劇場消防給水系統設計探討

李運茂（上海建科建筑設計院有限公司，上海 200032）

劇場建筑相較于其他類型建筑，通常需要一定的藝術表現，具有自己鮮明的特點，因此造型通常較為復雜。由于面向群體、功能定位、表演形式、劇場類型等方面的不同，劇場項目各具自身的特色，建筑形式、舞臺功能、舞臺機械設備、功能配套等都具有較大的差異。因此在消防設計過程中，特別需要設計人員結合劇場特點，火災特點、火災危險性、外部條件及劇場自身需求，綜合考慮消防設計，使其既符合相關規范要求，確保消防設施安全可靠，又不影響劇場自身功能需求與建筑設計效果，設計較為復雜。

1 工程概況簡述

本工程位于上海市奉賢區南橋新城核心區，基地總用地面積 76 670 m2，總建筑面積 71 700 m2（其中地上建筑面積 52 800 m2，地下建筑面積 18 900 m2）。主體建筑地上5 層，地下一層，地上部分主要功能為文化場館設施、藝術創作中心、藝術展覽和配套附屬功能用房，包括 1 個 1 200座主劇場、1 個 500 座多功能劇場以及 1 個 300 座的主題劇場，地下部分主要功能為設備機房，建筑高度 ＜24 m，劇場規模中型乙等。基地毗鄰 2 條市政道路，其給水管管徑DN 300，市政給水滿足 2 路供水條件，市政壓力 0.16 MPa。

2 消防用水量及消防水池設計

2.1 消防用水量

劇場類項目的消防給水系統通常包括以下幾種中的一部分或者全部：室外消火栓系統、室內消火栓系統、噴淋系統、雨淋系統、自動跟蹤定位射流滅火系統、防護冷卻水幕系統、防火分隔水幕系統等。本工程的消防系統及設計用水量如表 1 所示。總消防用水量為 1 242 m3，其中市政直供396 m3，消防水池 846 m3。本工程從市政引入 2 路 DN 200供水管，基地內消防環管采用 DN 300，室外消火栓系統采用低壓給水系統，室內噴淋系統直接從室外消防環管吸水，其他消防系統從消防水池吸水。

表1 消防用水量

2.2 消防水池設計探討

本工程受市政條件限制，只能引入 DN 200 給水管，且市政允許消防直接吸水。因此本工程考慮噴淋系統從市政管網直接吸水，噴淋系統加室外消火栓系統總流量 70 L/s，室外消防管在倒流防止器后變徑為 DN 300，管網水水力計算如表 2 所示。根據水力計算表，火災時室外消火栓最不利點供水壓力 ＜0.1 MPa，因此根據 GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》第 7.3.10 條規定，本工程分別在 2 路引入管的倒流防止器前增設室外消火栓。由于噴淋系統采用市政直吸，本工程消防水池無需儲存噴淋用水量，節約了消防水池容積，且市政直吸不受水池水量影響，可源源不斷提供消防用水，滅火性能更強，即節約了工程造價，又提升了安全性。因此，在設計中我們可充分考慮市政條件及自來水公司管理要求，最大化利用市政基礎條件，合理設計給水管網和消防水池。

表2 室外管網水力計算表

3 室內消防給水系統設計

3.1 滅火系統設計概況

本工程地下一層設置消防泵房及消防水池（846 m3），消防水池分 2 格，消防泵房內設置消火栓泵 2 臺、噴淋泵 2臺、雨淋泵 4 臺、水幕泵 2 臺、水炮泵 2 臺，各系統設一套穩壓設備。報警閥間設置 4 處，1 200 座劇場屋頂設置 18 m3消防水箱。室內滅火系統設置區域詳見表 3。

表3 室內消防滅火系統設置區域

3.2 機房設計注意問題探討

消防泵房設置位置應注意以下幾點：① 需考慮直通室外安全出口；② 室內外高差 ≤10m ；③ 優先靠外墻設置，便于水源進水及排水出戶；④ 優先設置在靠近用水量最大的區域。

報警閥設置，應根據項目大小、系統類型、報警閥數量綜合考慮。雨淋系統、水幕系統為開式系統，雨淋閥后的管網有充水時間要求，根據 GB 50084—2017《自動噴水滅火系統設計規范》第 8.0.11 規定，其配水管道充水時間 ≤2 min，因此靠近開式系統的附近和地下室應優先考慮設置報警閥間，根據用水量及管徑，復核其充水時間。濕式噴淋報警閥應結合報警閥數量、供水部位，合理布置，過于集中設置，則可能會導致管網工程量增加，管道密集，管道施工困難等問題，需綜合考慮。

穩壓泵平時處于準工作狀態，根據管網壓力自動啟停，因此需要考慮穩壓泵噪聲問題，劇場對噪聲要求嚴格，劇場內部通常都要做隔音處理，因此消防穩壓泵設置應避開劇場屋頂。本工程最高處為 1 200 座主劇場屋頂，因此消防水箱設置在屋頂，并且做架高處理，使最低水位高于消防設施，穩壓泵設置在消防泵房內。

3.3 消火栓系統設計注意問題

本工程采用臨時高壓給水系統，消火栓泵從消防水池吸水，屋頂設置消防水箱，穩壓泵設置消防泵房內，室外設置 2 套水泵接合器。劇場消火栓系統設計與常規項目并無明顯區別，但需注意以下幾點：① 劇場應按人員密集場所考慮，消火栓柜應帶消防軟管卷盤。② JGJ 57—2016《劇場建筑設計規范》第 8.3.2 規定，機械化舞臺臺倉部位，應設置消火栓。特大型劇場的觀眾廳吊頂內面光橋處，宜增設有消防軟管卷盤的消火栓。③ 消火栓設置位置應考慮實用性和美觀性。

3.4 舞臺防火分隔措施探討

JGJ 57—2016 對舞臺區域防火分隔做了如下規定：“8.1.1 大型、特大型劇場舞臺臺口應設防火幕。8.1.2 中型劇場的特等、甲等劇場及高層民用建筑中超過 800 個座位的劇場舞臺臺口宜設防火幕。8.1.4 舞臺區通向舞臺區外各處的洞口均應設甲級防火門或設置防火分隔水幕，運景洞口應采用特級防火卷簾或防火幕。”，對水幕系統做了如下規定：“8.3.6 劇場內水幕系統的設置應符合下列規定：① 未按本規范第 8.1.1 條的規定設置防火幕的上部，應設防護冷卻水幕系統。② 未按本規范第 8.1.2 條的規定設置防火幕的部位，宜設防護冷卻水幕系統。③ 按本規范第 8.1.1 條、第8.1.4 條規定應設置防火幕和甲級防火門確有困難時，應設置防火分隔水幕；當運景洞口設置特級防火卷簾或防火幕有困難時，宜設防火分隔水幕。”。通過以上條文可以看出，規范第 8.3.6 條的第 1、2 款描述本身有誤，通過分析條文解釋、火災危險性級別和前后文邏輯，筆者認為上述條款中的“未”字應為多余文字，正確邏輯應為：按 8.1.1 條設置防火幕，則應設置防護冷卻水幕，按 8.1.2 條設置防火幕，則宜設置防護冷卻水幕,未設置防火幕時，則采用防火分隔水幕。

舞臺部位與非舞臺部位，都有相應的防火分隔要求，其墻體與外部連通口需設置防火幕、防火門、防火卷簾或防火分隔水幕等措施。但主舞臺與后舞臺、側舞臺之間，是否需要設置防火分隔，規范并沒有規定，因此筆者認為可不做相應的分隔措施，不設防火分隔水幕。

如上文所述，根據 JGJ 57—2016 第 8.3.6 條，我們已經基本明確了需要設置防護冷卻水幕和防火分隔水幕的條件。系統設計參數應滿足 GB 50084—2017 規定的相應噴水強度，但持續噴水時間不應小于設置部位的耐火極限。根據 GB 50014—2014《建筑防火設計規范》第 6.2.1 條“劇場等建筑的舞臺與觀眾廳之間的隔墻應采用耐火極限不低于 3.00 h 的防火隔墻。”及 JGJ 57—2016 第 8.1.5 條“舞臺與后臺的隔墻及舞臺下部臺倉的周圍墻體的耐火極限 ≥2.5 h。”總結得出水幕系統設置條件對照表，詳見表 4。

表4 水幕系統設置條件對照表

3.5 舞臺雨淋系統設計要點探討

本工程 1 200 座主劇場、500 座多功能劇場以及 300 座主題劇場的舞臺均設置了柵頂， 3個劇場舞臺均設置了雨淋系統。

需設置雨淋系統的場所，GB 50014—2014 第 8.3.7 條規定“特等、甲等劇場、超過 1 500 個座位的其他等級劇場和超過 2 000 個座位的會堂或禮堂的舞臺葡萄架下部”；JGJ 57—2016 第 8.3.4 條規定“特等和甲等劇場、特大型劇場舞臺柵頂下，應設雨淋自動噴水滅火系統”，第 8.3.5 條規定“中型及以上規模的乙等劇場舞臺柵頂下宜設雨淋自動噴水滅火系統”。以上 2 本規范從劇場規模和葡萄架設置情況 2 個方面，對設置雨淋系統的條件做了規定。參考GB 50084—2017，設置葡萄架的舞臺應為嚴重危險 Ⅱ 級，按GB 50084—2017 第 4.2.6 條，嚴重危險 Ⅱ 級場所應設置雨淋系統。因此綜上所述，可以得出結論：無論何等規模的劇場，舞臺區域只要設置了葡萄架，則均應按嚴重危險 Ⅱ級來設置雨淋系統。

通常主舞臺設置柵頂，側舞臺、后舞臺無柵頂（有些劇場后舞臺也有柵頂），因此筆者認為設置柵頂的主舞臺（及有柵頂的后舞臺）按嚴重危險 Ⅱ 級考慮，噴水強度16 L/（min·m2），無柵頂的側舞臺（或后舞臺）可按中危險 Ⅱ 級考慮，噴水強度 8 L/（min·m2）。考慮舞臺火災危險性大，且與側舞臺、后舞臺無防火分隔，因此主、側、后舞臺自動噴水滅火系統統一按雨淋系統設計。為保證噴頭噴水均勻，配水管網宜按格柵式成環布置，配水管管徑放大，噴頭為開式噴頭，下垂安裝。以 1 200 座劇場為例，舞臺雨淋系統分區劃分詳見圖 1、管網布置詳見圖 2。雨淋系統最大設計流量按 C、D、G、H 區同時開啟考慮，側舞臺噴頭流量系統K=80，主舞臺噴頭流量系數K=115，計算噴水強度滿足規范要求，總設計流量 120 L/s。雨淋管道布置和噴頭布置，應布置在柵頂之下，且應避開吊點、吊桿位置。雨淋系統的分區方式有橫向分區、縱向分區、橫縱結合分區等多種方式，針對主舞臺的分區方式，筆者推薦按舞臺幕布的方向分區（即橫向分區），因為舞臺幕布通常橫向吊掛，幕布數量多，雖然幕布做阻燃處理，但是火災危險性依然很大，舞臺道具也通常橫向展現給觀眾，且舞臺高度高，引燃迅速，橫向分區與火災引燃的方向較為吻合。

圖1 雨淋系統分區圖

圖2 雨淋管網布置圖

3.6 噴淋及自動跟蹤定位射流滅火系統設計要點探討

本工程噴淋系統采用濕式臨時高壓系統，設計流量30 L/s，由噴淋泵從室外環管直接吸水，穩壓泵設置在泵房內，按中危 Ⅱ 級設計。自動跟蹤定位射流滅火系統設計流量 10 L/s，單獨設置消防泵、穩壓泵，設置區域為前廳＞12 m 場所及觀眾廳 ＞8 m 場所，采用噴射型自動射流滅火裝置（簡稱小炮）。

噴淋系統布置應注意建筑構造，避免噴淋漏設，觀眾廳上方＜8 m場所、二層、三層觀眾廳區域、觀眾廳上方吊頂內、舞臺柵頂內，舞臺上部屋頂采用金屬構件的部位等，均應布置噴淋保護。

根據 GB 51427—2021《自動跟蹤定位射流滅火系統技術標準》，自動跟蹤定位射流滅火系統分三種，分別為自動消防炮滅火系統、噴射型自動射流滅火系統、噴灑型自動射流滅火系統，其中后兩者適用于輕、中危險級場所，且應保證至少 2 臺滅火裝置的射流能保護任一部位。由于劇場前廳、觀眾廳等部位為劇場的重點部位，其造型和裝飾要求很高，所以筆者認為采用小炮較為合適，其設置位置靈活，高度在 8～25 m 范圍內可靈活選擇，對裝飾效果影響也較小。尤其是觀眾廳上空，上面有檢修馬道、面光橋、燈光設備、天花造型復雜，如果采用噴淋系統，則噴頭布置非常困難，異形天花對噴頭噴水有遮擋影響。因此高度大于8m觀眾廳，筆者推薦采用小炮系統。

3.7 消防排水注意問題探討

劇場舞臺及觀眾廳，消防設計用水量大，設計過程中應注意地面排水組織，不得出現水量堆積，影響主體建筑安全的問題，比如臺倉、樂池、觀眾廳前排地面等處，是否會出現地面排水無法自然流出的情況。有些項目舞臺的前排觀眾席區域，地面低于樓層標高，呈下沉形式，則此區域的消防排水無法向其他區域流淌，且消防水量大，會形成一定高度的水深，可能影響結構安全，因此設計中應重點考慮此區域的排水問題，設置地漏、暗溝等排水措施，確保安全。

4 結 語

劇場建筑消防給水系統用水量大、系統多、建筑構造復雜，重點難點主要集中在舞臺和觀眾廳區域。在設計此類項目過程中，我們應認真分析建筑特點，結合設計規范，明確所需設置的消防系統種類，合理設計消防給水系統，做到設計符合規范要求，系統運行安全可靠，布置美觀，工程造價合理。