某大空間會堂防火設計難點及策略探討

何 濤

(東城區消防救援支隊，北京100061)

0 引言

現代建筑在設計上常常追求空間高大、使用便利、視覺通透等特點，但為了實現這些功能，在防火分區劃分、安全疏散設計、防煙分區劃分等方面難以滿足國家工程消防設計標準的要求。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計問題，國內借鑒國外通行的性能化消防設計理念，運用火災科學和安全系統工程方法，采用基于消防安全性能的防火設計方法，對體育場館、大型商業綜合體、影劇院等類似規模大、空間高的建筑進行消防設計。性能化消防設計方法不但避免“處方式”消防設計的不足，而且使建筑消防安全性能目標更加明確，在很大程度上實現了建筑使用功能與消防技術標準要求之間的平衡，可以滿足人們對現代化建筑功能的精神需求，推動建筑設計形式的多樣化發展。某大型會堂由于建筑設計上的大空間、通透性等特點，需要采用消防性能化的設計方法，本文通過計算機模擬驗證的方式來確定消防設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(會堂區域1層，局部設備夾層)，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 防火設計主要難點

2.1 觀眾廳防火分區問題

觀眾廳疏散樓梯設置在觀眾休息廳，不能獨立劃分防火分區，需要與觀眾休息廳劃分到一個防火分區內，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，該防火分區面積為9 203m，超出《建筑設計防火規范(2018年版)》(GB 50016-2014)有關防火分區面積的規定。會堂防火分區，如圖3。

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

2.2 安全疏散設計

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，疏散距離超出規范的規定值。

3 防火設計策略

3.1 可燃物控制

根據火災危險性分析，擬采取以下措施來控制火災荷載：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符合《建筑內部裝修設計防火規范》(GB 50222-2017)相關要求；首層觀眾休息廳不得擺臺設點，不得堆放可燃物，可根據需要在不影響人員疏散的前提下設置臨時展臺，但是應使用不燃材料，可根據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點，不得堆放可燃物，不得設臨時展臺，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

特殊設計區域與其他區域之間采用防火墻、甲級防火門、甲級防火窗和防火分隔水幕系統進行防火分隔；冰雪會堂區域內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的設備用房、服務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。會堂特殊設計區域內部及與相鄰區域的分隔，如圖4。

圖4 特殊消防設計區域內部及與相鄰區域的防火分隔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人員疏散安全緩沖區，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，不應設置其他使用功能、不應布置其他物品、不得擺臺設點；地下一層觀眾休息廳和檢票廳等作為觀眾廳內人員疏散安全緩沖區，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，不應設置其他使用功能、不應布置使用物品、不得擺臺設點；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急照明地面最低水平照度不應低于10lx，疏散應急照明時間不少于90min。

3.4 消防設施

3.4.1 防煙排煙

觀眾廳設置獨立的機械排煙系統，并設置消防機械補風系統，火災時補風，補風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，并利用入口門廳的外門自然補風，補風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，并利用外門自然補風。按照清晰高度不低于室內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，取安全系數為1.5。

3.4.2 滅火系統

觀眾廳和觀眾休息廳凈空高大于12m的部位設置大空間智能主動滅火裝置，系統需具有自動、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的區域，設置自動噴水滅火系統且噴頭采用快速響應噴頭。其他區域應按照規范要求設置相應的自動滅火系統。

3.4.3 火災自動報警系統

觀眾廳、觀眾休息廳和檢票廳的范圍內，大于12m的空間同時設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，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

基于上述防火設計策略，針對設定的防火設計目標，采用火災動力學模擬軟件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定火源，設定的火災場景，見表1。

表1 設定火災場景一覽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計最重要的目標。人員疏散是否安全，需要將不同火災場景下的火災情景與人員疏散情況聯系起來分析。將本項目各區域通過Pathfinder得到的所需疏散時間與各火災場景下的危險來臨時間進行比較，以判斷各區域內人員疏散的安全性。根據煙氣蔓延擴散和人員疏散計算機仿真模擬的結果，該會堂防火設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 結論

根據建筑使用功能要求及設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論如下：

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

(2)在消防系統有效作用下，各火災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)消防設計方案能達到保障人員生命安全和限制火災大規模蔓延的設計目標，消防安全性能不低于規范所要求的安全水平。