深圳世界大學(xué)生夏季運動會體育場館觀眾座椅火災(zāi)試驗研究

路世昌，倪照鵬，闞 強，王 剛，郭 偉，黃益良

（1.公安部天津消防研究所，天津，300381；2.深圳市公安局消防監(jiān)督管理局，深圳，518031）

0 引言

深圳世界大學(xué)生夏季運動會，共設(shè)有63個比賽訓(xùn)練場館，其中訓(xùn)練用場館19個、比賽用場館41個，大多數(shù)場館均設(shè)有觀眾座椅。體育場館使用的座椅一般采用聚氨酯（TPU）、高密度聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等材料制作。上述幾種材料同為線性聚合物，均能用于中空吹塑制作椅面，但共同缺點是都屬于易燃材料，氧指數(shù)僅為17.4，不能滿足國家現(xiàn)行標準《體育建筑設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定場館內(nèi)固定座椅應(yīng)采用難燃材料制作的要求［1］。

雖然以上座椅材料經(jīng)過阻燃處理后，座椅的燃燒性能可達到B1級，其煙密度指數(shù)也可低于50。但經(jīng)過阻燃處理后的材料，其力學(xué)性能和耐久性能較差，難以達到正常的使用要求，如在試驗室測試阻燃處理過的聚丙烯PP吹塑后制成座椅的力學(xué)性能時，當靜載強度為4級（160kg），在沖擊強度為25kg、沖擊高度為300mm情況下，沖擊2次就出現(xiàn)破裂（正常要求為10次以上）［2］。因此，為滿足座椅正常使用功能要求，目前大運會體育場館使用的座椅均未進行阻燃處理，其燃燒性能僅能達到B2級［3］。

作為體育場館內(nèi)分布最廣、數(shù)量最大的座椅是在體育建筑設(shè)計中重點考慮的對象。如果體育館的座椅材料的燃燒性能僅能夠達到B2級，當一只座椅發(fā)生火災(zāi)后，可能會在較短的時間引燃相鄰的座椅，造成座椅火災(zāi)的大面積蔓延，威脅到場館內(nèi)賽事正常舉行和人員生命安全，同時火災(zāi)所產(chǎn)生的煙氣和有毒氣體也將對體育館內(nèi)人員疏散安全產(chǎn)生不利的影響。

關(guān)于各類座椅的試驗研究，目前國內(nèi)外主要是針對航空飛行器、列車動車組、小轎車及公交車等交通工具的座椅開展，此類座椅多數(shù)采用聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料作為坐墊材料，其余支撐部分采用金屬等不燃材料制作。國內(nèi)體育場館的座椅，其賽場內(nèi)目前較多采用的是聚丙烯或聚氨酯硬泡及金屬等材料復(fù)合的座椅。與體育場館座椅較為類似的是公交車座椅，國內(nèi)外對于此部分研究主要是側(cè)重于相關(guān)材料如聚氨酯、聚丙烯等的燃燒性能及火災(zāi)后調(diào)查等方面的研究，對于體育場館座椅整體的燃燒性能及相關(guān)實體火災(zāi)試驗，除中國建筑科學(xué)研究院防火研究所針對北京奧運會某場館的單一類型座椅進行了試驗，得到相關(guān)試驗數(shù)據(jù)之外，目前未見有其他相關(guān)研究。

因此，為保證運動會的安全舉行，確保各比賽場館和相關(guān)場所的消防安全，防止和降低由于場館內(nèi)座椅發(fā)生火災(zāi)并蔓延所造成的危害，需要采用實體火災(zāi)試驗方法對大運會體育場館所用座椅的火災(zāi)危險性進行分析和研究，評估各類型座椅可能導(dǎo)致的火災(zāi)對場館消防安全水平的影響，進而提出消除、預(yù)防或降低座椅火災(zāi)風(fēng)險、提高場館消防安全等級的對策措施。

1 火災(zāi)試驗研究

1.1 試驗儀器

試驗的測試儀器主要包括大型量熱器、錐形量熱計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電子稱（量程50Kg，精度50g）、K 型鎧裝鎳鉻－鎳硅熱電偶（測溫范圍1200℃，直徑4mm）、攝像機（12倍廣角G鏡頭）、秒表和照相機（18mm－105mm鏡頭）等輔助儀器。

1.2 試驗用座椅

1）全尺寸試驗座椅

本次試驗樣品采用比賽場館現(xiàn)場安裝使用的座椅，按其構(gòu)造和安裝形式，大致分為以下5種，如圖1所示，座椅產(chǎn)品的尺寸參數(shù)如表1所示。

（1）聚氨酯泡棉外包織布、聚丙烯和金屬等材料復(fù)合的半軟包折疊座椅（1）

（5）聚氨酯泡棉外包織布、聚丙烯和金屬等材料復(fù)合的全軟包折疊座椅（5）

2）錐形量熱計座椅試驗樣品

采用錐形量熱計進行材料燃燒性能試驗時，試驗樣品需放入邊長為100mm的正方形試驗托盤中，樣品厚度不超過50mm。另外，根據(jù)國際標準ISO5660，表面積為100mm×100mm的樣品至少有50%的暴露表面與最高點距離在10mm以內(nèi)［4］。因此，本試驗對座椅材料進行了加工，樣品尺寸為100mm（長）×100mm（寬）×15mm（厚度）。

圖1 5種類型座椅照片F(xiàn)ig.1 Five types of chair photos

表1 座椅產(chǎn)品的尺寸Table 1 Chair size

1.3 全尺寸火災(zāi)試驗

針對5種不同類型的座椅，分別進行了5次試驗。試驗用座椅置于大型量熱器的集煙罩下進行，并使用丙烷氣體引燃座椅，其火源功率為50kW，并置于待測座椅下方12cm處，引燃時間為60s。試驗時每種類型3把座椅的擺放形式、座椅上下排間距和高差均按體育場館內(nèi)實際尺寸擺放。

座椅的燃燒過程如圖2所示，試驗數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

座椅的燃燒過程如圖4所示，試驗數(shù)據(jù)曲線如圖5所示。

座椅的燃燒過程如圖6所示，試驗數(shù)據(jù)曲線如圖7所示。

座椅的燃燒過程如圖8所示，試驗數(shù)據(jù)曲線如圖9所示。

座椅的燃燒過程如圖10所示，試驗數(shù)據(jù)曲線如圖11所示。

圖2 1 座椅試驗過程Fig.2 Test process of 1chair

圖3 熱釋放速率及產(chǎn)煙率隨時間的變化曲線Fig.3 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

圖4 2 座椅試驗過程Fig.4 Test process of 2chair

圖5 熱釋放速率及產(chǎn)煙率隨時間的變化曲線Fig.5 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

圖6 3 座椅試驗過程Fig.6 Test process of 3chair

圖7 熱釋放速率及產(chǎn)煙率隨時間的變化曲線Fig.7 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

圖8 4 座椅試驗過程Fig.8 Test process of 4chair

圖9 熱釋放速率及產(chǎn)煙率隨時間的變化曲線Fig.9 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

圖10 5 座椅試驗過程Fig.10 Test process of 5chair

圖11 熱釋放速率及產(chǎn)煙率隨時間的變化曲線Fig.11 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

1.4 錐形量熱計試驗

1）試驗工況

2）試驗結(jié)果分析

表3 試驗過程描述Table 3 Description of test process

表4 試樣的相關(guān)參數(shù)Table 4 Samples related parameters

（1）點燃時間

在較低的輻射熱通量下，前三種座椅材料被點燃時間較長，第四種材料點燃時間較短，說明在同樣輻射熱通量情況下，4座椅材料容易被引燃。

（2）熱釋放速率峰值

（3）總放熱量

（4）CO／CO2生成率和平均比消光面積

燃燒產(chǎn)物的毒性和煙氣的消光性也是評價可燃物質(zhì)火災(zāi)危險性的重要參數(shù)。3座椅材料的平均比消光面積最小，4座椅材料的最大，其火災(zāi)危險性最大。

根據(jù)Sundstrom［5］的研究結(jié)果，裝飾家具平均比消光面積約為30m2／kg，而本試驗中4座椅試樣燃燒過程中煙氣的平均比消光面積約為795m2／kg，是前者的約26倍?？梢?，座椅燃燒煙氣生成量較大。當座椅大面積連續(xù)燃燒時，會產(chǎn)生大量煙氣，并對人員逃生和消防撲救造成很大的不利影響。

2 試驗結(jié)果分析與討論

1）全尺寸火災(zāi)試驗

（2）5種類型座椅火災(zāi)初期的發(fā)展速率介于低于t2中速和快速火之間。材料不同，熱釋放發(fā)展速率略有不同。對于軟包和半軟包座椅（4和5座椅）在火災(zāi)增長階段，其發(fā)展速率接近于t2快速火。

（3）試驗過程中，座椅周圍溫度一直保持在300℃～400℃，座椅材料熔融滴落物在地面仍可繼續(xù)燃燒。因此，座椅燃燒時很可能會引燃其下方的可燃物。

2）錐型量熱計試驗

（2）座椅材料的質(zhì)量損失速率曲線和熱釋放速率曲線變化一致，證明了熱釋放速率和質(zhì)量損失速率之間的線形關(guān)系。

（3）座椅試樣的CO和CO2生成率均高于木材，說明座椅燃燒煙氣生成量較大，其平均消光面積也較高。因此，一旦座椅發(fā)生大面積蔓延燃燒情況，其燃燒產(chǎn)物的毒性和煙氣的消光性會對人員逃生和消防撲救造成不利影響。

綜上，對5種座椅及其材料進行了全尺寸火災(zāi)試驗和錐形量熱計試驗，結(jié)果表明，除4座椅（聚氨酯硬泡和聚丙烯材料復(fù)合折疊座椅）外，其余單個座椅引發(fā)的火災(zāi)均不能向相鄰座椅蔓延。而4座椅為高級座椅，通常僅設(shè)置在主席臺或VIP貴賓席附近，數(shù)量相對較少，場館內(nèi)所占的比例不高，當單個4座椅發(fā)生火災(zāi)時，約6min才能引燃相鄰座椅，且其熱釋放速率較小，達到最大峰值僅為200kW左右，基本在安保人員、志愿者、工作人員或觀眾等使用滅火器進行滅火的可控范圍內(nèi)。因此，除人為縱火，座位區(qū)發(fā)生大面積火災(zāi)外，只要對座位區(qū)進行重點保衛(wèi)，加強巡查，即使發(fā)生座椅火災(zāi)也可在火災(zāi)初起時利用附近的滅火設(shè)施進行有效控制，其火災(zāi)危險性不大，火災(zāi)風(fēng)險處于可控或可接受范圍內(nèi)。

為了確保深圳世界大學(xué)生夏季運動會體育場館的消防安全，針對其座椅，本文提出以下消防安全建議和措施供運營團隊參考：

（1）加強場館安檢，嚴禁觀眾攜帶火源和易燃易爆品進入比賽場館；

（2）體育場館內(nèi)嚴禁吸煙，并設(shè)置醒目禁煙標志；

（3）加強對體育場館內(nèi)工作人員的消防安全培訓(xùn)，使其掌握撲滅初期火災(zāi)的技能，并能引導(dǎo)人員快速疏散；

（4）加強體育場館內(nèi)可燃物和供電線路管理，閉館前應(yīng)對觀眾席部分的廢棄物和垃圾及時清理并檢查電源是否關(guān)閉，做好消防安全的巡查工作；

（5）對于體育場館內(nèi)進行的大型煙花等慶?；顒?，應(yīng)采取相應(yīng)的防火措施，尤其是對軟包和半軟包座椅進行有效遮擋或防護，并制定應(yīng)急事故處置預(yù)案。

［1］JGJ 31－2003，體育建筑設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］QB／T 2601－2003，體育場館公共座椅［S］.

［3］GB 50222－95（2001年版），建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［4］ISO 5660－1：2002Reaction－to－fire tests－Heat release，smoke production and mass loss rate－Part 1：Heat re－lease rate（cone calorimeter method）［S］.

［5］Sundstrom B.CBUF fire safety of upholstered furniture the final report on the CBUF research programmes［R］.London：European Commission Measurements and Testing，Report EUR 16477EN，Interscience Communication Ltd，1995.