大型體育館消防安全設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用

大型體育館消防安全設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用現(xiàn)代體育場館已經(jīng)不再是僅滿意體育競賽的需要,其設(shè)計(jì)還要考慮購物、消遣、辦公、餐飲等功能。隨著我國舉辦國內(nèi)外大型賽事的機(jī)會(huì)越來越多,大型體育場館的設(shè)計(jì)也越來越表現(xiàn)出簡單性與多學(xué)科性。綜合看來,體育建筑的進(jìn)展呈現(xiàn)出以下特點(diǎn):功能多元化、與城市總體規(guī)劃親密結(jié)合、重視賽后利用、新技術(shù)新材料的大量應(yīng)用。體育館是室內(nèi)進(jìn)行體育競賽和體育熬煉的建筑,由于其本身屬于空間結(jié)構(gòu)簡單、人員密集的場所,在增加了一些新奇的設(shè)計(jì)元素后,通常會(huì)給建筑防排煙、防火分區(qū)設(shè)置、人員平安疏散等的設(shè)計(jì)帶來困難。

對于大型體育館消失的消防平安問題,前人開展了大量的討論。宋延斌等人針對濟(jì)南奧林匹克體育中心存在疏散距離超長、平安出口數(shù)量不足的問題,提出相鄰防火分區(qū)平安出口相互借用、內(nèi)環(huán)道設(shè)置避難區(qū)或準(zhǔn)平安區(qū)的解決方法。李黎麗針對某體育會(huì)展中心防火分區(qū)面積超出規(guī)范規(guī)定的狀況,分析了火災(zāi)在各層之間擴(kuò)散的途徑,通過加強(qiáng)聯(lián)系部分的耐火等級(jí)來阻擋火災(zāi)擴(kuò)散,對通道進(jìn)行曲改直、窄改寬的改進(jìn),最終通過計(jì)算機(jī)模擬分析火災(zāi)平安性。許多討論人員對大型體育館建筑不符合規(guī)范要求的情形,提出采納性能化防火設(shè)計(jì)的思想,通過提出初步解決方案,并利用計(jì)算機(jī)模擬火災(zāi)進(jìn)展過程和人員疏散過程,比較可用疏散時(shí)間ASET和必需疏散時(shí)間RSET,判定體育館的消防平安性。

1體育館消防設(shè)計(jì)的問題

隨著體育館建筑消防問題的凸現(xiàn),我國于2003年頒布了體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡稱體規(guī))。在其他消防規(guī)范中,也涉及到體育建筑的防火要求,如建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(以下簡稱建規(guī))、建筑內(nèi)部裝修規(guī)范等。但從總體上看,我國現(xiàn)行防火規(guī)范有關(guān)體育館的要求過于原則,條文也太粗略。雖然體規(guī)在原有規(guī)范基礎(chǔ)上引入了特地的設(shè)計(jì)規(guī)范,但是仍大大滯后于社會(huì)技術(shù)的進(jìn)展。

(1)防火分區(qū)面積過大。防火分區(qū)劃分的主要目的是防止火災(zāi)擴(kuò)散,避開重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。防火分區(qū)的作用在于發(fā)生火災(zāi)時(shí),可將火勢掌握在肯定的范圍內(nèi),以有利于消防撲救,削減損失。體規(guī)規(guī)定:體育建筑的防火分區(qū)尤其是競賽大廳、訓(xùn)練廳和觀眾休息廳等大間處應(yīng)結(jié)合建筑布局、功能分區(qū)和使用要求加以劃分,并應(yīng)報(bào)當(dāng)?shù)毓蚕啦块T認(rèn)定。建規(guī)規(guī)定:體育館防火分區(qū)的最大允許建筑面積為2500m2,建筑內(nèi)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí),該防火分區(qū)的最大允許建筑面積可增加1.0倍。但由于大型體育館建筑功能的需要,防火分區(qū)的面積往往超過規(guī)范要求。體育館特有的大空間性質(zhì),打算了防火分區(qū)劃分的困難,現(xiàn)行規(guī)范對體育館如何劃分防火分區(qū)未做詳細(xì)規(guī)定。

(2)平安疏散問題。現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于平安疏散距離、出口數(shù)量和疏散時(shí)間的規(guī)定是:體育館在3~4min內(nèi)疏散完畢、體育場在6~8min內(nèi)疏散完畢,對應(yīng)的體育館總?cè)菁{人數(shù)不超過20000人?，F(xiàn)階段體育場館的體型、規(guī)模以及可容納人數(shù)都和以往的狀況有很大不同,現(xiàn)行規(guī)范的平安出口數(shù)量、寬度以及疏散時(shí)間指標(biāo)等要求可能不適應(yīng)新型體育場館的設(shè)計(jì)。體育場館還存在防火分區(qū)面積過大導(dǎo)致疏散距離過長、疏散人數(shù)眾多、疏散流線簡單等問題。

(3)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。體規(guī)和建規(guī)對于體育建筑的排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定較為籠統(tǒng),只是要求競賽、訓(xùn)練大廳設(shè)有直接對外的開口時(shí),應(yīng)滿意自然排煙的條件;沒有直接對外的開口時(shí),應(yīng)設(shè)機(jī)械排煙系統(tǒng)。無外窗的地下訓(xùn)練室、貴賓室、裁判室、重要庫房、設(shè)備用房等應(yīng)設(shè)機(jī)械排煙系統(tǒng)。

體育館競賽大廳因其內(nèi)敞空間高大,在防排煙設(shè)計(jì)上與其他標(biāo)準(zhǔn)層高的建筑有很大不同。高大空間的排煙量確定始終是困擾設(shè)計(jì)人員的一個(gè)主要問題。在常規(guī)的防排煙設(shè)計(jì)中,類似體育場館大空間的排煙量設(shè)計(jì)主要是依據(jù)對中庭排煙量的要求進(jìn)行,即排煙空間體積小于1.7萬m3時(shí),排煙量按其體積的6次/h換氣計(jì)算,體積大于1.7萬m3時(shí),排煙量按其體積的4次/h換氣計(jì)算;但最小排煙量不應(yīng)小于10.2萬m3/h。對于體育館的超大空間,根據(jù)上述方法計(jì)算的排煙量往往特別大,給設(shè)計(jì)與施工帶來很大的難度,設(shè)計(jì)人員也經(jīng)常對如此大排煙量的必要性產(chǎn)生疑問。同時(shí),由于體育館大空間類似一個(gè)巨大的蓄煙艙,在火災(zāi)初期可以容納大量煙氣而不致威逼人員的平安,這也是要考慮的重要因素。

(4)結(jié)構(gòu)防火問題。體育建筑由于競賽需要,其空間跨度一般均較大,其屋頂則多采納鋼網(wǎng)架體系。從結(jié)構(gòu)防火看,必需考慮對鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火愛護(hù)。建規(guī)規(guī)定:

一級(jí)耐火等級(jí)的建筑物的屋頂承重構(gòu)件的耐火極限為1.5h,二級(jí)耐火等級(jí)的建筑物的屋頂承重構(gòu)件的耐火極限為0.5h。這兩個(gè)數(shù)值相差較大,如何定性體育建筑的耐火級(jí)別就顯得很重要。另外,由于體育館高大、空間開敞的特點(diǎn),在發(fā)生火災(zāi)時(shí),其受到火的直接威逼可能很小,確定合適的愛護(hù)時(shí)間對鋼結(jié)構(gòu)愛護(hù)材料選擇有較大的影響。假如不對鋼網(wǎng)架進(jìn)行詳細(xì)分析而對整個(gè)體系采納統(tǒng)一的防火要求,會(huì)嚴(yán)峻影響建筑美觀,并有可能造成過度愛護(hù)或愛護(hù)不足,造成投資鋪張或平安性下降。

(5)火災(zāi)探測監(jiān)控。建規(guī)規(guī)定:超過3000個(gè)座位的體育館觀眾廳等部位應(yīng)設(shè)自動(dòng)報(bào)警裝置。但對于體育館建筑,消防監(jiān)控的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于競賽大廳大空間的火災(zāi)探測。針對體育館高大空間,采納何種火災(zāi)監(jiān)控方式,才能設(shè)計(jì)出平安適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的消防報(bào)警系統(tǒng),是首先要解決的問題。與其他大空間建筑相同,體育館大空間的火災(zāi)探測也是一個(gè)令人困惑的問題。體育建筑中,一般人員眾多,為了贏得更多的疏散時(shí)間,對火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的要求更高。體育館大空間內(nèi)部一般較高,依據(jù)GB50116-98火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范,對于超過12m的空間,常規(guī)的點(diǎn)型感煙探測器已經(jīng)不相宜。

(6)自動(dòng)滅火系統(tǒng)。一般認(rèn)為,在大空間內(nèi)水系滅火方式仍舊是最相宜的,在可燃物不是很集中的大空間,或者被水作用后損失很大的大空間場所,考慮有效性和可行性,大面積安裝噴灑噴頭會(huì)造成兩種后果:一是結(jié)構(gòu)上不合理,二是作用效果受高度的影響大。建規(guī)規(guī)定:3000個(gè)座位以上體育館、觀眾廳的吊頂上部,以及貴賓室等要安裝自動(dòng)噴水滅火設(shè)備。實(shí)際上,我國現(xiàn)有的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)及噴頭,一般工作高度為8m;采納快速響應(yīng)早期抑制噴頭,工作高度可以達(dá)到12m。但是對于12m以上的高大空間體育館尚無法采納固定自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

2解決方案

針對以上常規(guī)消防設(shè)計(jì)遇到的困難,參照國外的相關(guān)做法,并通過國內(nèi)大量工程項(xiàng)目實(shí)踐,提出一般性的解決思路和方案,為體育館項(xiàng)目供應(yīng)設(shè)計(jì)參考。

(1)防止火災(zāi)擴(kuò)大擴(kuò)散。防火分區(qū)面積超出規(guī)范要求是大型體育館常常消失的問題。增大防火分區(qū)面積將會(huì)增加火災(zāi)大面積擴(kuò)散的可能性。同時(shí),由于疏散距離

增加、人員數(shù)量增多,也將導(dǎo)致人員疏散的危急性增大。因此,針對防火分區(qū)擴(kuò)大問題,應(yīng)當(dāng)從保證人員疏散、掌握火災(zāi)規(guī)模和防止火災(zāi)大面積擴(kuò)散等方面進(jìn)行分析,實(shí)行必要的消防措施以保證人員平安,盡可能削減財(cái)產(chǎn)損失。詳細(xì)措施有:提高固定裝修耐火等級(jí)、設(shè)置防火隔離帶、用鋼化玻璃劃分防火單元等。

(2)阻擋煙氣危害人員。防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是供應(yīng)相對平安的區(qū)域,保證人員在疏散過程中不會(huì)受到火災(zāi)煙氣的損害。設(shè)計(jì)時(shí)要依據(jù)被愛護(hù)區(qū)域內(nèi)的可能火災(zāi)規(guī)模、設(shè)計(jì)煙氣層高度等參數(shù)確定必需的排煙量。一是火災(zāi)規(guī)模。體育館大空間內(nèi)的火災(zāi)主要來自觀眾席看臺(tái)和競賽場地內(nèi)。觀眾席火災(zāi)一般來自座椅、儀器設(shè)備和裝飾物,競賽場地內(nèi)的火災(zāi)一般來自搭建的舞臺(tái)、辦公組合家具等。在火災(zāi)規(guī)模設(shè)計(jì)中,要綜合考慮場地使用中可能消失的各種狀況,以包含大多數(shù)可能消失的火災(zāi)規(guī)模。二是煙氣層高度。體育場館內(nèi)的看臺(tái)一般都沿著肯定的斜面布置,觀眾所在位置的高度是變化的,所以應(yīng)保證最高看臺(tái)觀眾所在位置2.0m以上的高度不受煙氣侵?jǐn)_。三是排煙量。對于采納機(jī)械排煙的系統(tǒng),排煙量應(yīng)依據(jù)確定的火災(zāi)規(guī)模和設(shè)計(jì)煙氣層高度確定。對于采納自然排煙的系統(tǒng),其排煙量確定的方法與機(jī)械排煙系統(tǒng)相同。然后可以通過火災(zāi)模擬軟件對初步設(shè)計(jì)的通風(fēng)排煙條件、排煙量進(jìn)行模擬,驗(yàn)證排煙效果,在此基礎(chǔ)上對設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。

(3)掌握可接受疏散時(shí)間。為了達(dá)到可以接受的平安水平,需要對體育館設(shè)計(jì)進(jìn)行特地的人員疏散分析。由于人流組織比較簡單,常規(guī)的疏散設(shè)計(jì)方法難以確定人員的疏散時(shí)間。解決這類問題的有效方法是設(shè)置準(zhǔn)平安區(qū)、合理布置平安出口、增加疏散寬度、優(yōu)化人員疏散流線、改直簡化疏散路徑通道、加強(qiáng)指示標(biāo)志引導(dǎo)作用、采納計(jì)算機(jī)模擬仿真等,對各種可預(yù)見的場景進(jìn)行分析,找到影響人員疏散平安性的問題并加以解決,以達(dá)到可接受的平安水平。參照國際的做法,并經(jīng)過綜合分析,確定疏散人數(shù)超過20000人的大型體育場館的疏散設(shè)計(jì)時(shí)間最大不超過8min,即8min原則。通常人員以正常速度通過平安出口的時(shí)間小于8min時(shí),不會(huì)消失感動(dòng)、焦慮和緊急的心情,可以保證人員的平安疏散。

(4)鋼結(jié)構(gòu)溫升計(jì)算。體育館的鋼結(jié)構(gòu)體系要詳細(xì)分析是否應(yīng)進(jìn)行防火愛護(hù),需要對發(fā)生火災(zāi)后的整體結(jié)構(gòu)溫升分布進(jìn)行計(jì)算,以推斷哪些部位需要進(jìn)行防火愛護(hù)以及愛護(hù)強(qiáng)度。一是火源位置。分析建筑的使用功能、平面布置、火災(zāi)荷載的種類,考慮建筑內(nèi)全部可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)的部位、全部可