某大型劇場建筑防排煙系統性能化防火設計研究

張 燁

(大同市消防支隊，山西 大同 037000)

某大型劇場建筑防排煙系統性能化防火設計研究

張 燁

(大同市消防支隊，山西 大同 037000)

對某大型劇場建筑的觀眾廳防火設計進行研究，針對建筑防排煙設計中存在的問題進行了探討，分析了建筑物內人員安全疏散的可能性，并對煙氣控制系統的設置提出了對策措施。

性能化；防火設計；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個大劇場、1個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，地下主要為設備用房和車庫。

2 防排煙設計存在的主要問題

2.1 標準規范的相關設計要求

大劇場觀眾廳面積991 m2，體積約為15 660 m3，機械排煙系統機房標高18.0 m，內部設置固定座椅，具有面積小、體量大、人員疏散路線相對固定等特點，與中庭和一般場所明顯不同。

根據《建筑設計防火規范》[1]第9.4.5條規定，當按照室內凈高大于6 m且不劃分防煙分區的空間進行排煙設計時，單位排煙量按60 m3·m-2·h-1計算，則要求排煙量約為59 460 m3·h-1；當按照中庭進行排煙設計時，按6次·h-1換氣標準計算，經計算應取 102 000 m3·h-1。根據《劇場建筑設計規范》[2]第10.2.17條規定及其條文說明，建議觀眾廳排煙量以13次·h-1換氣標準計算，或90 m3·m-2·h-1換氣標準計算，兩者比較取較大值：按照90 m3·m-2·h-1計算，排煙量為89 190 m3·h-1；按照13次·h-1計算，排煙量為203 580 m3·h-1。

由于各規范不太一致，設計人員通常保守地采用取最大值來設計，而如何在確保安全性的基礎上確定兼備經濟性的排煙量，即最優排煙量設計，并無確定的辦法。筆者嘗試選取不同計算方法的中間值進行排煙系統設計，并按照性能化的設計方法對其進行復核，評估其安全性。

2.2 安全評估目標的確定

性能化防火設計(Performance-based Fire Design)是建立在消防安全工程學(Fire Safety Engineering)基礎上的一種建筑防火設計方法，其主要方法是通過對建筑火災危險性進行定量評估，調整并得出最佳防火設計方案以確保建筑的安全性[3]。本工程中以大劇場為例，它是人數最多、火災危險性最大的場所，且其體量最大，若按13次·h-1的排煙標準，必將犧牲工程的經濟性。該場所排煙系統設計安全評估的首要目標是保證火災時觀眾廳內人員能夠安全地疏散出觀眾廳，下面將以此為目標，按照性能化防火設計研究方法分析現有消防設計是否能夠保證大劇場觀眾廳人員的安全疏散。

3 火災場景設計

3.1 火災設計

大劇場觀眾廳高度大于12 m的大空間區域設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，此區域設置采用快速響應噴頭的自動噴水滅火系統。多數大空間智能型自動噴水滅火系統能夠在30 s內完成火災定位并開始噴水滅火，可由此以及火焰高度預測公式計算t2快速火的最大熱釋放速率。而閉式自動噴水滅火系統控制下的火災規模與火災的增長速率、噴頭的類型、噴頭的安裝高度和間距等因素有關，可采用NIST(美國國家標準技術研究院)開發的工具軟件DETACT進行預測。綜合考慮一定的安全余量，火災熱釋放速率取3.5MW。

3.2 火災場景設計

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，選擇典型火災場景，火災類型為t2快速火，火災規模為3.5MW，具體見表1。

表1 火災場景設計

4 安全疏散分析

4.1 安全疏散時間

人員的安全疏散時間由探測報警時間、疏散響應時間和疏散行動時間組成。探測報警時間即火災從發生到擴大并觸發火災探測裝置動作或內部人員通過自身感官發現火災的時間。疏散響應時間是人員接受到報警信號或發現火災到開始疏散行動之間的間隔。疏散行動時間即疏散開始至疏散完畢的時間。疏散行動時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。針對上述設定場景，人員荷載參考《劇場建筑設計規范》《辦公建筑設計規范》，疏散時間計算結果見表2。

表2 大劇場各場景安全疏散時間

4.2 人員安全性判據

該項目性能化設計目標是保證火災危險來臨時間大于人員總的安全疏散時間[4]，設定安全性判據為：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 火災危險來臨時間計算

火災危險來臨時間的計算，通過火災煙氣模擬軟件FDS進行預測，并與人員疏散時間相比較，以判斷現有設計是否合理。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、排煙系統等方面進行綜合分析評價，根據具體情況提出改進措施，直到滿足設定的安全目標為止[5]。針對上述設定場景，危險來臨時間計算結果見表3。

表3 大劇場各場景危險來臨時間

4.4 安全性判定

當疏散所需時間小于火災的危險來臨時間時，表明該場景下的排煙設計能夠保證人員安全疏散。根據疏散時間和危險來臨時間的計算結果，可分析各場景的疏散安全性，結果見表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。當大劇場觀眾廳排煙量為150 000m3·h-1時，能夠保證觀眾廳人員安全疏散,分析結果見表5。

表5 增加機械排煙量后大劇場安全性分析

注：表中括號內數字為對應火災場景下的危險來臨時間。

5 結論

針對某大型劇場工程消防設計中大劇場觀眾廳機械排煙系統排煙量設計，從保證人員疏散安全的安全目標出發，對其可能產生的火災風險進行了分析和評估，根據分析結果，得出以下結論：

5.1 當大劇場觀眾廳按照中庭計算方法，按6次·h-1進行排煙設計時，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算方法，在可燃物較多、人員疏散軌跡和建筑空間結構也更加復雜的劇場建筑中并不適用。

5.2 在6次·h-1的排煙量基礎上增加50%，即大劇場觀眾廳的機械排煙量按照不小于150 000m3·h-1設計，經復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施有效為前提，經過性能化評估還可得出若機械排煙系統失效，則無法保證該場所人員的安全。因此各類消防系統均應定期維護，在舉辦活動前應對相關消防設施進行必要的功能測試，保證系統可靠工作。

[1]GB50016-2006,建筑設計防火規范[S].

[2]JGJ57-2000,劇場建筑設計規范[S].

[3] 吳啟鴻,肖學鋒.論發展我國以性能為基礎的建筑防火設計技術法規體系[J].消防科學與技術,1999,18(1):4-8.

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

[5] 張向陽,彭連臣,史翀.性能化排煙設計理念在中庭建筑中的應用[J].消防科學與技術,2005,24(5):557-559.

(責任編輯 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，山西應縣人，高級工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)04-0049-03