GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》编制要点简介
GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》 (以下简称《标准》) 于2018年8月1日正式实施。这是我国第一本内容全面、体系科学合理、具有较强可操作性的建筑防烟排烟系统技术标准。与GB 50016—2006《建筑设计防火规范》和GB 50045—95《高层民用建筑设计防火规范》 (2005年版) 相比, 该技术标准的防烟排烟系统内容变化较大。本文介绍该《标准》的编制背景、主要内容、重点技术内容, 以便读者全面深刻理解标准。
1 编制背景
国内外的多次火灾表明, 火灾中产生的烟气具有遮光性、毒性和高温特性, 从而成为造成火灾人员伤亡和重大财产损失的最主要因素。为确保人员的安全疏散、消防扑救的顺利进行及有效保护消防救援人员的安全, 组织合理的烟气气流、建立科学有效的烟气控制设施十分必要。
建筑防烟排烟系统设计是建筑防火安全设计的重要组成部分, 编制《标准》是完善建筑防火设计标准体系的必然要求。随着经济建设的发展, 我国高层建筑和大规模公共建筑越来越多, 正在逐步发展与完善的建筑防火设计技术体系涵盖了与建筑防火设计相关的建筑、结构、电气、消防给水灭火等专业。2018年以前我国在建筑防烟排烟系统方面没有详细、完整的专项技术标准与技术规范, 因此, 作为建筑防火设计标准体系重要组成部分的《标准》的编制势在必行。
2 任务来源及编制简况
根据原建设部 (现为住房和城乡建设部) 下发的“关于印发《2006年工程建设标准规范制定、修订计划 (第一批) 》的通知” (建标[2006]77号) 的要求, 经公安部消防局批准, 《标准》由公安部四川消防研究所申报立项, 并会同上海市公安消防总队和国内12个科研单位、设计院及有关厂家共同编制。
2.1 编制简况
2.1.1 编制《标准》的目的
编制《标准》的目的是保护人员和财产安全、减少火灾危害, 以有利于科学地实施灭火救援:在火灾发生初期, 及时启动防烟系统, 有效防止火灾烟气进入疏散通道;在火灾期间, 及时启动有效的排烟系统, 保障人员安全疏散;在火灾后期, 破拆各类固定窗, 顺利排烟排热, 保证灭火救援的实施。
2.1.2 《标准》的主要特点
该《标准》是在总结我国建筑防烟排烟经验和科研成果的基础上, 参考国际上相关的技术标准, 结合建筑的特性和火灾烟气发展规律等进行编制的。《标准》较以前实施的防烟排烟系统技术规范科学性更强, 内容更详细, 要求也更全面。同时在《标准》编制过程中注重与建筑防火设计技术标准体系的协调性, 例如, 将需要设置防烟排烟系统的部位与场所相关内容
2.2 编制依据
在《标准》编制过程中, 编制组遵循国家有关法律、法规和技术标准, 深入调研建筑防烟排烟系统设计和工程应用情况, 认真总结火灾事故教训和建筑防烟排烟系统工程应用实践经验, 参考国内外最新相关标准规范, 吸收先进的科研成果, 广泛征求设计、监理、施工、产品制造、消防监督等各有关单位相关意见。
1) 参考国内外相关技术标准中有效技术规范与规程。
主要参考的国内已实施国家或地方技术规范与技术规程包括:GB 50045—95《高层民用建筑设计防火规范》 (2005年版) 、GB 50016—2006《建筑设计防火规范》及上海市DGJ 08-88—2006《建筑防排烟技术规程》。参考的国外相关技术标准有:美国NFPA 92-2012《Standard for smoke control systems》、NFPA 204-2002《Standard for smoke and heat venting》、英国BS (5588, 7346) 、澳大利亚消防设计规范AS 2419、日本建筑防火安全法规等。
2) 总结国内近些年大型火灾的经验教训。
总结国内近些年发生的大型火灾, 包括:深圳2008年9月21日俱乐部火灾、上海2010年11月15日高层住宅火灾、天津2012年6月30日商场火灾的发生原因及造成大量人员伤亡、重大财产损失的经验教训, 有助于建立更合理、更有效的防烟排烟系统体系。
3) 国内各个科研单位对防烟排烟技术的理论研究、实验成果和设计、生产厂家及公安消防部门的意见为《标准》的编制提供了理论与实验依据。
2.3 《标准》适用范围
《标准》的主要适用范围为:新建、扩建和改建的工业与民用建筑的防烟排烟系统的设计、施工、验收及维护管理。由于工业、民用建筑分类复杂且众多, 标准不可能覆盖所有的建筑类型, 对于部分有特殊用途或特殊要求的工业建筑和民用建筑, 如:汽车库、修车库、停车场建筑, 地铁建筑, 高洁净度要求建筑等, 其一些特殊性的措施和要求可按国家相关专业标准执行, 本《标准》中非个性化、普遍适用的通用性条文 (如防烟排烟管道材质、防烟排烟管道风速、管道的耐火极限、排烟口位置及排烟防火阀设置要求等) 仍可参照执行。
3 编制主要内容
3.1 主要内容
作为我国第一本建筑防烟排烟系统的技术标准, 内容包括从设计、施工、调试、验收到运维全过程, 主要涵盖以下方面:
1) 明确了制定《标准》的目的、意义及《标准》的适用范围。
2) 对《标准》涉及的专业术语进行了定义。
3) 规定了不同类型与高度建筑物防烟排烟系统的设置原则。
4) 规定了防烟与排烟 (补风) 系统的计算方法和设置要求。
5) 规定了需要进行火场热烟排放的场所和设置要求。
6) 规定了防烟排烟设施与报警系统的启动与联动控制要求。
7) 规定了防烟排烟系统设备材料进场检验和系统的安装、调试与验收基本要求。
8) 规定了防烟排烟系统的运行维护管理基本要求。
3.2 主要章节内容与条文统计
《标准》包括总则、术语与符号、防烟系统设计、排烟系统设计、系统控制、施工、调试、验收和维护管理9个章节, 共193条。其中, 强制性条文20条, 主要分布在防烟系统设计、排烟系统设计和系统控制这3章中, 这3章也是该《标准》的重点内容。《标准》设置了7个附录, 主要为不同火灾规模下机械排烟量、排烟口最大排烟量及防烟排烟系统安装、调试、验收、运维等环节需要使用的表格。
4 重点技术介绍
在《标准》编制过程中, 编制组结合国家与上海市相关标准的实施经验, 采用了国内外相对成熟的技术成果和方法, 保证了《标准》内容的科学性、合理性与适用性。具体内容如下。
4.1 系统地明确了防烟排烟设计与计算的专用术语和符号
《标准》系统地明确了火灾烟气控制系统理论和防排烟设计的专业术语与计算符号, 包括21个常用的防烟排烟系统术语和63个防烟排烟计算所用的符号, 有利于防烟系统选择和排烟系统计算的理解和应用。
4.2 将国内外先进的防烟排烟理论、规范与经验应用到《标准》中, 提高了《标准》编制水平
4.2.1 明确了排烟设计中有关术语与基本概念
根据火灾烟气生成与流动特性, 《标准》明确了空间净高H、挡烟垂壁高度、储烟仓高度、清晰高度、最小清晰高度Hq及烟层底部高度Z的基本概念及相互之间的关系 (见图1) 。最小清晰高度是发生火灾时保证室内人员安全疏散和方便消防人员扑救的最低要求。在烟气控制分析计算中必须满足以下条件:烟层底部高度Z≥最小清晰高度Hq。
图1 最小清晰高度与储烟仓高度、烟层底部高度Z的相对关系
由于自然通风和机械方式排烟动力的差异, 《标准》对于不同排烟方式下的储烟仓高度 (挡烟垂壁高度) 要求也不一样:自然排烟储烟仓高度不小于0.2H, 且不小于500 mm;机械排烟储烟仓高度不小于0.1H, 且不小于500 mm。
据此基本概念和国内外相关研究成果, 为确保烟气被有效控制和排烟系统有效运行, 《标准》规定了防烟分区划分原则:防烟分区长边最大允许的长度为空间净高的8倍左右, 见表1。
表1 公共建筑、工业建筑防烟分区的最大允许面积及其长边最大允许长度
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空间净高H |
最大允许面积/m2 | 长边最大允许长度/m |
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H≤3.0 m |
500 | 24 |
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3.0 m<H≤6.0 m |
1 000 | 36 |
|
H>6.0 m |
2 000 |
60;具有自然对流条 件时, 不应大于75 |
对于高度大于9.0 m的空间, 可以不设挡烟设施;对于宽度不大于2.5 m的走道, 其防烟分区的长边长度可以延长到60 m。
4.2.2 参照国内外研究成果, 增加了火灾烟气生成量的计算方法
参照国际上先进的烟气流动与控制研究成果和标准, 将常用烟羽流及烟气控制公式纳入本《标准》中, 有助于设计人员正确认识和理解火灾烟气生成原理, 掌握烟气控制的设计要点, 提高设计水平。
4.3 明确了防烟系统与排烟系统均可采用自然和机械2种方式
自然通风方式相比机械加压送风系统或排烟系统具有简单易行、经济、可靠的特点, 同时长期实践表明, 自然通风方式是行之有效的防烟和排烟方式。
在原国家相关规范中, 自然通风防烟与可开启外窗自然排烟均安排在“自然排烟”章节中, 为了更好地体现《标准》编制的逻辑性, 同时便于设计人员掌握各自要点, 将自然防烟与自然排烟相关内容分别纳入防烟系统设计与排烟系统设计中。
建筑防烟排烟系统设计都应根据建筑的使用性质、高度、平面布置、通风条件等因素选择自然或机械防烟方式。根据火灾热烟气上升的基本原理, 推荐优先采用自然排烟系统。
4.4 完善了防烟设施要求, 细化了防烟计算方法
《标准》根据建筑使用性质、建筑高度、建筑安全疏散设施平面布局、通风条件、加压送风口位置等各种影响防烟效果的因素及空气、烟气流动特性, 从提高系统可靠性、安全性角度出发, 详细规定了自然通风防烟与机械加压送风防烟系统的适用场合、应用条件、设置方法和要求等内容。
1) 进一步完善了自然通风防烟设施的要求。
根据建筑物使用性质、建筑高度等因素对通风的影响, 《标准》规定了自然通风防烟方式的应用条件。以建筑高度限制防烟系统的选择主要是考虑自然通风效果会受风速与风压的影响;而建筑使用性质主要反映了火灾时人员对建筑内部消防设施 (疏散走道和疏散楼梯) 的熟悉程度。考虑到住宅内人员密度低, 且居住人员对大楼的疏散设施比较熟悉, 疏散难度较公共建筑与工业建筑小, 因此对住宅采取自然通风防烟方式的建筑高度限制适当放宽至100 m。
《标准》明确了楼梯间、前室、避难层 (间) 自然通风防烟方式设置要求。原国家相关规范中对楼梯间、前室和避难层 (间) 采用自然通风防烟方式的要求不够明确, 《标准》设置专门章节明确了开窗 (口) 面积、位置等内容, 并对外窗开启装置的要求作出了明确的规定, 提高了自然防烟系统的可靠性。
2) 进一步完善了机械防烟设施要求, 细化了防烟计算方法和取值规定。
《标准》明确了防烟楼梯间、前室、避难走道及其前室的机械防烟设置要求:包括不同条件下的楼梯间及其前室的机械加压送风防烟系统的设置原则、机房设置、场所、送风管道的材料、风速、风管制作及耐火极限、进风口位置等要求;同时新增了直灌式加压送风系统的设置要求。
《标准》依据流体力学原理和理论计算公式, 从楼梯间与前室机械防烟系统的构成、系统控制方式及火灾防烟方法出发, 分别列出了楼梯间和前室加压送风量计算公式, 并细化了防烟计算方法和取值规定;解决了楼梯间与前室不同送风状态、前室设置多个门等实际工程需求, 并规定了不同送风速度下的楼梯门漏风的计算压差;提供了常见情况下加压送风计算风量表, 方便选用。
《标准》明确了加压送风系统设计风量不小于系统计算风量1.2倍的要求。
《标准》新增了避难层 (间) 、避难走道及其前室送风量的计算方法。
4.5 完善了排烟设施要求, 细化了排烟计算方法
《标准》根据建筑火灾排烟的基本原理和国内外的研究成果, 从提高系统可靠性、安全性出发, 详细规定了自然排烟与机械排烟系统的设置要求。
1) 明确了排烟系统设置基本原则。
排烟系统的设计需要根据建筑的使用性质、平面布局及通风条件等因素, 选择合适的形式。长期的工程实践表明, 自然排烟方式具有简单易行、经济、可靠有效等优点, 因此《标准》要求, 当具有条件时应优先采用自然排烟系统。
考虑到自然与机械排烟方式相互之间对气流的干扰, 为确保排烟效果, 《标准》规定同一防烟分区采用同一种排烟方式。
2) 完善了自然排烟设置要求。
《标准》从距离、高度、开启方向、有效面积、布置、开启装置等方面对自然排烟窗 (口) 设置作出了具体要求;对于采用自然排烟设施、可燃物多、火灾热释放功率大的厂房和仓库, 在排烟窗的布置位置和密度方面作了明确规定。同时《标准》还新增加了走廊、回廊采用自然排烟方式的具体设置要求。
3) 进一步完善了机械排烟设施要求。
① 明确了机械排烟系统设置要求:
水平排烟系统应独立设置, 竖直排烟系统应分段独立设置。
② 明确了机械排烟口设置要求:
排烟距离、平面和高度位置、最大排烟量、排烟口风速等。
4) 细化了排烟系统的设计计算方法。
《标准》引用了美国NFPA 92-2012《Standard for somke control systems》中热释放速率 (t2火灾增长模型) 、轴对称型烟羽流、阳台溢出型烟羽流、窗口型烟羽流的一些计算公式, 包括烟羽流质量流量、烟层平均温度、温差、体积流量计算公式, 还包括火灾热释放速率、最小清晰高度、单个排烟口最大允许排烟量、自然排烟窗 (口) 面积计算公式
《标准》明确了防烟分区计算排烟量、排烟系统计算排烟量、排烟系统设计风量的计算方法和三者之间的关系。计算防烟分区排烟量时, 对于建筑高度6 m及以下场所结合原国家规范的方法采用指标法计算, 对于建筑高度6 m以上场所采用国际上成熟的计算方法计算, 并提供了方便选用的排烟量计算表格。同时明确了系统设计排烟量的计算步骤, 如图2所示。
图2 排烟系统设计排烟量计算步骤
目前我国带有中庭的建筑越来越普遍, 而中庭一旦发生火灾其蔓延速度快、危险性较大, 因此《标准》对中庭排烟设施及排烟量作出了特别的规定。
4.6 明确了防烟系统与排烟系统联动控制要求
火灾防烟排烟自动控制系统是保证整个防烟排烟系统能正确协调工作的重要组成部分, 因此该部分的主要内容都作为强制性条文出现。《标准》对加压送风机、排烟风机、排烟补风机4种启动方式及排烟风机、排烟补风机超温联动关闭等作了详细要求。同时还明确了加压送风系统相关设施 (风机、风口、阀门) 、排烟与排烟补风系统相关设施 (排烟阀、排烟口、风机、挡烟垂壁等) 的联动控制要求。考虑到火灾时火场发展迅速, 《标准》还对相关联动设备的动作时间提出了明确的要求。
4.7 增加固定窗设置要求
分析多起火灾案例发现, 火灾中容易形成烟气和热量聚集的部位往往是封闭性较好 (如加压送风的楼梯间) 、可燃物较多、火灾危险性较高的大型公共建筑 (商业、展览建筑等) 及工业厂房 (仓库) 的无窗房间和场所, 因此《标准》增加了固定窗设计相关内容, 明确了排热固定窗的作用:在火灾后期防止火灾热积聚破坏建筑结构、烟气和热阻碍灭火救援、威胁消防队员生命安全, 创造有利的灭火救援条件, 提高消防扑救工作的有效性和安全性。
《标准》明确规定了需要设置固定窗的场所:设置机械加压送风的楼梯间、加压送风的避难间, 设置机械排烟的大面积丙类厂房仓库、商店建筑、展览建筑、歌舞娱乐游艺场所, 以及设置机械排烟的中庭等;并就固定窗设计的面积、位置、如何布置等作了具体的技术要求。
4.8 增加了保证系统可靠性、防止火灾蔓延的具体技术措施
根据众多项目的经验, 从影响防烟、排烟、排烟补风系统实际运行效果的多种因素出发, 《标准》还在机房、室外风口、管道及管道井等方面作了详细的规定, 以有效保证防烟排烟系统的可靠性, 防止火灾蔓延。主要体现在以下几个方面:
1) 从耐火等级、管理维护空间方面对防烟排烟风机的专用机房设置提出了要求。
2) 对排烟机房与空调通风机房合用时的技术措施作了明确规定。
3) 明确了防烟排烟系统的管道不能采用土建井道。一般情况下不能与通风空调系统合用井道。
4) 对机械加压送风系统、补风系统的取风口与排烟系统室外排烟口的高差、水平距离作了具体要求。
5) 对防烟排烟系统、排烟补风系统的管道材料、管道耐火极限, 需要设置防火阀、排烟防火阀的部位, 以及排烟管道隔热保温等方面作了详细规定。排烟管道的耐火极限要求如图3所示。
图3 排烟管道耐火极限设置要求
6) 当排烟系统与通风空调系统无法分设时, 工况转换风阀的数量不应超过10个。
7) 考虑到实际工程中风管 (道) 的漏风、风机制造标准中允许风量的偏差、风机产品质量参差不齐等因素, 《标准》要求机械加压送风、排烟系统设计风量应为系统计算风量的1.2倍。
5 结语与展望
虽然编制组在编制工作中尽量做到细致与全面, 但由于该《标准》是我国第一部关于建筑防烟排烟的技术标准, 涉及到很多新的防烟排烟控制理论、设计技术手段和施工方法, 鉴于经验有限, 难免会存在考虑不周的情况。从目前实施情况看, 存在以下问题。
1) 某些部位排热固定窗设置比较困难。
随着建筑规模日益扩大, 平面布局越来越错综复杂, 对于不靠外墙且不出屋顶的楼梯间、超高层布置于核心筒内的分段楼梯间、地下与地上共用楼梯间的地下楼梯部分和大面积的内区公共活动室场所等建筑部位, 排热固定窗的设置变得十分困难, 需要在后续中明确具体可行的做法。
2) 土建井道中具有耐火极限等级要求的风管的施工工艺。
对于设置在土建井道内有耐火极限等级要求的风管, 其所用的耐火材料、施工方法有待解决。同时, 土建井道自身具有良好的耐火等级, 对于单独设于土建井内的排烟风管的耐火要求应进行进一步探讨。
3) 缺乏具有明确定量指标的“中庭”定义。
目前GB/T 50504—2009《民用建筑设计术语标准》
4) 火灾烟气控制的最优化设计问题。
虽然《标准》中引入了国内外关于火灾烟气的研究成果和计算公式, 但条文本身的一些要求又限制了设计人员最优化设计的积极性, 显得不够合理。
5) 《标准》中“建筑高度”的不同解释问题。
《标准》的防烟系统设计章节、排烟系统设计章节中多次提到“建筑高度”, 准确理解其不同含义才能正确应用该《标准》。《标准》4.1节所提及的“建筑高度”适用于建筑的定性, 与GB 50016—2014《建筑设计防火规范》一致;而其他章节中所提及的“建筑高度”应看所指对象, 用于对系统分段控制时, 指的是“系统服务高度”。
除了以上问题外, 还有其他一些小问题, 在此就不赘述了。希望通过一段时间的应用、经验总结及对火灾发生与控制的深入研究, 能进一步完善该《标准》, 使它真正能在我国建筑火灾防排烟控制中发挥更积极、更有效的作用。
参考文献
[1] 公安部天津消防研究所, 公安部四川消防研究所.建筑防火设计规范:GB 50016—2014[S].北京:中国计划出版社, 2014:76- 77
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑设计术语标准:GB/T 50504—2009[S].北京:中国计划出版社, 2009:11
作者简介： 寿炜炜, 男, 1948年7月生, 大学, 教授级高级工程师200041上海市石门二路258号上海建筑设计研究院有限公司E-mail:shouww@126.com;
收稿日期：2019-02-19
Brief of compilation points for GB 51251-2017 Technicalstandard for smoke management system in buildings
Shou Weiwei Ren Jialong
Institute of Shanghai Architectural Design and Research Co., Ltd.
Briefly presents the complication background, mission source, basis, scope of application and main contents of GB 51251-2017 Technical standard for smoke management system in buildings, explains the key technical contents from eight aspects, and points out the problems that need to be further solved in the standard.
smoke protection system; smoke exhaust system; technical standard; fire model; fixed window; integrated control; reliability;
Received： 2019-02-19
本文引用格式：寿炜炜，任家龙.GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》编制要点简介[J].暖通空调，2019，49（5）：34-39