某體育館內場排煙方案分析

倪添麟

（上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041）

1 項目概況

本項目建筑面積61 614 m2，地上面積23 230 m2，地下面積38 384 m2（含人防面積1 716.2 m2）；建筑層數(shù)：主體3 層，地下2 層，內場場芯位于地下1 層；建筑高度23.5 m（室外地坪至坡屋面面層平均高度）。

2 方案分析

2.1 原方案

本項目內場凈高均大于9 m，且采用機械排煙，根據(jù)GB 51427—2021《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術標準》設置噴射型自動射流滅火系統(tǒng)。根據(jù)GB 51251—2017《建筑防排煙系統(tǒng)技術標準》中表4.6.7，按火災規(guī)模2.5 MW 取值，并按表

4.6.3 取機械排煙量1.11×105m3/h[1]。根據(jù)規(guī)范確定機械排煙量計算值，機械排煙量計算參數(shù)取值及計算結果見表1。

表1 某體育館內場排煙量計算表

本項目頂部排煙管道均設置于屋面桁架內，由于結構特殊性，四處圓弧形桁架內不可布置風管?？紤]管道布置的可行性以及桁架內部對稱性，本項目考慮對稱布置4 個防煙分區(qū)（見圖1），經(jīng)測量，每個防煙分區(qū)面積2 350 m2。防煙分區(qū)面積大于規(guī)范值的部分，按增加的面積配置相應的排煙量，每個防煙分區(qū)總排煙量在規(guī)范值1.2 倍（2 350/2 000=1.175）取值。故根據(jù)規(guī)范查表值、計算值和1.2 倍面積系數(shù)，得每個防煙分區(qū)的機械排煙量約為5.46×105m3/h。

圖1 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范制訂的排煙方案

根據(jù)平面布局，排煙機房對稱布置于平面四處。屋面桁架內排煙總管根據(jù)桁架內可布置最大管徑，分設兩個環(huán)管聯(lián)通四處排煙機房，任一防煙分區(qū)排煙時，同時開啟四處排煙機房內排煙風機。內場4 個防煙分區(qū)分別從環(huán)管上設置支管，每個排煙支管設置常閉電動排煙防火閥，排煙時首先開啟對應防煙分區(qū)的電動閥，當煙氣蔓延至其他防煙分區(qū)后，聯(lián)通開啟相應防煙分區(qū)的電動排煙防火閥。

按現(xiàn)行規(guī)范設計的機械排煙方案會帶來一些問題：（1）排煙系統(tǒng)控制比較復雜；（2）系統(tǒng)中大量閥門引起的漏風量；（3）由于內場4 個防煙分區(qū)實際上無實體的防煙分區(qū)分隔措施，所以，煙氣將在相鄰防煙分區(qū)內蔓延，導致實際火災時為4個防煙分區(qū)同時排煙。

2.2 分析并提出優(yōu)化方案

為了更好地優(yōu)化該區(qū)域的排煙方案，經(jīng)分析，該區(qū)域有如下有利條件：（1）內部空間有較好的儲煙條件；（2）人員主要集中于看臺區(qū)域，有較好的疏散條件；（3）可燃物主要為燃燒性能為B1 級的看臺座椅和中心場地。

結合這些有利條件和實際使用情況，考慮將整個內場按一個防煙分區(qū)設計，分布在平面四處的排煙風機分別負擔相鄰區(qū)域的排煙?；馂陌l(fā)生時，同時開啟場地所有排煙風機。優(yōu)化后的排煙方案如圖2 所示。與之前方案相比，該方案優(yōu)點為管路系統(tǒng)簡單、控制簡單、可靠性高。

圖2 優(yōu)化后的排煙方案

排煙量選取參考：（1）原《建筑設計防火規(guī)范》中對應高大空間的換氣次數(shù)法：內場體積1.4×104m3，換氣次數(shù)取4 次/h，得總排煙量5.6×105m3/h[2]；（2）根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的計算公式，得總排煙量為454 985.55 m3/h。綜上，取總排煙量為5.6×105m3/h。

根據(jù)建筑平面布局，共設置8 臺排煙風機，每臺排煙風機設置8 個排煙口，每個排煙口排煙量均為8 750 m3/h，風口尺寸均為1 500 mm×500 mm，排煙口距地高度取24 m。

排煙系統(tǒng)的補風采用機械補風的形式，補風總量為2.8×105m3/h，采用座椅送風的空調箱兼做消防補風。

2.3 性能化分析驗證方案合理性

2.3.1 火災煙氣危險來臨時間模擬計算

根據(jù)項目功能布局、可燃物分布和消防設施設置情況，分析共采用四處火源位置：中央球場火災、低區(qū)看臺火災、二層包廂火災和高區(qū)看臺火災?；馂囊?guī)模取值按GB 51251—2017《建筑防排煙系統(tǒng)技術標準》中表4.6.7，并結合自動滅火系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)可能失效的場景分析。

其中，火災場景中包含了部分消防設施失效的情況。低區(qū)火災產(chǎn)生的煙氣卷吸量大，產(chǎn)生的火災煙氣到達頂部以后容易造成積蓄和沉降，對高區(qū)看臺人員疏散可能會造成困難，所以，增加了低區(qū)看臺火災時機械排煙系統(tǒng)失效的場景，還考慮了中央球場區(qū)域火災時自動滅火系統(tǒng)失效的情況，火災規(guī)模將達到10 MW。模擬的火災場景設置條件見表2。

表2 某體育館內場火災場景設置表

隨著火災發(fā)生和煙氣蔓延，煙氣對人員疏散的威脅主要體現(xiàn)在當清晰高度處煙氣溫度過高時，將傷害到疏散人員；煙氣蔓延至清晰高度以下時，將導致疏散人員吸入煙氣或灼傷眼部，以及煙氣蔓延對環(huán)境能見度的影響。因此，根據(jù)條件模擬各場景溫度分布和能見度分布以計算火災煙氣對人員疏散造成危險的來臨時間。其中，體育館內場和外廊之間進行防火分區(qū)分隔，并且各層通向外廊的疏散通道均設置甲級防火門。為方便分析，其中，水平切面高度分別設定為各層疏散通道以及中央球場舞臺的清晰高度。

經(jīng)過數(shù)值模擬，結果總結如下：（1）對于場景1、3、4，火災發(fā)生后，煙氣在比賽大廳內上升蔓延至頂部后，機械排煙設施開啟并聯(lián)動開啟相應的消防補風設施，煙氣通過機械排煙設施排至室外。在1 800 s 的時間內，煙氣未達到看臺疏散通道2 m 以下，除發(fā)生火災附近區(qū)域以外，其他各層清晰高度處溫度均低于60 ℃，能見度均未低于10 m。（2）對于場景2，火災發(fā)生后，煙氣到達比賽大廳頂部后，機械排煙設施失效，但是隨著火災的發(fā)展，在1 800 s 的時間內，煙氣也未達到看臺疏散通道2 m 以下，除發(fā)生火災附近區(qū)域以外，其他各層清晰高度處溫度均低于60 ℃，能見度均未低于10 m。（3）對于場景5，火災發(fā)生后，自動滅火系統(tǒng)失效，煙氣在空間內蔓延、上升，中央球場舞臺區(qū)域的煙氣危險來臨時間大于1 800 s，低區(qū)看臺區(qū)域、二層包廂區(qū)域和高區(qū)看臺區(qū)域的煙氣來臨區(qū)域時間分別為1 141 s、1 038 s、875 s。

3.3.2 安全疏散判定

火災從發(fā)生到人員安全疏散完畢需要的總疏散時間=疏散開始時間+疏散行動模擬×1.5。其中，疏散開始時間取180 s（也有相關資料選取疏散開始時間為150 s，故本案取值已較為保守）[3]，疏散行動模擬時間由建筑師提供?？偸枭r間計算和安全疏散判定結果匯總見表3。

表3 某體育館安全疏散判定表

各火災場景下，場地內各疏散高度的煙氣危險來臨時間均大于人員總疏散時間，滿足人員安全疏散要求。

3 結語

體育館建筑由于其本身功能和空間的特殊性，在防排煙方案設計中存在一定困難。本項目的排煙方案從按照現(xiàn)行防排煙規(guī)范設計計算開始，分析項目特殊性和實際使用場景，提出了優(yōu)化方案，并由消防性能化分析模擬火災過程，定量分析火災和煙氣對人員安全疏散的影響，驗證優(yōu)化后方案的合理性并指導機械排煙方案的設計。相信隨著建筑設計的發(fā)展，會有越來越多的項目結合自身特性因地制宜地設計排煙方案來滿足各種特殊使用場景的需求。