某大型劇場建筑防排煙系統(tǒng)性能化防火設(shè)計(jì)研究

張 燁

(大同市消防支隊(duì)，山西 大同 037000)

某大型劇場建筑防排煙系統(tǒng)性能化防火設(shè)計(jì)研究

張 燁

(大同市消防支隊(duì)，山西 大同 037000)

對某大型劇場建筑的觀眾廳防火設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，針對建筑防排煙設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行了探討，分析了建筑物內(nèi)人員安全疏散的可能性，并對煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)置提出了對策措施。

性能化；防火設(shè)計(jì)；安全疏散；煙氣控制

1 工程概況

某大型劇場建筑，基底近正方形，用地總面積約5萬m2，由1個(gè)大劇場、1個(gè)小劇場以及多功能入口大廳組成。建筑主體為單層建筑，局部為地上四層，主要為劇場附屬部分和后勤部分，地下主要為設(shè)備用房和車庫。

2 防排煙設(shè)計(jì)存在的主要問題

2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)設(shè)計(jì)要求

大劇場觀眾廳面積991 m2，體積約為15 660 m3，機(jī)械排煙系統(tǒng)機(jī)房標(biāo)高18.0 m，內(nèi)部設(shè)置固定座椅，具有面積小、體量大、人員疏散路線相對固定等特點(diǎn)，與中庭和一般場所明顯不同。

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1]第9.4.5條規(guī)定，當(dāng)按照室內(nèi)凈高大于6 m且不劃分防煙分區(qū)的空間進(jìn)行排煙設(shè)計(jì)時(shí)，單位排煙量按60 m3·m-2·h-1計(jì)算，則要求排煙量約為59 460 m3·h-1；當(dāng)按照中庭進(jìn)行排煙設(shè)計(jì)時(shí)，按6次·h-1換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，經(jīng)計(jì)算應(yīng)取 102 000 m3·h-1。根據(jù)《劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第10.2.17條規(guī)定及其條文說明，建議觀眾廳排煙量以13次·h-1換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，或90 m3·m-2·h-1換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，兩者比較取較大值：按照90 m3·m-2·h-1計(jì)算，排煙量為89 190 m3·h-1；按照13次·h-1計(jì)算，排煙量為203 580 m3·h-1。

由于各規(guī)范不太一致，設(shè)計(jì)人員通常保守地采用取最大值來設(shè)計(jì)，而如何在確保安全性的基礎(chǔ)上確定兼?zhèn)浣?jīng)濟(jì)性的排煙量，即最優(yōu)排煙量設(shè)計(jì)，并無確定的辦法。筆者嘗試選取不同計(jì)算方法的中間值進(jìn)行排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并按照性能化的設(shè)計(jì)方法對其進(jìn)行復(fù)核，評估其安全性。

2.2 安全評估目標(biāo)的確定

性能化防火設(shè)計(jì)(Performance-based Fire Design)是建立在消防安全工程學(xué)(Fire Safety Engineering)基礎(chǔ)上的一種建筑防火設(shè)計(jì)方法，其主要方法是通過對建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行定量評估，調(diào)整并得出最佳防火設(shè)計(jì)方案以確保建筑的安全性[3]。本工程中以大劇場為例，它是人數(shù)最多、火災(zāi)危險(xiǎn)性最大的場所，且其體量最大，若按13次·h-1的排煙標(biāo)準(zhǔn)，必將犧牲工程的經(jīng)濟(jì)性。該場所排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全評估的首要目標(biāo)是保證火災(zāi)時(shí)觀眾廳內(nèi)人員能夠安全地疏散出觀眾廳，下面將以此為目標(biāo)，按照性能化防火設(shè)計(jì)研究方法分析現(xiàn)有消防設(shè)計(jì)是否能夠保證大劇場觀眾廳人員的安全疏散。

3 火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

3.1 火災(zāi)設(shè)計(jì)

大劇場觀眾廳高度大于12 m的大空間區(qū)域設(shè)置自動掃描射水高空水炮滅火裝置，觀眾廳二層樓座下的高度約4.7 m，此區(qū)域設(shè)置采用快速響應(yīng)噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)。多數(shù)大空間智能型自動噴水滅火系統(tǒng)能夠在30 s內(nèi)完成火災(zāi)定位并開始噴水滅火，可由此以及火焰高度預(yù)測公式計(jì)算t2快速火的最大熱釋放速率。而閉式自動噴水滅火系統(tǒng)控制下的火災(zāi)規(guī)模與火災(zāi)的增長速率、噴頭的類型、噴頭的安裝高度和間距等因素有關(guān)，可采用NIST(美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院)開發(fā)的工具軟件DETACT進(jìn)行預(yù)測。綜合考慮一定的安全余量，火災(zāi)熱釋放速率取3.5MW。

3.2 火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

為了考察大劇場觀眾廳人員疏散的安全性，從疏散最不利的原則出發(fā)，選擇典型火災(zāi)場景，火災(zāi)類型為t2快速火，火災(zāi)規(guī)模為3.5MW，具體見表1。

表1 火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

4 安全疏散分析

4.1 安全疏散時(shí)間

人員的安全疏散時(shí)間由探測報(bào)警時(shí)間、疏散響應(yīng)時(shí)間和疏散行動時(shí)間組成。探測報(bào)警時(shí)間即火災(zāi)從發(fā)生到擴(kuò)大并觸發(fā)火災(zāi)探測裝置動作或內(nèi)部人員通過自身感官發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)間。疏散響應(yīng)時(shí)間是人員接受到報(bào)警信號或發(fā)現(xiàn)火災(zāi)到開始疏散行動之間的間隔。疏散行動時(shí)間即疏散開始至疏散完畢的時(shí)間。疏散行動時(shí)間采用疏散模擬軟件STEPS分析，考慮到人員疏散過程中出口選擇的不確定性，取1.5倍安全系數(shù)。針對上述設(shè)定場景，人員荷載參考《劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》《辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，疏散時(shí)間計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 大劇場各場景安全疏散時(shí)間

4.2 人員安全性判據(jù)

該項(xiàng)目性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證火災(zāi)危險(xiǎn)來臨時(shí)間大于人員總的安全疏散時(shí)間[4]，設(shè)定安全性判據(jù)為：2m高度以下能見度不低于10m；2m高度以下溫度不超過50 ℃；2m高度以下CO濃度不超過500ppm。

4.3 火災(zāi)危險(xiǎn)來臨時(shí)間計(jì)算

火災(zāi)危險(xiǎn)來臨時(shí)間的計(jì)算，通過火災(zāi)煙氣模擬軟件FDS進(jìn)行預(yù)測，并與人員疏散時(shí)間相比較，以判斷現(xiàn)有設(shè)計(jì)是否合理。如果不能保證人員的安全疏散，則需要對疏散寬度、疏散口的布置、排煙系統(tǒng)等方面進(jìn)行綜合分析評價(jià)，根據(jù)具體情況提出改進(jìn)措施，直到滿足設(shè)定的安全目標(biāo)為止[5]。針對上述設(shè)定場景，危險(xiǎn)來臨時(shí)間計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 大劇場各場景危險(xiǎn)來臨時(shí)間

4.4 安全性判定

當(dāng)疏散所需時(shí)間小于火災(zāi)的危險(xiǎn)來臨時(shí)間時(shí)，表明該場景下的排煙設(shè)計(jì)能夠保證人員安全疏散。根據(jù)疏散時(shí)間和危險(xiǎn)來臨時(shí)間的計(jì)算結(jié)果，可分析各場景的疏散安全性，結(jié)果見表4。

表4 大劇場各場景安全性分析

由表4可以看出，在排煙系統(tǒng)不啟動的情況下，不能保證上層樓座人員的安全疏散，而且也影響下層池座二層人員的安全疏散；在排煙量102 000m3·h-1，排煙系統(tǒng)正常啟動的情況下，能夠保證下層池座人員的安全疏散，不能保證上層樓座人員的安全疏散。

為了提高大劇場觀眾廳人員疏散的安全性，保證人員安全疏散，建議提高觀眾廳的排煙量，排煙量不小于150 000m3·h-1。當(dāng)大劇場觀眾廳排煙量為150 000m3·h-1時(shí)，能夠保證觀眾廳人員安全疏散,分析結(jié)果見表5。

表5 增加機(jī)械排煙量后大劇場安全性分析

注：表中括號內(nèi)數(shù)字為對應(yīng)火災(zāi)場景下的危險(xiǎn)來臨時(shí)間。

5 結(jié)論

針對某大型劇場工程消防設(shè)計(jì)中大劇場觀眾廳機(jī)械排煙系統(tǒng)排煙量設(shè)計(jì)，從保證人員疏散安全的安全目標(biāo)出發(fā)，對其可能產(chǎn)生的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和評估，根據(jù)分析結(jié)果，得出以下結(jié)論：

5.1 當(dāng)大劇場觀眾廳按照中庭計(jì)算方法，按6次·h-1進(jìn)行排煙設(shè)計(jì)時(shí)，不能保證上層樓座人員的安全疏散，證明完全比照中庭的計(jì)算方法，在可燃物較多、人員疏散軌跡和建筑空間結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜的劇場建筑中并不適用。

5.2 在6次·h-1的排煙量基礎(chǔ)上增加50%，即大劇場觀眾廳的機(jī)械排煙量按照不小于150 000m3·h-1設(shè)計(jì)，經(jīng)復(fù)核能夠保證觀眾廳各位置人員的安全疏散。

5.3 該分析以自動噴水滅火設(shè)施有效為前提，經(jīng)過性能化評估還可得出若機(jī)械排煙系統(tǒng)失效，則無法保證該場所人員的安全。因此各類消防系統(tǒng)均應(yīng)定期維護(hù)，在舉辦活動前應(yīng)對相關(guān)消防設(shè)施進(jìn)行必要的功能測試，保證系統(tǒng)可靠工作。

[1]GB50016-2006,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2]JGJ57-2000,劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 吳啟鴻,肖學(xué)鋒.論發(fā)展我國以性能為基礎(chǔ)的建筑防火設(shè)計(jì)技術(shù)法規(guī)體系[J].消防科學(xué)與技術(shù),1999,18(1):4-8.

[4] 倪照鵬,王志剛,沈奕輝.性能化消防設(shè)計(jì)中人員安全疏散的確證[J].消防科學(xué)與技術(shù),2003,22(5):375-378.

[5] 張向陽,彭連臣,史翀.性能化排煙設(shè)計(jì)理念在中庭建筑中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù),2005,24(5):557-559.

(責(zé)任編輯 李 蕾)

On the Performance-based Fire Protection Design of SmokeControl System in Some Large Theater Building

ZHANG Ye

(DatongMunicipalFireBrigade,ShanxiProvince037000,China)

The audience hall of a large theater building fire protection design is studied in this paper. The problems of the smoke control system are discussed, the safety evacuation is analyzed, and solutions of smoke control system are put forward.

performance-based; fire protection design; safety evacuation; smoke control

2014-12-06

張燁(1974— )，男，山西應(yīng)縣人，高級工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)04-0049-03