上海某劇場項目排煙設(shè)計

陳昊

中國海誠工程科技股份有限公司

上海某劇場項目排煙設(shè)計

陳昊

中國海誠工程科技股份有限公司

簡要介紹了在上海某劇場項目的設(shè)計中，舞臺及觀眾席的排煙設(shè)計，通過火災(zāi)熱釋放量及消防性能化等方法，計算及模擬分析了舞臺及觀眾席的排煙量，為今后的工程應(yīng)用提供了設(shè)計方面的參考。

舞臺觀眾席排煙設(shè)計排煙量

0 引言

根據(jù)上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006）[1]中4.1.6規(guī)定，“防煙分區(qū)不宜大于2000m2，長邊不應(yīng)大于60m。”即若舞臺及觀眾席總面積不超過2000m2，可按一個防煙分區(qū)來考慮。但對于排煙量的計算，《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ57-2000）[2]及《建筑設(shè)計放火規(guī)范》（GB50016-2006）[3]，與上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》[1]按照火災(zāi)熱釋放量計算，有很大的不同：

1）《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ57-2000）[2]對于舞臺和觀眾席的排煙，均分別有要求。根據(jù)8.1.10中，舞臺上部屋頂或側(cè)墻上應(yīng)設(shè)置通風(fēng)排煙設(shè)施。當(dāng)舞臺高度小于12m時，可采用自然排煙，排煙窗的凈面積不應(yīng)小于主臺地面面積的5%。當(dāng)舞臺高度等于或大于12m時，應(yīng)設(shè)機械排煙裝置。10.2.17條文說明中，對于排煙量，建議觀眾廳以13次/h換氣標(biāo)準(zhǔn)計算，或90m3/m2h換氣標(biāo)準(zhǔn)計算，兩者取其大者。

2）上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006）[1]4.2.2中規(guī)定，當(dāng)噴淋設(shè)置高度大于10m時，按無噴淋場所對待。對于有著高大凈空的劇場，可按照無噴淋的公共場所對待，火災(zāi)熱釋放量Q按8.0MW計算。

上海的劇場項目，多采用綜合上述兩種方法，取其大值（一般火災(zāi)熱釋放量計算出的排煙量遠大于換氣次數(shù)等計算），再綜合消防性能化，即火災(zāi)模型FDS[5]模擬，驗證其有效性。

1 項目概況

上海某表演劇場演出，每30分鐘一場，主要表演場內(nèi)設(shè)舞臺、表演天橋等，天橋跨越舞臺與觀眾席兩個區(qū)域，演員的表演范圍覆蓋整個表演場地。由于表演方式的特殊性，特技表演不僅局限在表演臺上，也在觀眾廳上空進行。設(shè)計中舞臺與觀眾在一個空間內(nèi)，并無臺口，防火幕的設(shè)置比較困難，考慮到表演場內(nèi)的室內(nèi)外裝飾材料中可燃物很少，且表演使用的道具包含的可燃物也不多，并且表演場內(nèi)設(shè)有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)，火災(zāi)在舞臺和觀眾廳之間蔓延的可能性不大。因此將舞臺、觀眾廳劃分為一個防火分區(qū)。

2 防排煙策略

1）防煙分區(qū)：考慮到特效劇場無葡萄架，火災(zāi)危險性低于常規(guī)劇場，且面積小于2000m2，現(xiàn)設(shè)計中將舞臺和觀眾廳作為一個防煙分區(qū)。

2）排煙方式：建筑高度大于12m，采用機械排煙。

3）排煙量計算

①層高：H=16.5m（最高點）

②設(shè)計火災(zāi)規(guī)模：根據(jù)上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》，本區(qū)域高度大于10m，應(yīng)按無噴淋公共場所考慮，設(shè)計火災(zāi)規(guī)模為Q=8MW。

③清晰高度：Z=10.7m（觀眾廳入口上方3.7m處有小型表演平臺，計算時將表演平臺上空2.5m作為清晰高度，Z=4.5+3.7+2.5=10.7m）

④火焰極限高度：Z1=0.166×[0.7×Q]2/5=5.24m

⑤按軸對稱煙縷質(zhì)量（Z>Z1）：Mp=0.071×0.7Q1/3× Z5/3+0.0018×0.7Q=75.59kg/s

⑥煙氣層平均溫度與環(huán)境溫度差：△T=0.7Q/(Mp× Cp)=72.63℃

⑦煙氣絕對溫度：T=T0+△T=273+20+72.63=366 K

⑧排煙量：V=3600×Mp×T/(T0×P0)=283000m3/h

設(shè)計擬采用六臺排煙風(fēng)機設(shè)于劇場屋面，排煙口直接設(shè)于吊頂內(nèi)排煙立管，并確保排煙口距各點的水平距離均不超過30m。

⑨補風(fēng)方式：自然補風(fēng)。

3 火災(zāi)場景設(shè)計

1）場景一：觀眾廳低區(qū)火災(zāi)8MW。觀眾廳低區(qū)層高最高達16.5m，一旦發(fā)生火災(zāi)，其上方的閉式噴頭響應(yīng)時間因高度受到影響，根據(jù)《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》，噴淋設(shè)置高度大于10m的區(qū)域，應(yīng)按無噴淋場所考慮。此時火災(zāi)規(guī)模將主要取決于內(nèi)部可燃物數(shù)量。觀眾廳內(nèi)火災(zāi)規(guī)模按無噴淋的公共場所取為8MW，火災(zāi)發(fā)展類別為中速火災(zāi)，火源位于觀眾席前排，標(biāo)高-4.500m，如圖1。根據(jù)以上論述，觀眾廳單個座椅的峰值熱釋放速率約為250kW，則8MW的火災(zāi)相當(dāng)于32個座椅同時燃燒時的火災(zāi)熱釋放速率。

2）場景二：舞臺火災(zāi)15MW（對于防排煙策略中，細化及增設(shè)的部分）。同觀眾廳低區(qū)，舞臺區(qū)域也將考慮為無噴淋控制火災(zāi)。舞臺布景主要的可燃物是膠合板，按照阻燃膠合板熱釋放速率數(shù)據(jù)，保守取峰值（約140kW/m2）作為計算火災(zāi)規(guī)模的參數(shù)。目前舞臺場景設(shè)計的火災(zāi)規(guī)模為15MW，則相當(dāng)于107m2的膠合板同時燃燒。但由于舞臺所采用的材料均為阻燃材料，火災(zāi)蔓延速度慢，難以形成大面積過火的情況。因此可以認為，舞臺火災(zāi)規(guī)模取15MW是比較保守的。

4 FDS模擬分析

4.1 FDS模型建立

圖2為建立的火災(zāi)場景一時的FDS模型。

火災(zāi)規(guī)模為8.0MW，火災(zāi)增長類型為中速t2火。表1為FDS主要輸入?yún)?shù)：

4.2 模擬結(jié)果分析

圖3為火災(zāi)場景一時模擬時間為1160s時Z=2m高度處溫度切片圖，最高顯示溫度為60℃。

圖4為火災(zāi)場景一時模擬時間為939s時Z=2m高度處能見度切片圖，最高顯示能見度為15m。

本場景考慮低區(qū)座椅火災(zāi)，煙氣主要向劇場頂部聚集，再逐漸沉降，溢出到夾層底部。由于劇場頂部有較大的蓄煙空間，夾層底部能見度在939s出現(xiàn)低于臨界值的情況，即該場景能夠提供939s的可用安全疏散時間。

4.3 人員疏散方案模擬

4.3.1 疏散方案

疏散場景：觀眾席區(qū)人員沿疏散走道進行疏散，采用STEPS人員疏散軟件對人員疏散至室外安全空間的動態(tài)疏散過程進行模擬。

人員數(shù)量：根據(jù)座位數(shù)及演出人員數(shù)量，模擬計算疏散人數(shù)為924人。

安全出口設(shè)置：劇場內(nèi)所有安全出口都可獲得使用。

疏散路線：位于上部觀眾坐席區(qū)內(nèi)人員將沿疏散走道向上疏散，并通過位于首層的安全出口疏散到室外安全空間；下部觀眾坐席區(qū)人員將沿疏散走道向下疏散，通過舞臺層的兩側(cè)防煙樓梯間疏散到室外安全空間；位于標(biāo)高-3.9m的舞臺區(qū)域的表演人員將通過舞臺層的兩側(cè)防煙樓梯間與下部觀眾坐席區(qū)人員一同疏散到室外安全空間（圖5）。

4.3.2 疏散時間模擬

表2為火災(zāi)場景一時疏散模擬輸入?yún)?shù)與模擬結(jié)果，表3為總疏散時間。

4.4 模擬分析

FDS模擬提出了人員安全疏散量化的“時間線”概念來評估使用者的生命安全度。其中包含了兩個關(guān)鍵性的時間，即：火災(zāi)在防火分區(qū)內(nèi)蔓延至超出人體承受極限情況的時間，也稱為可提供的安全疏散時間（ASET）；人員完成疏散的時間，也稱為所需要的安全疏散時間（RSET）。

人員生命安全反映在定量的判定標(biāo)準(zhǔn)上，即保證人員安全疏散所需的時間小于環(huán)境可以提供的安全疏散時間，即ASET>RSET[4]。

對于火災(zāi)場景一（觀眾廳低區(qū)火災(zāi)8MW），根據(jù)模擬可知：RSET=432s，ASET=939s，因此在發(fā)生火災(zāi)時，人員可以安全疏散。

同樣地，對于火災(zāi)場景二（舞臺火災(zāi)15MW），可模擬得出排煙量約為33萬m3/h，且ASET>RSET，因此，在火災(zāi)場景二時，人員疏散也是安全的。

5 結(jié)語

通過防排煙策略計算及FDS火災(zāi)動力學(xué)模擬論證，得出結(jié)論：環(huán)境可以提供的安全疏散時間（煙氣在最小清晰高度之上）大于人員安全疏散所需的時間，可以滿足人員疏散要求。

由于舞臺及觀眾廳采用一個防煙分區(qū)，并且僅一處發(fā)生火災(zāi)時，舞臺火災(zāi)的排煙量（33萬m3/h）大于觀眾廳火災(zāi)的排煙量（28萬m3/h），遂設(shè)計整體排煙量采用33萬m3/h，舞臺及觀眾廳頂部均布排煙風(fēng)機，火災(zāi)時同時啟動，疏散門及補風(fēng)門同時電動開啟，以達到排煙的目的。

[1]建筑防排煙技術(shù)規(guī)程(上海市)(DGJ08-88-2006)[S]

[2]劇場建筑設(shè)計規(guī)范(JGJ57-2000)[S]

[3]建筑設(shè)計放火規(guī)范(GB50016-2006)[S]

[4]The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering[Z].USA: Society of Fire Protection Engineers,2008

[5]NIST.Fire Protection Engineering Tools(Version 3.2)[Z].National Instituteof Standardsand Technology,1994

Sm o k e Ex hau s t De s ign o f a Thea te r in Shangha i

CHEN Hao
China Haisum Engineering Co.,Ltd

The smoke exhaustdesign of a theatre in Shanghai is introduced briefly.By using heat release volume and fire performance based design,the volume of smoke exhaust of the stage and audience was calculated and analyzed.It provided important references in the design forprojectapplications in the future.

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1003-0344（2014）03-067-4

2013-5-29

陳昊（1981～），男，碩士，高工；上海市寶慶路21號2號樓3樓（200031）；E-mail:hao_chen1@163.com