张 烨

(大同市消防支队，山西 大同 037000)

某大型剧场建筑防排烟系统性能化防火设计研究

张 烨

(大同市消防支队，山西 大同 037000)

对某大型剧场建筑的观众厅防火设计进行研究，针对建筑防排烟设计中存在的问题进行了探讨，分析了建筑物内人员安全疏散的可能性，并对烟气控制系统的设置提出了对策措施。

性能化；防火设计；安全疏散；烟气控制

1 工程概况

某大型剧场建筑，基底近正方形，用地总面积约5万m2，由1个大剧场、1个小剧场以及多功能入口大厅组成。建筑主体为单层建筑，局部为地上四层，主要为剧场附属部分和后勤部分，地下主要为设备用房和车库。

2 防排烟设计存在的主要问题

2.1 标准规范的相关设计要求

大剧场观众厅面积991 m2，体积约为15 660 m3，机械排烟系统机房标高18.0 m，内部设置固定座椅，具有面积小、体量大、人员疏散路线相对固定等特点，与中庭和一般场所明显不同。

根据《建筑设计防火规范》[1]第9.4.5条规定，当按照室内净高大于6 m且不划分防烟分区的空间进行排烟设计时，单位排烟量按60 m3·m-2·h-1计算，则要求排烟量约为59 460 m3·h-1；当按照中庭进行排烟设计时，按6次·h-1换气标准计算，经计算应取 102 000 m3·h-1。根据《剧场建筑设计规范》[2]第10.2.17条规定及其条文说明，建议观众厅排烟量以13次·h-1换气标准计算，或90 m3·m-2·h-1换气标准计算，两者比较取较大值：按照90 m3·m-2·h-1计算，排烟量为89 190 m3·h-1；按照13次·h-1计算，排烟量为203 580 m3·h-1。

由于各规范不太一致，设计人员通常保守地采用取最大值来设计，而如何在确保安全性的基础上确定兼备经济性的排烟量，即最优排烟量设计，并无确定的办法。笔者尝试选取不同计算方法的中间值进行排烟系统设计，并按照性能化的设计方法对其进行复核，评估其安全性。

2.2 安全评估目标的确定

性能化防火设计(Performance-based Fire Design)是建立在消防安全工程学(Fire Safety Engineering)基础上的一种建筑防火设计方法，其主要方法是通过对建筑火灾危险性进行定量评估，调整并得出最佳防火设计方案以确保建筑的安全性[3]。本工程中以大剧场为例，它是人数最多、火灾危险性最大的场所，且其体量最大，若按13次·h-1的排烟标准，必将牺牲工程的经济性。该场所排烟系统设计安全评估的首要目标是保证火灾时观众厅内人员能够安全地疏散出观众厅，下面将以此为目标，按照性能化防火设计研究方法分析现有消防设计是否能够保证大剧场观众厅人员的安全疏散。

3 火灾场景设计

3.1 火灾设计

大剧场观众厅高度大于12 m的大空间区域设置自动扫描射水高空水炮灭火装置，观众厅二层楼座下的高度约4.7 m，此区域设置采用快速响应喷头的自动喷水灭火系统。多数大空间智能型自动喷水灭火系统能够在30 s内完成火灾定位并开始喷水灭火，可由此以及火焰高度预测公式计算t2快速火的最大热释放速率。而闭式自动喷水灭火系统控制下的火灾规模与火灾的增长速率、喷头的类型、喷头的安装高度和间距等因素有关，可采用NIST(美国国家标准技术研究院)开发的工具软件DETACT进行预测。综合考虑一定的安全余量，火灾热释放速率取3.5MW。

3.2 火灾场景设计

为了考察大剧场观众厅人员疏散的安全性，从疏散最不利的原则出发，选择典型火灾场景，火灾类型为t2快速火，火灾规模为3.5MW，具体见表1。

表1 火灾场景设计

4 安全疏散分析

4.1 安全疏散时间

人员的安全疏散时间由探测报警时间、疏散响应时间和疏散行动时间组成。探测报警时间即火灾从发生到扩大并触发火灾探测装置动作或内部人员通过自身感官发现火灾的时间。疏散响应时间是人员接受到报警信号或发现火灾到开始疏散行动之间的间隔。疏散行动时间即疏散开始至疏散完毕的时间。疏散行动时间采用疏散模拟软件STEPS分析，考虑到人员疏散过程中出口选择的不确定性，取1.5倍安全系数。针对上述设定场景，人员荷载参考《剧场建筑设计规范》《办公建筑设计规范》，疏散时间计算结果见表2。

表2 大剧场各场景安全疏散时间

4.2 人员安全性判据

该项目性能化设计目标是保证火灾危险来临时间大于人员总的安全疏散时间[4]，设定安全性判据为：2m高度以下能见度不低于10m；2m高度以下温度不超过50 ℃；2m高度以下CO浓度不超过500ppm。

4.3 火灾危险来临时间计算

火灾危险来临时间的计算，通过火灾烟气模拟软件FDS进行预测，并与人员疏散时间相比较，以判断现有设计是否合理。如果不能保证人员的安全疏散，则需要对疏散宽度、疏散口的布置、排烟系统等方面进行综合分析评价，根据具体情况提出改进措施，直到满足设定的安全目标为止[5]。针对上述设定场景，危险来临时间计算结果见表3。

表3 大剧场各场景危险来临时间

4.4 安全性判定

当疏散所需时间小于火灾的危险来临时间时，表明该场景下的排烟设计能够保证人员安全疏散。根据疏散时间和危险来临时间的计算结果，可分析各场景的疏散安全性，结果见表4。

表4 大剧场各场景安全性分析

由表4可以看出，在排烟系统不启动的情况下，不能保证上层楼座人员的安全疏散，而且也影响下层池座二层人员的安全疏散；在排烟量102 000m3·h-1，排烟系统正常启动的情况下，能够保证下层池座人员的安全疏散，不能保证上层楼座人员的安全疏散。

为了提高大剧场观众厅人员疏散的安全性，保证人员安全疏散，建议提高观众厅的排烟量，排烟量不小于150 000m3·h-1。当大剧场观众厅排烟量为150 000m3·h-1时，能够保证观众厅人员安全疏散,分析结果见表5。

表5 增加机械排烟量后大剧场安全性分析

注：表中括号内数字为对应火灾场景下的危险来临时间。

5 结论

针对某大型剧场工程消防设计中大剧场观众厅机械排烟系统排烟量设计，从保证人员疏散安全的安全目标出发，对其可能产生的火灾风险进行了分析和评估，根据分析结果，得出以下结论：

5.1 当大剧场观众厅按照中庭计算方法，按6次·h-1进行排烟设计时，不能保证上层楼座人员的安全疏散，证明完全比照中庭的计算方法，在可燃物较多、人员疏散轨迹和建筑空间结构也更加复杂的剧场建筑中并不适用。

5.2 在6次·h-1的排烟量基础上增加50%，即大剧场观众厅的机械排烟量按照不小于150 000m3·h-1设计，经复核能够保证观众厅各位置人员的安全疏散。

5.3 该分析以自动喷水灭火设施有效为前提，经过性能化评估还可得出若机械排烟系统失效，则无法保证该场所人员的安全。因此各类消防系统均应定期维护，在举办活动前应对相关消防设施进行必要的功能测试，保证系统可靠工作。

[1]GB50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[2]JGJ57-2000,剧场建筑设计规范[S].

[3] 吴启鸿,肖学锋.论发展我国以性能为基础的建筑防火设计技术法规体系[J].消防科学与技术,1999,18(1):4-8.

[4] 倪照鹏,王志刚,沈奕辉.性能化消防设计中人员安全疏散的确证[J].消防科学与技术,2003,22(5):375-378.

[5] 张向阳,彭连臣,史翀.性能化排烟设计理念在中庭建筑中的应用[J].消防科学与技术,2005,24(5):557-559.

(责任编辑 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

张烨(1974— )，男，山西应县人，高级工程师。

TU998.1

A

1008-2077(2015)04-0049-03