筑，还是工矿企业室内火灾，一般都具有以下特点，即：火灾发生的突发性，火情发展的多变性，人员处理火情的瞬时性。(

10、1)突发性火灾的发生大多是随机和难以预料的，造成的危害给人的打击是突然袭击式的、多方面的，人们要保护自身安全，就必须要在没有任何精神准备的条件下，对眼前所发生的火灾做出相应的反应。一旦反应迟缓或判断失误，生命财产就会遭受重大损失。火灾的突发性是火灾中引起惊慌的重要原因。千变万化的灾害给遇难者的刺激是非常强烈的。(2)多变性火灾的多变性特点包含两个方面:一是指火灾之间的千差万别，引起火灾的原因多种多样，每次火灾的形成和发展过程都各不相同；二是指火灾在发展过程中瞬息万变，不易掌握。火灾的蔓延发展受到各种外界条件的影响和制约，与可燃物的种类、数量、起火单位的布局、通风状况、初期火灾的处置措施等有关。

11、火灾的多变性，既有人们扑救的因素，也有火场可燃物的因素，同时与天气条件有着密切的联系。火灾的多变性特点，要求人们更多地学习和了解消防常识，懂得火灾发展过程和燃烧特点，掌握自救逃生知识。一旦发生火灾，能运用所学知识，做到临危不乱，处险不惊，根据火灾的发展变化采取正确的逃生措施。(3)瞬时性大火来势迅猛，这是尽人皆知的浅显道理，由此，可以联想到火灾瞬时性特点。实践证明，火灾中受害者所表现出的行为多属于被动的反应性行为，这是因为火灾的突发刺激，迫使受灾者瞬时做出反应。瞬时性的行为反应，包括逃生手段与个体的应变能力，与每个人的知识素养是分不开的。往往瞬间的错误反应会铸成大错，造成终生的遗憾。在火灾中“

12、时间就是生命”，无论是灭火、救人还是自救逃生，都必须争分夺秒，准确把握稍纵即逝的灭火战机，选择逃生时机，尽最大努力，争取把火灾扑灭于初期阶段。当被大火围困时，要沉着冷静，尽快地判明情况，采取安全有效的逃生方法，撤至安全地区。无数事实证明，不掌握逃生知识，错过了逃生时机，就可能葬身火海。(4)严重性火灾事故一旦发生就会造成巨大的经济损失，造成人员的严重伤亡，打乱了企业的正常生产秩序，其损失是令人吃惊的。1.1.4燃烧机理（1）燃烧条件任何物质的燃烧并不是随便发生的，必须具备以下三个必要条件，即可燃物、氧化剂和温度2。人们通常以燃烧三角形3来表示这三个要素如图1.1所示。可燃物凡是能与空气中的氧或

13、其他氧化剂起化学反应的固体、液体、气体物质都称为可燃物。常见的可燃物有木材、纸张、汽油、酒精、氢气、乙炔气、钾等。氧化剂能帮助和支持可燃物燃烧的物质，即能与可燃物发生氧化反应的物质称为氧化剂，如氧、氟、氯等。温度温度即为引火源，是指供给可燃物和氧化剂发生燃烧反应的能量来源。常见的是热能，其他还有由化学能、电能、机械能等转变而来的热能。燃烧反应可以通过用明火点燃处于空气（或氧气）中的可燃物或加热处于空气（或氧气）中的可燃物来实现。在无外界引火源时，只有将可燃物加热到其着火点以上才能使燃烧反应进行。因此，物质的燃烧除了其可燃性和氧化性之外，还需要温度。由于各种可燃物的化学组成和化学性质各不相同，其

14、发生燃烧的温度也不同。 图1.1燃烧三角形 图1.2燃烧四面体具备了燃烧的必要条件，并不等于燃烧必然发生。在各种必要条件中，还有一个“量”的概念，这就是发生燃烧或持续燃烧的充分条件。一定的可燃物浓度可燃气体或蒸汽只有达到一定浓度才会发生燃烧。如车用汽油在-380以下，灯用煤油在40以下，甲醇在70以下时均不能达到燃烧所需的浓度，在这种条件下，虽有足够的氧气和明火，仍不会发生燃烧。一定的氧气含量各种不同的可燃物发生燃烧，均有本身固定的最低含氧量要求，低于这一浓度，虽然燃烧的其他条件已具备，燃烧仍不会发生，如汽油的最低氧含量要求为14.4%，煤油为15%。一定的点火能量各种不同的可燃物发生燃烧，均

15、有本身固定的最小点火能量要求，达到这一强度要求时才会引起燃烧反应，否则燃烧便不会发生，如汽油的最低点火能量为0.2mJ。不受抑制的链式反应对于无焰燃烧，以上三个条件同时存在，相互作用，燃烧即会发生。对于有焰燃烧，除了以上三个条件外，燃烧过程中存在不受抑制的游离基，形成链式反应，使燃烧能够持续下去，也是燃烧的充分条件之一。随着科学的发展，人们发现用燃烧三角形表示无焰燃烧的基本条件是确切的；而对有焰燃烧，因燃烧过程中存在未受抑制的游离基作为中间体，即前面所说的链式反应理论，所以表示有焰燃烧应增加一个必要条件一一链式反应，这样就形成了燃烧四面体4，如图1.2所示。（2）燃烧实质在日常生活和生产过程中

16、所看到的燃烧现象，大多是可燃物质与空气（氧）或其他氧化剂进行剧烈反应而发生的发光、发热现象，其燃烧过程中的化学反应十分复杂，有化合反应，有分解反应，有些复杂物质的燃烧先是物质受热分解，然后发生化合反应。可燃物质的燃烧过程如图1.3所示。固体液体溶化蒸发或分解着火氧化分解气体蒸发燃烧图1.3物质燃烧过程图燃烧通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。燃烧区的温度较高，使其中的白炽固体粒子和某些不稳定（或易受激发）的中间物质分子内的电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光，发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，燃烧产物中会混有一些微小颗粒，这样也就形成了烟。从本

17、质上讲，燃烧是一种可燃物与氧化剂作用发生氧化反应，但这种氧化反应由于反应速度不同，或成为燃烧，或成为一般氧化反应。一般氧化反应，由于反应速度低，产生的热量又随时散失，因而没有发光现象，而剧烈的氧化反应，瞬时放出大量的光和热。故燃烧的基本特征表现为:放热、发光、发烟、伴有火焰等。近代链式反应理论认为燃烧是一种游离基的链式反应。链式反应也称为链锁反应，即化合物或单分子中的共价键在外界因素（如光、热）的影响下，裂解而成化学活性非常强的原子或原子团一一游离基（也称自由基），在一般条件下这些原子团容易自行结合成分子或与其它物质分子反应生成新的游离基。反应物产生少量新的游离基时，即可发生链式反应。反应开始

18、后，许多链式步骤就自行发展下去，直至反应物裂解完为止。链式反应机理大致可以分为三个阶段：链引发，即生成游离基，使链式反应开始。生成方法有热分解、光化、放射线照射、氧化还原、加人催化剂等。链传递，游离基作用于其他参加反应的物质分子，产生新的游离基。链终止，即游离基消失，使链的反应终止。以氢在空气中的燃烧为例：H2 + 能量 = 2H+H + O2 = O2- + OH-OH- + H2 = H2O + H+O2- + H2 = OH- + H+从上述反应式可以看出，游离基有氢原子、氧原子及经基，反应过程中每一步都取决于前一步生成的物质，故称这种反应为链式反应。1.2高层建筑火灾的特点1.2.1火

19、势蔓延快高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井、排气道等竖向井道，如果防火分隔或防火处理不好，发生火灾时好像一座座高耸的烟囱，成为火势迅速蔓延的途径。高级旅馆、图书馆、档案馆、科研楼、办公楼等高层建筑，一般室内装修家具等可燃物较多，一旦起火，发烟量大，燃烧猛烈，火灾容易蔓延。烟气扩散速度在火灾初期，空气对流，水平方向为0.3米/秒。在高温之下，热对流，水平方向为0.50.8米/秒。烟气沿楼梯间和竖向管井扩散为34米/秒。一座高100米的建筑在无遮挡的情况下，烟气仅在半分钟内就能到达顶层。日本在一个医院里做过燃烧试验，证明在几分钟内就能把每层3500平方米的23层大楼都充满烟气5。北京消

20、防总队在1980年挑选了1923岁的消防兵15人作攀登811层楼的试验。他们的平均登楼速度（沿楼梯不受限制地跑行速度）为1.7米/秒，用这个速度与烟的速度在楼梯上比赛，人的速度要比烟的速度约慢一半，即消防人员刚登到四楼，烟已到达八楼。建筑越高，风速越大。风速增大，火势的蔓延扩大速度也相应增加。由参考文献5据测定10米处风速是为5米/秒；30米处风速是为8.7米/秒；60米处风速是为12.3米/秒；90米处风速是为15米/秒。1.2.2疏散困难高层建筑层数多，垂直疏散距离长，疏散到地面或其他安全场所的时间长。据加拿大国家研究委员会提出的数据5，从一个1.1米宽的楼梯疏散到楼外的时间如表1.1。表

21、1.1加拿大疏散数据表建筑层数疏散时间（分钟）每层240人每层120人每层60人50131663340105522630783920205125131036199高层建筑人员集中，在很小的一块土地上往往集中成千上万的人，例如美国纽约世界贸易中心大楼就集中有45万人，相当于一个小城镇的人口，对于这样大量集中的人口，疏散时必然容易出现拥挤情况，如果要在短时间内从楼内疏散出去是不可能的，疏散时间往往要以小时计。另外，发生火灾时烟气和火势向上蔓延快，且易窜入楼梯间，增加了疏散的困难。而火灾时普通电梯是不能作为安全疏散用的，因为先进的客运电梯，在大楼发生火灾时，都自动降到首层，只能由消防员以专用的钥匙才

22、能启动。一般的客梯往往会由于火灾时切断电源和操作人员不能见义勇为冒死救人等原因而停止运转。即使电源不断，操作人员敢于架驶，如电梯门不关，电梯也开不动。火灾时人们往往争先恐后，各不相让，这就会造成电梯门关上而启不动。此外普通电梯的设计只考虑在常温下使用，遇高温就会失灵。1.2.3扑救困难高层建筑发生火灾时，消防队使用的灭火及救护设施不能达到很大高度，因此，扑救高层建筑火灾主要立足于室内消防给水设施。由于受到各种条件的限制，扑救难度很大，例如：热辐射强、烟雾浓、或是向上蔓延的速度快和途径多，消防队员难以堵截；又如当火势扩大，形成大面积火灾时，室内消防水量显然不足，需要利用消防车从室外进行补给，而消

23、防水带耐压能力常常不能适应需要；此外，建筑物如果没有安装消防电梯，消防队员则需“全副武装”地通过楼梯冲上高层，不仅体力消耗过大和速度慢，还会与向下的疏散人流发生对撞而延误时机，不能及时到达起火层进行扑救，消防器材也不能随时得到补充，这些均严重地影响扑救。1.3高层建筑防灭火的主要措施1.3.1消火栓灭火系统该系统在我国被作为最基本的灭火设备6，在每一个高层建筑中都设置消火栓系统。实施灭火需要有两个基本要素：一是消火栓设备，二是消火栓的使用者消防队员，二者缺一不可。灭火时，赶到火场的消防员从墙上消火栓箱内取下水枪及水龙带，在距火焰约10m的范围内用水枪喷水灭火。在正常情况下，消防队开始用水枪灭火

24、是在失火后约15min左右，在这期间：现场人员发现火情，4min；向消防队报警，2.5min；消防队接警车辆出动，lmin；到达现场，5min；使用消火栓喷水灭火，2.5min7。以上15min由5个环环相扣的环节构成，每一个环节都通过人工完成，一旦任一个环节拖延了时间，消防队不能在15min内喷水灭火，则失火将可能蔓延成灾，救火归于失败。火灾案例分析表明，消防队只有在15min内到达火场出水，才能有效扑救防止火势蔓延。假设每个环节的保证率都高达95%，则实现有效出水的总保证率只有77%。消火栓系统控火、灭火的范围及效果除受上述时间因素影响外，还取决于其他因素：如消火栓水柱到达火源的难易程度；

25、建筑物有无其他防火设施；可燃物量的多寡及火势蔓延的快慢；持水枪人员的素质等。1.3.2防火分区防火分区的设置在我国几乎和消火栓系统一样普遍。它是采用相应耐火性能的建筑构件或防火分隔物，将建筑物人为划分的能在一定时间内防止火灾向同一建筑物的其他部分蔓延的局部空间8。防火分区主要由防火墙、板、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁、防火阀等及相应的火灾探测装置构成。探测装置探测到火情后，防火门及防火卷帘等自动关闭，把火势封闭在一局部空间内，阻止其蔓延，以有利于消防扑救。防火分区本身并不能灭火，必须有其他灭火系统配合才能把火灭掉。否则火势会把该区内可燃物燃尽，或破坏掉分隔物，向其他部分蔓延。1.3.3火灾自动报

26、警系统火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置，以及具有其他辅助功能的装置组成的火灾报警系统。它是人们为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施。控制中心报警系统是功能最复杂的火灾自动报警系统8。火灾探测器通过烟感、温感、红外线等探测到火情后，该系统便发出火灾报警、应急照明、广播、消防控制联动等指令，以便于人们采取安全疏散、灭火救灾等措施。火灾自动报警系统本身并不能进行灭火，它是通知并配合人到现场去救火。它必须有其他的灭火系统与之联动才能实现灭火，否则火势将蔓延下去。1.3.4自动喷水灭火系统（1）国家政策导向据统计国内

27、近几年发生死亡人数多的火灾，大都没有安装自动喷水灭火系统消防设施，如2001年6月江西省广播电视发展中心幼儿园火灾，河南洛阳2000年12月歌舞厅特大火灾等等，近几年火灾事故血的教训，使我们应重新总结和回顾我们的消防设施。美国NFPA的调查表明，自动喷水灭火系统（每千次火灾）可以减少人员伤亡1人，减少财产损失1/2到2/3，自动喷水灭火系统是最优秀的全天候自动灭火系统。公安部消防局等10部委于2001年发布了关于公共娱乐场所消防治理整顿的通知，同时建设部发布了建筑设计防火规范和高层民用建筑设计防火规范等4本规范的局部修订稿，主要是强调在公共娱乐场所设置自动喷水灭火系统，并在国内起到了积极的作用

28、。（2）自动喷水灭火系统特点自动喷水灭火系统靠喷洒头喷水灭火。该系统集火情探测与喷水灭火于一身。失火点燃烧产生的热量使其上方的喷头感温元件(玻璃球或易熔合金)启动，喷头喷水灭火。同时系统中的水流指示器向消防控制中心报警，并显示出失火地点。报警阀的压力开关向消防控制中心报警并启动消防水泵。水力警铃也同时发出声音报警。喷水灭火喷头的开启数量取决于火势的大小。可燃物量大、火势大、蔓延迅速，开启的喷头数量就多，反之就少。喷头的启用数量及范围与火势范围自动吻合。由此，使火势在初期得以控制及扑灭在一局部空间内，其中57%的失火被扑灭在2个喷头保护的范围内；83%的失火被扑灭在8个喷头保护的范围内；95%的

29、失火被扑灭在200m2的范围内6。（3）自动喷水灭火系统的优势a.火火成功率高国外自动喷水灭火系统经过一百多年历史的发展，灭火的保证率已高达95%以上6。美国马萨诸赛州握切斯特综合技术研究所的研究报告清楚地表明，一旦着火区域扩大到74m2，一般消防队成功扑灭火灾的可能性只有50%，而着火面积大于74 m2时，消防队通常只能控制建筑内的物品燃烧速度，而不能抑制热量生成和扑灭火灾。自动喷水灭火系统是无人值守的、全天候的、自动跟踪的、可围绕着火点依次打开喷头灭火、从火灾内部喷水直接有效的喷洒到着火点的燃烧物表面、淋湿着火点附近的可燃物的自动灭火系统，能在热气流的作用下及时打开系统，有效的控制火灾，使

30、损失降低到最少，如果采用ESFR喷头、住宅喷头或其他快速反应喷头，自动喷水灭火系统会在发生火灾lmin或不到lmin就动作，快速降低火场的热量，减缓燃烧速度，并尽快把火扑灭，从而有效地降低火灾中人员和财产的损失，最终达到灭火的目的9。表1.2自动喷水灭水系统火灾控制率10开放喷头数（个）充水系统控制率（%）充气系统控制率（%）火灾累计数（次）总控制率（%）140.5630.0543138.83365.5255.7471063.96471.5258.4777069.38574.6562.3078672.611085.6574.3293083.781590.2984.1599189.282092.

31、5688.52102091.893094.9394.54105394.865097.7397.81107597.751099.0399.45109799.1010010101110100表1.2为自动喷水灭火系统火灾控制率，这说明自动喷水能把火灾有效控制在轰燃阶段以前就扑灭火灾，有效地控制热量的产生和毒气的产生，实现自动喷水灭火系统扑灭初期火灾的功能。在20世纪80年代的十年中，美国消防协会(NFPA)的统计中常常报道凡装有自动喷水灭火系统且保养正常的，除少数例外，都在起火点以外的场所防止了死亡的发生，在NFPA的记录中，凡是全部装有自动喷水系统且操作正常的建筑物，在火灾发生时，除了发生爆炸性

32、或轰燃性的火灾，以及在救火中企业消防队员或工人遇难外，没有超过死亡2人以上的记录。表1.3为1982年至1991年10年间美国建筑火灾由于安装自动喷水灭火系统，每千次火灾平均减少死亡人数和减少死亡人数百分比。大量的统计资料表明自动喷水灭火系统可不受现代火灾不利因素的影响，适用于任何恶劣环境，其灭火成功率大于96%。表1.3自动喷水灭火系统对减少死亡人数的影响9产业类别每千次火灾死亡人数无自动喷水灭火系统的场所有自动喷水灭火系统的场所减少的百分比公共场所1.30.191教育产业0.40.38保健产业4.22.151旅社、汽车旅客旅店7.52.665商业和办公楼1.10.465制造业产业2.01.

33、237b.有效减少财产损失减少火灾中的财产损失，主要途径是减少燃烧和火场周围的环境温度。大量的实验资料表明，纤维素和塑料制品通常在260时才会开始热分解，如果房屋中央天花板下的温度保持在260以下，则建筑物的构件和天花板便不可能燃烧，所以天花板下260被认为是保护财产安全的极限温度。自动喷水灭火系统在保护建筑内的财产安全有着极高的效率，装有这一系统的建筑物比没有装这一系统的建筑物在火灾中财产要少损失1/2到2/3。这说明自动喷水灭火系统不仅能尽快扑灭火灾，还能有效的控制火场周围的环境温度低于260。从而达到保护财产的目的。表1.4自动喷水灭火对减少财产损失的影响9产业类别每次火灾的平均直接经济

34、损失（美元）无自动喷水灭火系统的场所有自动喷水灭火系统的场所减少的百分比公共场所16100620061教育产业11200330071保健产业与劳改场所240080065公寓6500340047旅社、汽车旅客旅店10200450056办公楼16400640061百货商场和其他商店248001240050制造产业278001290053表1.4是美国消防部门对1982至1991年之间发生火灾的统计结果，并计算出每次火灾的平均直接损失。公共场所、保健、教育财产损失减少的最大，而商场、办公楼、制造业、旅社、汽车旅客旅店的财产损失减少50%左右9。大量的火灾案例证明自动喷水灭火系统在火灾初期打开6个喷头

35、的灭火概率高达90%以上10，说明自动喷水能把火灾有效控制在轰燃阶段以前就扑灭火灾。从而有效的控制了热量的产生和毒气的产生，实现自动喷水灭火系统扑灭初期火灾的功能，以便减少火场中人员和财产的损失。提高自动喷水系统普及率可有效的减少火灾中的财产损失。第二章 设计说明2.1建筑概况本工程为包头宁鹿综合办公楼，建筑高度32m，共7层，全部为地上建筑。其中首层和七层高4.2m，二至六层高3.9m。该楼是集办公室、值班室、会议室和卧室等为一体的综合性办公楼。2.2设计任务及设计依据2.2.1设计的任务本设计要求完成对包头宁鹿综合办公楼的安全疏散设计及其消防系统的可靠性分析，对于消防系统的可靠性分析本设计

36、只对消火栓系统、自动喷水系统和火灾自动报警系统做简单研究。2.2.2设计的依据（1）设计的资料包头宁鹿综合办公楼立面图，包头宁鹿综合办公楼背立面图，包头宁鹿综合办公楼一层平面图，包头宁鹿综合办公楼二层平面图，包头宁鹿综合办公楼三层平面图，包头宁鹿综合办公楼四层平面图，包头宁鹿综合办公楼五层平面图，包头宁鹿综合办公楼六层平面图，包头宁鹿综合办公楼七层平面图，包头宁鹿综合办公楼侧立面图（2）设计的相关规范依据高层民用建筑防火设计规范GB50045952005版自动喷水灭火系统设计规范GB500842001火灾自动报警系统设计规范第三章 安全疏散设计3.1安全疏散的目的和原则3.1.1安全疏散的目的

37、所谓安全疏散是指建筑中的人员通过专门的设施和路线,安全地撤离着火的建筑。安全疏散设计是指根据建筑的特性设定的火灾条件,针对灾害及疏散形式的预测,采取一系列防火措施保证人员具有足够的安全度。安全疏散的方法应提供多种疏散方式,因为单一的疏散方式都会由于人为或机械的原因而失败。它还应保证在任何时间、任何位置的人员都能自由的无阻碍的进行疏散,同时,在一定程度上保证行动不便的人有足够的安全度。安全疏散设计的目的就是保证建筑中的所有人员在烟气、火焰热、恐慌及其他因火灾造成的各种危险中的安全,也就是在建筑设计中采取主动的与被动的消防安全措施,以保证建筑中的所有人员在危险来临之前疏散至安全地点。显然,建筑消防

38、的绝对安全是不可能实现的,但是,通过合理的疏散设计或改造可以减少火灾给人员带来的危险,提高火灾中人员的安全性。3.1.2安全疏散的原则（1）在建筑物内的任何一个部位，宜同时有两个或两个以上的疏散方向可供疏散。（2）疏散路线应力求短捷畅通，安全可靠，避免出现各种人流、物流相互交叉，杜绝出现逆流。（3）在建筑物的屋顶及外墙上宜设置可供人员临时避难使用的屋顶平台、室外疏散楼梯和阳台、凹廊等，因为这些部位与大气连通，燃烧产生的高温烟气不会在这里停留，这些部位可以基本保证人员的人身安全。（4）疏散通道上的防火门，在发生火灾时必须保持自动关闭状态，防止高温烟气通过敞开的防火门向相邻防火分区（或防火空间）蔓

39、延，影响人员的安全疏散。（5）在进行安全疏散设计时，应充分考虑人员在火灾条件下的心理状态及行为特点，并在此基础上采取相应的设计方案11。3.2允许疏散时间3.2.1建筑物耐火等级的划分高层建筑应根据其使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等进行分类。并宜符合表3.1的规定。 表3.1 建筑分类名称一类二类居住建筑十九层及十九层以上的住宅十层至十八层的住宅公共建筑1. 医院 2. 高级旅馆 3. 建筑高度超过 50m 或 24m 以上部分的任一楼层的 建筑面积超过 1000m2 的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼 4. 建筑高度超过 10m 或 24, 以上部分的任一楼层的 建筑面积超过

40、 1500m2 的商住楼 5. 中央级和省级（含计划单列市）广播楼 6. 网局级和省级（含计划单列市）电力调电视度楼 7. 省级（含计划单列市）邮政楼、防灾指挥调度楼 8. 藏书超过 100 万册的图书馆、书库 9. 重要的办公楼、科研楼、档案楼 10. 建筑高度超过 50m 的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等 1. 除一建筑以外的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼、商住楼、图书馆、书库 2. 省级以下的邮政楼、防灾指挥调度楼、广播电视楼、电力调度楼 3. 建筑高度不超过 50m 的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等 注：一类高层建筑的耐火等级应为一级，二类高层建

41、筑的耐火等级不应低于二级。裙房的耐火等级不应低于二级。高层建筑地下室的耐火等级应为一级。包头宁鹿综合办公楼属于表3.1中的二类建筑，本设计中该建筑的耐火等级设定为一级。3.2.2 允许疏散时间的确定安全疏散时间是指建筑物发生火灾时,人员离开着火建筑到达安全区域的时间。安全疏散允许时间,是确定安全疏散距离、安全通道的密度、安全出口数量的重要依据,一、二级耐火等级的民用建筑物的安全疏散允许时间为6 min;三、四耐火等级可为2 min。人员密集的公共建筑一、二耐火等级的应为5 min;三级耐火等级的应为3 min。因为包头宁鹿办公综合楼为耐火等级一级的民用建筑，所以该楼的安全疏散允许时间应不超过6

42、 min。3.3安全疏散距离3.3.1从房间内的最远点到房门或住宅户门的距离（1）为了保障房间内的人员允许迅速疏散，从房间内最远点到房门或住宅户门的距离不宜超过15m。以宁鹿办公楼内最大的房间，位于第七层最左端的总经理办公室为例，该房间的示意图如图3.1所示：图3.1 总经理办公室(mm)房间内最远点到房门的距离就是A点到房门中心的距离：房间内最远点到房门的距离=10855.5mm11m（2）对人员密集的公共场所，如商场营业大厅、附设在高层建筑内的影剧院、餐厅、大型会议室等，考虑其特殊使用要求，从房间内最远点到房门的距离不宜超过30m。在宁鹿办公楼的第七层的右端就有一个大型的会议室，该会议室的

43、示意图如图3.2所示： 图3.2大会议室(mm)该会议室的最远点到房门的距离就是A点到左边房门中心的距离：会议室最远点至门的距离=15973.8mm16m3.3.2从房门（或住宅户门）到最近安全出口的距离根据高层民用建筑防火设计规范要求，高层民用建筑房间门或住宅户门至最近的安全出口的最大距离要满足表3.2的要求。表3.2 高层民用建筑安全疏散距离高层建筑房间门或住宅户门至最近的外部出口或楼梯间的最大距离(m)位于两个安全出口之间的房间位于袋形走道两侧或尽端的房间医院病房部分2412其他部分3015旅馆、展览楼、教学楼3015其他4020要计算房间门至最近的外部出口或楼梯间的距离，首先要确定安全

44、出口和楼梯间的位置，设定包头宁鹿综合办公楼的首层的安全出口为M1、M4、M8，该楼的楼梯有2个分别为1#楼梯和2#楼梯。该楼首层的安全出口和该楼楼梯的位置如图3.3所示。 图3.3安全出口及楼梯间位置示意图分别计算宁鹿综合办公楼的各个层面的房间门至最近的外部出口或楼梯间的距离，并验算计算结果是否符合表3.2的要求。（1）首层安全疏散距离计算由于是首层所以计算的是房间门至最近的外部出口的距离，该层楼面示意图如图3.4所示，该层房间门至最近的外部出口的最大距离为m1至M8，m2至M1和m3至M1的距离。图3.4 首层楼面示意图m1至M8的距离=18950mm19m20m，符合规范要求；m2至M1的

45、距离=9978.1mm10m40m，符合规范要求；m3至M1的距离= 19600mm20m20m，符合规范要求。（2）第二至六层安全疏散距离计算由于是第二层以上所以计算的是房间门至最近的楼梯间的距离，由于包头宁鹿综合办公楼的第二层至第六层结构一样，所以只以第二层为例计算，第二层楼面示意图如图3.5所示。该层房间门至最近楼梯间的最大距离为m1至1#楼梯间的距离及1#楼梯间至2#楼梯间距离的一半。图3.5二层楼面示意图m1至1#楼梯间的距离=7800+850=8650mm9m20m，符合规范要求；1#楼梯间至2#楼梯间的距离的一半= 52950=26475mm27m40m，故2个楼梯间所有房间门到

46、最近楼梯的距离都不会超过40m，符合规范要求。（3）第七层安全疏散距离计算第七层同样计算的是房间门到最近楼梯间的距离，该层楼面示意图如图3.6所示。该层房间门至最近楼梯间的最大距离为m1至1#楼梯间，m2至1#楼梯间和m3至2#楼梯间的距离。图3.6七层楼面示意图m1至1#楼梯间的距离=8650mm9m20m，符合规范要求；m2至1#楼梯间的距离21m40m，符合规范要求；m3至2#楼梯间的距离1m40m，符合规范要求。3.4安全出口3.4.1安全出口的设计原则I.疏散楼梯A平面布置为了提高疏散楼梯的安全可靠程度，在进行疏散楼梯的平面布置时，应满足下列防火要求：（1）疏散楼梯宜设置在并准层（或

47、防火分区）两端，以便于为人们提供两个不同的疏散路线。（2）疏散楼梯宜靠近电梯设置。发生火灾时，人们习惯于利用经常走的路线进行疏散，而电梯则是人们经常使用的垂直交通运输工具，靠近电梯设置疏散楼梯，可将常用疏散路线与紧急疏散路线相结合，有利于人们快速进行疏散。如果电梯厅为开敞式时，为避免因高温烟气进入电梯井而切断通往疏散楼梯的通道，两者之间应进行防火分隔。（3）疏散楼梯应靠外墙设置。这种布置方式有利于采用带开敞前室的疏散楼梯间，同时也便于自然采光、通风和进行火灾的扑救。B竖向布置（1）疏散楼梯应保持上、下通畅。高层建筑的疏散楼梯宜通至平屋顶，以便向下疏散的道路发生堵塞或被烟气切断时，人员能上至屋顶

48、暂时避难，等待消防部门利用登高车或直升机进行救援。（2）应避免不同的人流路线相互交叉。高层部分的疏散楼梯不应和低层公共部分（指裙房）的交通大厅、楼梯间、自动扶梯混杂交叉，以免紧急疏散时两部分人流发生冲突，引起堵塞和意外伤亡。（3）设置可供临时避难使用的安全区域。对于二、三十层以上的高层建筑来说，宜在各设备层中（或每隔十层左右）用耐火极限不低于1.5h的楼板和2.50h的墙体及甲级防火门，划分出一定面积的空间，并使其与疏散楼梯相连，其空调系统应单独设置，此外尚应设有排烟、照明、通讯及灭火设施。在发生火灾时，当楼梯间内的人流发生拥挤或堵塞时，该空间可以起到缓冲和暂时避难的作用。II.直通室外地平面

49、的门疏散门时人员安全疏散的主要出口，其设置应满足下列要求：（1）门应向疏散方向开启，但房间内人数不多时（如60人以下，并且通过每道门的人数不超过30人），因疏散条件比较缓和，也可不严格限制。（2）供人员使用疏散使用的门，不应享用悬吊门、推拉门，严禁采用旋转门。（3）当门开启时，门扇不应影响人员的紧急疏散。（4）人员密集的公共场所，疏散门不应设置门槛，紧靠门1.4m范围内不应设置踏步，观众厅的太平门宜安装自内向外开启的自动门闩。3.4.2安全出口的数量（1）民用建筑一般均应设置两个或两个以上的安全出口，这样做的目的是保证建筑物起火时，一旦其中一个出口被封死，另外一个出口仍可使用，不至使人陷入绝境

50、。（2）对于人员密度超过1.2人/m2建筑物，如剧场、电影院、多功能餐厅等，即使设有两个安全出口也往往是不够的，此时应按每个安全出口的平均疏散人数不超过250人计算确定。当容纳人超过2000人时，其超过2000人的部分，可按每个安全出口平均疏散人数不超过400人计算。（3）对层数不多（指三层及三层以下）、占地面积不大、使用人数又很少（均有疏散能力）的小型建筑，可设一个安全出口；除医院、托儿所、幼儿园之外的二、三层建筑物，当上层容纳人数不多、占地面积又不大时，也可只设一部疏散楼梯；五层及五层以下的组合式单元住宅（或宿舍），每个单元可只设一部疏散楼梯，当超过六层时，每个单元的楼梯间均应通至平屋顶。

51、包头宁鹿综合办公楼属于是一般的民用高层建筑，而且其人员密度未超过1.2人/m2，根据以上3条的要求设定首层安全出口的数目为3个，二至六层均设置2个安全出口。安全出口的位置如图3.3所示。3.4.3安全出口的宽度安全出口的宽度如果不足，会延长疏散时间，影响安全疏散。（1）根据高层民用建筑防火设计规范要求，高层建筑内走道的净宽，应按通过人数每100人不小于1.00m计算；高层建筑首层疏散外门的总宽度，应按人数最多的一层每100人不小于1.00m计算。首层疏散外门和走道的净宽不应小于表3.3的规定。表3.3首层疏散外门的走道净宽高层建筑每个外门的净度/m走道净宽/m单面布房双面布房医院1.301.4

52、01.50居住建筑1.101.201.30其他1.201.301.40按照表3.3的要求包头宁鹿综合办公楼的每个外门的宽度不应小于1.20m，因为该办公楼采用的是双面布房，所以首层的走道净宽不应小于1.40m。包头宁鹿综合办公楼的首层有3个安全出口分别为M1、M4、M8，M1为综合楼的正门，M4、M8为综合楼的后门和侧门，结合规范并考虑大楼整体美观性等方面的要求各门的净宽设定为：M1=6.60m，M4=1.50m，M8=1.20m设定该综合楼的首层的走道净宽为1.80m。（2）根据高层民用建筑防火设计规范要求，每层疏散楼梯总宽度应按其通过人数每100人不小于1.00m计算，各层人数不相等时，其

53、总宽度可分段计算，下层疏散楼梯总宽度应按其上层人数最多的一层计算。疏散楼梯的最小净宽不应小于表3.4的规定。表3.4疏散楼梯的最小净宽度高层建筑疏散楼梯的最小净宽度/m医院病房楼1.30居住建筑1.10其他建筑1.20按照表3.4的要求包头宁鹿综合办公楼的每层疏散楼梯的净宽度不应小于1.20m。设定该综合楼的楼梯净宽为1.325m（3）疏散楼梯间的门的净宽应按通过人数每100人不小于1.00m计算，但最小净宽不应小于0.90m。设定该综合楼的疏散楼梯间的门的净宽为1.20m3.5楼梯间3.5.1疏散楼梯和楼梯间的概念具有一定防火、防烟能力，且能作为竖向紧急疏散使用的楼梯，称为疏散楼梯。设置室内

54、楼梯的专用房间称为楼梯间。楼梯间对楼梯可以起到一定的保护作用，有利于人员的安全疏散。3.5.2楼梯间的基本类型及适用范围常见的楼梯间有普通楼梯间、封闭楼梯间和防烟楼梯间等。（1）普通楼梯间普通楼梯间即不封闭的开敞式楼梯间，这种楼梯间在发生火灾时不能阻挡烟气进入，因此安全可靠程度不大。故只能适用于11层及11层以下的单元式住宅；建筑高度不超过24m的普通多层公共建筑及丁、戊类厂房。（2）封闭楼梯间封闭楼梯间是指设有能阻挡烟气的双向弹簧门的楼梯间，如图3.7所示。因为这种楼梯间有墙和门与走道分隔，故相对来说是比较安全的，但因这种楼梯间只设有一道门，当疏散人员连续进入楼梯间时在门窗开启处会有缝隙，难

55、以保证不使烟气进入楼梯间，所以，对这种楼梯间的使用范围仍应加限制。这种楼梯间适用于1218层单元住宅；10层通廊式住宅；医院、疗养院病房楼；高级多层旅馆；超过5层的公共建筑；建筑高度不超过32m的二类高层民用建筑；甲、乙、丙类厂房和建筑高度不超过32m的高层厂房。图3.7封闭楼梯间1外窗；2乙级防火门（3）防烟楼梯间防烟楼梯间是指在楼梯间入口处设有前室或可供排烟用的阳台、凹廊，且通向前室、阳台、凹廊和楼梯间的门均为乙级防火门的楼梯间。因为这种楼梯间设有两道防火门的排烟设施，所以在这三种楼梯间中它是最安全的。带阳台的防烟楼梯间，如图3.8所示。 图3.8带阳台的楼梯间带凹廊的防烟楼梯间，如图3.

56、8所示。图3.9带凹廊的防烟楼梯间带封闭前室的防烟楼梯间，如图3.10所示。图3.10带封闭前室的防烟楼梯间这种楼梯间适用于：一类高层民用建筑；建筑高度超过32m的二类高层民用建筑；11层及11层以上的通廊式住宅和建筑高度超过32m，且每层人数超过10人的高层厂房。3.5.3本建筑楼梯间的选择包头宁鹿综合办公楼属于建筑高度不超过32m的二类高层民用建筑，所以该楼不能采用普通楼梯间，又考虑该楼的设计成本和实际情况，所以该办公楼选择采用封闭楼梯间。3.5.4封闭楼梯间防火要求（1）封闭楼梯间应靠外墙布置，并能直接进行天然采光和自然通风。（2）高层民用建筑和高层工业厂房的封闭楼梯间应采用乙级防火门，

57、并向疏散方向开启。（3）为保证疏散楼梯间的防烟效果，应避免在楼梯间的内墙上随意开窗、挖洞。（4）在楼梯间内不应设有影响疏散的凸出物，各种可燃气体管道及易燃、可燃液体管道亦不应从楼梯间穿越。（5）当楼梯间的底层紧连主要出口时，可利用乙级防火门将走道隔开，形成包括门厅及部分走道在内的扩大的封闭楼梯间。3.6避难层3.6.1避难层的定义避难层是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。3.6.2避难层的类型（1）敞开式避难层敞开式避难层不设围护结构，为全敞开式，一般设在建筑物的顶层或屋顶上。这种避难层采用自然通风排烟方式，结构处理比较简单

58、，但不能绝对保证本身不受烟气侵害，也不能防止雨雪的侵袭。为此，这种避难层只适用于温暖地区，在我国北方大部分地区都不适用。（2）半敞开式避难层半敞开式避难层，四周设有防护墙（一般不低于1.2m），上半部设有窗口，窗口多用铁百叶窗封闭。这种避难层通常也采用自然通风排烟方式，四周设置的防护墙和铁百叶窗可以起到防止烟火侵害的作用。但它仍具有敞开式避难层的不足，故也只适用于非寒冷地区。（3）封闭式避难层封闭式避难层，周围设有耐火的围护结构（外墙、楼板），室内设有独立的空调和防排烟系统，如在外墙上开设窗口时，应采用防火窗。这种避难层设有可靠的消防设施，足以防止烟气和火焰的侵害，同时还可以避免外界气候条件的

59、影响，因此适用于我国南北方广大地区。3.6.3避难层的设置条件根据高层民用建筑设计防火规范第6.1.13条规定， 建筑高度超过100m的公共建筑，应设置避难层（间）。而包头宁鹿综合办公楼式高度不超过32m的高层民用建筑，所以该楼不设置避难层。3.7消防电梯3.7.1设置消防电梯的必要性高层建筑一旦发生火灾，要求消防指战员必须迅速到达起火部位，并尽快组织扑救。普通电梯电源没有保障，且又不防火、不排烟，故只能依靠疏散楼梯进行攀登。利用疏散楼梯攀登楼层，不仅体力消耗很大，而且还会受到避难人流的阻挡，难以组织有效的灭火战斗，故在高层建筑中设置消防电梯是非常必要的。3.7.2消防电梯的设置范围下列建筑应

60、设置消防电梯：（1） 一类公共建筑；（2） 高度超过32m的其他二类公共建筑；（3） 塔式住宅；（4） 十二层及十二层以上的单元式或通廊式住宅。包头宁鹿综合办公楼是高度不超过32m的二类民用公共建筑，所以该楼不设置消防电梯。3.8疏散时间计算3.8.1疏散时间（1）疏散时间：从发生火灾开始，人员从最不利点脱离火灾现场的时间。（2）疏散路线的组成：第一疏散阶段：从室内最不利点到房门的疏散；第二疏散阶段：从房门到楼梯间入口的疏散；第三疏散阶段：从楼梯间入口到出口的疏散；第四疏散阶段：从楼梯间出口到室外的疏散。 （3）四个疏散阶段时间的计算第一阶段疏散时间：a、不发生滞留时： 式（3.1） 从最不利点到房间门口所用的时间，s；最不利点到房间门口的距离，m ；人流速度，m/s。b、发生滞留时： 式（3.2）房间内总人数，人；通行系数，人/sm