中原福塔广播电视发射机房消防性能化设计分析

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摘 要：位于中原福塔塔楼的河南省广播电视发射台广播电视发射机房，设备多，位置高，中原福塔超高层建筑，一旦发生火灾事故人员疏散及灭火救援困难，所以本工程按其高度和重要性质属一类超高构筑物，耐火等级为一级。高层建筑结构的复杂、功能多元化都是消防工作的难题。本文首先介绍了中原福塔作为世界级较高全钢结构塔在施工中消防方面的一些创新举措，研究了目前高层建筑在消防方面的一些共性的难题，并尝试构建以预防为目的的消防防范体系。

关键词：无线发射；全钢结构；高层救援；气体灭火

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.186

0 引言

中原福塔是一座以发射广播电视信号为主，同时具有旅游观光、展览、餐饮、娱乐、休闲等综合服务功能为一体的多功能钢结构电视塔，河南省广播电视发射台广播电视发射机房于2011年1月1日搬迁至中原福塔，开始发射广播电视节目，无线覆盖郑州市及周边中原城市群，由于机房设备多，有30多部大功率发射机及其配套设备和信号源系统、调频监控系统、电视监控系统等；位置高，属于超高层建筑，人员疏散及灭火救援困难，所以本工程按其高度和重要性质属一类超高构筑物，耐火等级为一级。

1 设计思路及问题解决方法

本项目消防设计的指导思想首先是通过严格的管理将火灾发生的可能性降低到最低水平；其次，万一发生火灾，应能将火灾限制在起火局部区域或起火建筑内，不使其蔓延到其它建筑。火灾的发生、发展具有一定的规律性，它兼有确定性和随机性的双重规律性。但在工程分析中，通常只能从确定性的一面出发进行定量的分析。火灾蔓延受到多种不确定因素的影响，如：可燃材料和可燃物本身对火的反应特征、可燃物分布情况、灭火救援情况等。性能化设计与分析往往只能针对典型可燃物及布置形式下，进行火灾及烟气的蔓延和扩散情形分析。

1.1 本工程的工程技术特征有如下四点

（1）主体结构分为钢砼结构和钢结构两种类型，耐火性能差别很大。特别对于钢结构，自身防火性能差，须有完善的消防对策。

（2）高度超高，塔楼高度在215.75m 以上；疏散通道为筒状体，给人员疏散和消防工作带来诸多问题。

（3）使用功能特殊，发射机房内有大量的电器设备，不能使用常规的救火方法。

（4）防火材料以轻质材料为主。由于建筑高度较大，若防火材料采用传统的砖或砼材料则自重太大，结构造价将大大增加，所以只能采用轻质防火材料。

电视塔建筑属于人员密集的公共设施，一旦发生火灾就可能造成极大的人员伤亡和财产损失，因此，对电视塔的耐火性能进行基于性能的量化分析和计算机模拟仿真具有重要的现实意义和研究价值。

1.2 现有规范不足与性能化防火分析

保证建筑物的安全与完整是在建筑设计中的基本内容，火灾是破坏建筑结构安全的一种重要原因。建筑物在遭受火灾时，在高温作用下，建筑构件的材料性能和内部应力状况发生变化，力学性能迅速恶化，乃至失去支撑能力、隔断能力或隔热能力，造成结构的破坏甚至整体的倒塌。这样的事例在国内外数不胜数，建筑物发生倒塌的原因都是因为局部构件在高温下失去承载能力而引起建筑物整体坍塌，由于钢结构屋顶空间工作的条件，在屋架之间联结了很多的支撑杆件，随着局部的破坏造成整体失去稳定，因而也就决定了钢结构屋顶的破坏是整体的，或者是较大部分的。这些事件已经引起了国内外防火安全领域的专家学者们的高度重视，有关火灾状况下的建筑物倒塌破坏方面的研究也成为一个热门的研究课题。

电视塔建筑属于人员密集的公共设施，一旦发生火灾就可能造成极大的人员伤亡和财产损失，因此，对电视塔的耐火性能进行基于性能的量化分析和计算机模拟仿真具有重要的现实意义和研究价值。在火灾情况下，由于钢结构的耐火性能差，在高温作用下，很快出现塑性变形，温度在450～500℃时，承载能力便大大减弱。温度再高，钢材变软，变形显著，屋架翘曲，屋顶随着就会塌落，经过的时间很短，一般在10～20min左右。由于钢结构屋顶空间工作的条件，在屋架之间联结了很多的支撑杆件，随着局部的破坏造成整体失去稳定，因而也就决定了钢结构屋顶的破坏是整体的，或者是较大部分的。

2 火灾场景与人员安全疏散场景设置分析

由于机房位于电视塔塔楼部分，属于超高层建筑，人员疏散及灭火救援困难，是当今超高层建筑的世界性难题。在遵循技术可行性和经济合理性的原则上，本项目在围绕超高层防火困难的基础，通过消防性能化设计分析，在本项目中如何提高人员疏散，如何提高钢结构耐火极限和怎样有效的预防火灾发生。

2.1 其主要创新点如下

（1）根据此建筑的实际情况，设置剪刀楼梯，把观光电梯全部按照消防电梯设计，此举开创了省内高层建筑人员逃生的先例，革新了以往人员疏散逃生的单一模式。

（2）在此消防系统中首先开创了由传输水泵直接把消防水抽到塔楼238米的水箱中，此例在全国高层建筑中实属首例，革新了以往经过几级中途转输的不利因素，既经济又实用。

2.2 人员安全疏散场景设置分析

发射机房的人员安全疏散结合塔楼的疏散方案实施的，电视塔的塔楼呈五瓣腊梅花开状，由片状金属和高强玻璃构件玻璃幕墙作外型处理，造型剔透曲美。整个塔楼分为10层和11层户外观光层，是高空旅游观光的主要场所。塔楼通透幕墙为中空夹胶钢化玻璃幕墙，部分点式封闭幕墙为钛合金或彩色不锈钢板表面保温层夹芯幕墙。幕墙内楼板外沿设置耐火极限不低于1.0h、高度0.9m的不燃烧实体裙墙，承托板与主体结构、幕墙结构及承托板间缝隙填充防火密封材料，各层每层为一个防火分区。

塔楼最大设计疏散人数为600人，其中塔楼八层100人，塔楼九层150人，塔楼十层（旋转餐厅）：150人，塔楼十一层（观光平台平面）200人。

2.3 塔楼部分主要区域分析

四层：为避难层，面积为424m2。其火灾荷载密度低，人员荷载密度较大。该层应避免受到火灾烟气的影响。

十层：旋转餐厅，面积为559m2，共设有120 座固定座位。下层火灾时的火灾气上升快，可能对上部空间人员造成不利的影响。

十一层：为露天观光平台，面积达1124m2，一般该区域不设置固定座椅，火灾荷载密度低（一般设定为80MJ/m2），人员荷载密度大，且该区域为距离地面最高最远区域，因此该区域人员处在最不利疏散位置。

3 灭火系统设置

3.1 气体灭火系统

广播电视发射机房内有大量大型的的电器设备，如发射机、配电柜等，所以专设置了烟烙尽气体灭火系统，设钢瓶间贮存灭火剂。塔楼分为三个防护区，防护区面积小于500m2，容积小于2000m3，设计最小浓度37.5%，防护区环境设计温度21℃，喷射时间不超过80s。系统设三种控制方式：自动控制、手动控制和机械应急操作。

3.2 其他灭火设备

发射机房所在的塔楼部分均按严重危险级配置灭火器，每具灭火器最小配置级别3A，采用磷酸铵盐手提式灭火器。塔楼顶部设置40m?消防水箱，满足火灾初期10分钟灭火用水量，塔楼3层238m处设消防转输水箱50m3。

3.3 防、排烟系统

塔座防烟楼梯间采用机械加压送风系统，送风机设于裙房或电梯机房顶层屋面，送风机风量均为24700m3/h。楼梯间内隔层设置自垂式正压送风口，火灾时，消防控制中心通过烟感器报警，随之正压送风机启动。

塔座消防电梯合用前室均设机械加压送风系统，送风机设于裙房或电梯机房顶层屋面，送风机风量均为16000m3/h。每层合用前室均设置常闭型电动远控正压风口，送风机及电动风口均由消防控制室控制，着火时，着火层及其上下层正压风口打开，同时风机运行。

空调通风系统防火措施：风管穿越防火分区处，穿越通风、空调机房及重要的或火灾危险性大的房间隔墙和楼板处，垂直风管与每层水平风管交接处的水平管段上，穿越变形缝的两侧均应设70℃防火阀，风管采用不燃型无机氯氧镁风管。发生火灾时，通过联动系统关闭所有非消防用风机。

4 性能化设计分析结论

由于广播电视发射机房所在的塔楼区域距离地面垂直高度大，达到218-260m，建筑内全部人员靠自力疏散至室外所需疏散时间较长，达到约68min，故在塔楼设置避难层是必要的，应采取可靠措施保证避难层和疏散路径的安全；当采取一定的措施情况下，可利用消防电梯对避难层人员进行疏散；并应适当延长疏散路径的应急照明和灯光疏散指示连续供电时间。

完美的设计加上优质的维护，使得中原福塔广播电视发射机房消防系统有力的保障了机房日常播出工作的正常运行。

参考文献：

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