某大空間會堂防火設(shè)計難點及策略探討

何 濤

(東城區(qū)消防救援支隊，北京100061)

0 引言

現(xiàn)代建筑在設(shè)計上常常追求空間高大、使用便利、視覺通透等特點，但為了實現(xiàn)這些功能，在防火分區(qū)劃分、安全疏散設(shè)計、防煙分區(qū)劃分等方面難以滿足國家工程消防設(shè)計標準的要求。2008年北京奧運會使用的國家體育場、國家體育館等奧運場館大多屬于此類建筑。為解決此類建筑的消防設(shè)計問題，國內(nèi)借鑒國外通行的性能化消防設(shè)計理念，運用火災(zāi)科學(xué)和安全系統(tǒng)工程方法，采用基于消防安全性能的防火設(shè)計方法，對體育場館、大型商業(yè)綜合體、影劇院等類似規(guī)模大、空間高的建筑進行消防設(shè)計。性能化消防設(shè)計方法不但避免“處方式”消防設(shè)計的不足，而且使建筑消防安全性能目標更加明確，在很大程度上實現(xiàn)了建筑使用功能與消防技術(shù)標準要求之間的平衡，可以滿足人們對現(xiàn)代化建筑功能的精神需求，推動建筑設(shè)計形式的多樣化發(fā)展。某大型會堂由于建筑設(shè)計上的大空間、通透性等特點，需要采用消防性能化的設(shè)計方法，本文通過計算機模擬驗證的方式來確定消防設(shè)計方案人員疏散的安全性。

1 工程概況

某會堂建筑功能劃分為2部分，第一部分為滿足冬奧會賽前、賽后舉辦大型會議的要求，需容納2 500人開會；第二部分考慮作為文化地標，保證奧運會后場館在舉辦活動和比賽上的可持續(xù)使用，適用于未來中長期舉辦小型演藝活動。會堂總建筑面積19 116.39m，其中地上總建筑面積8 126.22m，地下總建筑面積10 990.17m，占地面積5 471m；地上3層(會堂區(qū)域1層，局部設(shè)備夾層)，地下1層(地下一層下部)；建筑高度為22.00m(建筑最高點至主入口地面)；建筑物耐火等級地上為一級，地下為一級；建筑類別屬于多層公共建筑。會堂平面布局和剖面圖，如圖1、2。

圖1 會堂平面布局Fig.1 The plane layout drawing of the hall

圖2 會堂剖面圖Fig.2 The cross-section drawing of the hall

2 防火設(shè)計主要難點

2.1 觀眾廳防火分區(qū)問題

觀眾廳疏散樓梯設(shè)置在觀眾休息廳，不能獨立劃分防火分區(qū)，需要與觀眾休息廳劃分到一個防火分區(qū)內(nèi)，而觀眾休息廳通過各層樓板開口和樓梯口相連通，因此，會堂的觀眾廳、地下一層觀眾休息廳、檢票廳和首層觀眾休息廳只能劃分一個防火分區(qū)，該防火分區(qū)面積為9 203m，超出《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》(GB 50016-2014)有關(guān)防火分區(qū)面積的規(guī)定。會堂防火分區(qū)，如圖3。

圖3 會堂防火分區(qū)Fig.3 The fire compartment drawing of the hall

2.2 安全疏散設(shè)計

建筑首層部分樓梯間至安全出口的距離為27、36m，部分疏散門至安全出口的距離分別為23、36、37m，疏散距離超出規(guī)范的規(guī)定值。

3 防火設(shè)計策略

3.1 可燃物控制

根據(jù)火災(zāi)危險性分析，擬采取以下措施來控制火災(zāi)荷載：觀眾廳的座椅主要采用燃燒性能達到B1級的難燃材料(包括臨時坐席)；觀眾廳和觀眾休息廳裝修材料應(yīng)符合《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50222-2017)相關(guān)要求；首層觀眾休息廳不得擺臺設(shè)點，不得堆放可燃物，可根據(jù)需要在不影響人員疏散的前提下設(shè)置臨時展臺，但是應(yīng)使用不燃材料，可根據(jù)需要在不影響人員疏散的前提下布置少量的難燃座椅；地下一層觀眾休息廳和檢票廳不得擺臺設(shè)點，不得堆放可燃物，不得設(shè)臨時展臺，在不影響人員疏散的前提下可布置少量的難燃座椅。

3.2 防火分隔

特殊設(shè)計區(qū)域與其他區(qū)域之間采用防火墻、甲級防火門、甲級防火窗和防火分隔水幕系統(tǒng)進行防火分隔；冰雪會堂區(qū)域內(nèi)的觀眾廳與觀眾休息廳之間采用防火墻、乙級防火門和乙級防火窗進行防火分隔；觀眾廳和觀眾休息廳內(nèi)的設(shè)備用房、服務(wù)用房等房間采用耐火極限為2h防火隔墻、耐火極限為1.5h的樓板和甲級防火門、耐火極限不低于2h的防火卷簾進行防火分隔。會堂特殊設(shè)計區(qū)域內(nèi)部及與相鄰區(qū)域的分隔，如圖4。

圖4 特殊消防設(shè)計區(qū)域內(nèi)部及與相鄰區(qū)域的防火分隔Fig.4 The fire compartmentation of the interior and the adjacent of the special fire design zone

3.3 安全疏散

首層觀眾休息廳等作為觀眾廳內(nèi)人員疏散安全緩沖區(qū)，其功能主要作為人員通行空間，除供人員短暫停留休息用的固定座椅、咨詢臺、臨時展臺和垃圾桶等少量物品以外，不應(yīng)設(shè)置其他使用功能、不應(yīng)布置其他物品、不得擺臺設(shè)點；地下一層觀眾休息廳和檢票廳等作為觀眾廳內(nèi)人員疏散安全緩沖區(qū)，其功能主要作為人員通行空間，除供人員短暫停留休息用的固定座椅、咨詢臺和垃圾桶等少量物品以外，不應(yīng)設(shè)置其他使用功能、不應(yīng)布置使用物品、不得擺臺設(shè)點；觀眾休息廳和檢票廳所使用的這些物品的燃燒性能不低于B1級。人員密集場所疏散照明地面最低水平照度不低于3.0lx，人員密集場所樓梯間的消防應(yīng)急照明地面最低水平照度不應(yīng)低于10lx，疏散應(yīng)急照明時間不少于90min。

3.4 消防設(shè)施

3.4.1 防煙排煙

觀眾廳設(shè)置獨立的機械排煙系統(tǒng)，并設(shè)置消防機械補風(fēng)系統(tǒng)，火災(zāi)時補風(fēng)，補風(fēng)量不小于機械排煙量的50%。地下一層、地上一層的入口門廳共用機械排煙系統(tǒng)，并利用入口門廳的外門自然補風(fēng)，補風(fēng)量不小于機械排煙量的50%。地下一層檢票廳，采用機械排煙系統(tǒng)，并利用外門自然補風(fēng)。按照清晰高度不低于室內(nèi)最高處人員活動地面上方2m分別計算觀眾廳、首層觀眾休息廳和地下一層的排煙量，取安全系數(shù)為1.5。

3.4.2 滅火系統(tǒng)

觀眾廳和觀眾休息廳凈空高大于12m的部位設(shè)置大空間智能主動滅火裝置，系統(tǒng)需具有自動、手動、遠程操作的能力。觀眾廳、觀眾休息廳和檢票廳凈空高度不大于12m的區(qū)域，設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)且噴頭采用快速響應(yīng)噴頭。其他區(qū)域應(yīng)按照規(guī)范要求設(shè)置相應(yīng)的自動滅火系統(tǒng)。

3.4.3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

觀眾廳、觀眾休息廳和檢票廳的范圍內(nèi)，大于12m的空間同時設(shè)置紅外光束感煙探測器和雙波段圖像型探測器；小于12m的場所采用感煙探測器。

4 防火設(shè)計安全性分析驗證

4.1 消防安全目標

消防安全總體目標：保障人員生命安全；保護財產(chǎn)安全；保障消防救援人員安全。

安全性判定準則：如果熱煙層距人員活動區(qū)域高度大于2m，則熱煙層的溫度不超過180℃；如果熱煙層距人員活動區(qū)域高度不大于2m，則熱煙層的溫度不超過60℃，且能見度不小于10m；對于煙氣的毒性，一般認為可接受的能見度范圍內(nèi)，毒性都很低，不會對人員疏散造成影響。

4.2 計算機仿真模擬

基于上述防火設(shè)計策略，針對設(shè)定的防火設(shè)計目標，采用火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件FDS對觀眾廳、觀眾休息廳著火后煙氣流動情況進行分析，同時采用人員疏散軟件Pathfinder對會堂緊急情況下人員疏散的安全性進行定量分析。根據(jù)建筑使用功能、平面布局和可燃物分布情況，在觀眾廳池座和樓座一層、觀眾休息廳地下一層、檢票廳地下一層、觀眾休息廳首層等位置設(shè)定火源，設(shè)定的火災(zāi)場景，見表1。

表1 設(shè)定火災(zāi)場景一覽Tab.1 Fire scenarios

4.3 安全性分析驗證

保障人員生命安全是消防設(shè)計最重要的目標。人員疏散是否安全，需要將不同火災(zāi)場景下的火災(zāi)情景與人員疏散情況聯(lián)系起來分析。將本項目各區(qū)域通過Pathfinder得到的所需疏散時間與各火災(zāi)場景下的危險來臨時間進行比較，以判斷各區(qū)域內(nèi)人員疏散的安全性。根據(jù)煙氣蔓延擴散和人員疏散計算機仿真模擬的結(jié)果，該會堂防火設(shè)計方案能夠滿足消防安全的要求，見表2。

表2 人員疏散安全性判定Tab.2 Judgement of occupant safety evacuation

5 結(jié)論

根據(jù)建筑使用功能要求及設(shè)計特殊性提出的消防安全策略，在確定的消防安全目標下，通過定性和定量分析，得出大空間會堂消防安全評估結(jié)論如下：

(1)在消防系統(tǒng)有效作用下，可及時控制初期火災(zāi)，將火災(zāi)損失控制在較小范圍，有效降低火災(zāi)損失。

(2)在消防系統(tǒng)有效作用下，各火災(zāi)場景的危險來臨時間均大于人員所需疏散時間，人員安全疏散可以得到保障。

(3)消防設(shè)計方案能達到保障人員生命安全和限制火災(zāi)大規(guī)模蔓延的設(shè)計目標，消防安全性能不低于規(guī)范所要求的安全水平。