某大空间会堂防火设计难点及策略探讨

何 涛

(东城区消防救援支队，北京100061)

0 引言

现代建筑在设计上常常追求空间高大、使用便利、视觉通透等特点，但为了实现这些功能，在防火分区划分、安全疏散设计、防烟分区划分等方面难以满足国家工程消防设计标准的要求。2008年北京奥运会使用的国家体育场、国家体育馆等奥运场馆大多属于此类建筑。为解决此类建筑的消防设计问题，国内借鉴国外通行的性能化消防设计理念，运用火灾科学和安全系统工程方法，采用基于消防安全性能的防火设计方法，对体育场馆、大型商业综合体、影剧院等类似规模大、空间高的建筑进行消防设计。性能化消防设计方法不但避免“处方式”消防设计的不足，而且使建筑消防安全性能目标更加明确，在很大程度上实现了建筑使用功能与消防技术标准要求之间的平衡，可以满足人们对现代化建筑功能的精神需求，推动建筑设计形式的多样化发展。某大型会堂由于建筑设计上的大空间、通透性等特点，需要采用消防性能化的设计方法，本文通过计算机模拟验证的方式来确定消防设计方案人员疏散的安全性。

1 工程概况

某会堂建筑功能划分为2部分，第一部分为满足冬奥会赛前、赛后举办大型会议的要求，需容纳2 500人开会；第二部分考虑作为文化地标，保证奥运会后场馆在举办活动和比赛上的可持续使用，适用于未来中长期举办小型演艺活动。会堂总建筑面积19 116.39m，其中地上总建筑面积8 126.22m，地下总建筑面积10 990.17m，占地面积5 471m；地上3层(会堂区域1层，局部设备夹层)，地下1层(地下一层下部)；建筑高度为22.00m(建筑最高点至主入口地面)；建筑物耐火等级地上为一级，地下为一级；建筑类别属于多层公共建筑。会堂平面布局和剖面图，如图1、2。

图1 会堂平面布局Fig.1 The plane layout drawing of the hall

图2 会堂剖面图Fig.2 The cross-section drawing of the hall

2 防火设计主要难点

2.1 观众厅防火分区问题

观众厅疏散楼梯设置在观众休息厅，不能独立划分防火分区，需要与观众休息厅划分到一个防火分区内，而观众休息厅通过各层楼板开口和楼梯口相连通，因此，会堂的观众厅、地下一层观众休息厅、检票厅和首层观众休息厅只能划分一个防火分区，该防火分区面积为9 203m，超出《建筑设计防火规范(2018年版)》(GB 50016-2014)有关防火分区面积的规定。会堂防火分区，如图3。

图3 会堂防火分区Fig.3 The fire compartment drawing of the hall

2.2 安全疏散设计

建筑首层部分楼梯间至安全出口的距离为27、36m，部分疏散门至安全出口的距离分别为23、36、37m，疏散距离超出规范的规定值。

3 防火设计策略

3.1 可燃物控制

根据火灾危险性分析，拟采取以下措施来控制火灾荷载：观众厅的座椅主要采用燃烧性能达到B1级的难燃材料(包括临时坐席)；观众厅和观众休息厅装修材料应符合《建筑内部装修设计防火规范》(GB 50222-2017)相关要求；首层观众休息厅不得摆台设点，不得堆放可燃物，可根据需要在不影响人员疏散的前提下设置临时展台，但是应使用不燃材料，可根据需要在不影响人员疏散的前提下布置少量的难燃座椅；地下一层观众休息厅和检票厅不得摆台设点，不得堆放可燃物，不得设临时展台，在不影响人员疏散的前提下可布置少量的难燃座椅。

3.2 防火分隔

特殊设计区域与其他区域之间采用防火墙、甲级防火门、甲级防火窗和防火分隔水幕系统进行防火分隔；冰雪会堂区域内的观众厅与观众休息厅之间采用防火墙、乙级防火门和乙级防火窗进行防火分隔；观众厅和观众休息厅内的设备用房、服务用房等房间采用耐火极限为2h防火隔墙、耐火极限为1.5h的楼板和甲级防火门、耐火极限不低于2h的防火卷帘进行防火分隔。会堂特殊设计区域内部及与相邻区域的分隔，如图4。

图4 特殊消防设计区域内部及与相邻区域的防火分隔Fig.4 The fire compartmentation of the interior and the adjacent of the special fire design zone

3.3 安全疏散

首层观众休息厅等作为观众厅内人员疏散安全缓冲区，其功能主要作为人员通行空间，除供人员短暂停留休息用的固定座椅、咨询台、临时展台和垃圾桶等少量物品以外，不应设置其他使用功能、不应布置其他物品、不得摆台设点；地下一层观众休息厅和检票厅等作为观众厅内人员疏散安全缓冲区，其功能主要作为人员通行空间，除供人员短暂停留休息用的固定座椅、咨询台和垃圾桶等少量物品以外，不应设置其他使用功能、不应布置使用物品、不得摆台设点；观众休息厅和检票厅所使用的这些物品的燃烧性能不低于B1级。人员密集场所疏散照明地面最低水平照度不低于3.0lx，人员密集场所楼梯间的消防应急照明地面最低水平照度不应低于10lx，疏散应急照明时间不少于90min。

3.4 消防设施

3.4.1 防烟排烟

观众厅设置独立的机械排烟系统，并设置消防机械补风系统，火灾时补风，补风量不小于机械排烟量的50%。地下一层、地上一层的入口门厅共用机械排烟系统，并利用入口门厅的外门自然补风，补风量不小于机械排烟量的50%。地下一层检票厅，采用机械排烟系统，并利用外门自然补风。按照清晰高度不低于室内最高处人员活动地面上方2m分别计算观众厅、首层观众休息厅和地下一层的排烟量，取安全系数为1.5。

3.4.2 灭火系统

观众厅和观众休息厅净空高大于12m的部位设置大空间智能主动灭火装置，系统需具有自动、手动、远程操作的能力。观众厅、观众休息厅和检票厅净空高度不大于12m的区域，设置自动喷水灭火系统且喷头采用快速响应喷头。其他区域应按照规范要求设置相应的自动灭火系统。

3.4.3 火灾自动报警系统

观众厅、观众休息厅和检票厅的范围内，大于12m的空间同时设置红外光束感烟探测器和双波段图像型探测器；小于12m的场所采用感烟探测器。

4 防火设计安全性分析验证

4.1 消防安全目标

消防安全总体目标：保障人员生命安全；保护财产安全；保障消防救援人员安全。

安全性判定准则：如果热烟层距人员活动区域高度大于2m，则热烟层的温度不超过180℃；如果热烟层距人员活动区域高度不大于2m，则热烟层的温度不超过60℃，且能见度不小于10m；对于烟气的毒性，一般认为可接受的能见度范围内，毒性都很低，不会对人员疏散造成影响。

4.2 计算机仿真模拟

基于上述防火设计策略，针对设定的防火设计目标，采用火灾动力学模拟软件FDS对观众厅、观众休息厅着火后烟气流动情况进行分析，同时采用人员疏散软件Pathfinder对会堂紧急情况下人员疏散的安全性进行定量分析。根据建筑使用功能、平面布局和可燃物分布情况，在观众厅池座和楼座一层、观众休息厅地下一层、检票厅地下一层、观众休息厅首层等位置设定火源，设定的火灾场景，见表1。

表1 设定火灾场景一览Tab.1 Fire scenarios

4.3 安全性分析验证

保障人员生命安全是消防设计最重要的目标。人员疏散是否安全，需要将不同火灾场景下的火灾情景与人员疏散情况联系起来分析。将本项目各区域通过Pathfinder得到的所需疏散时间与各火灾场景下的危险来临时间进行比较，以判断各区域内人员疏散的安全性。根据烟气蔓延扩散和人员疏散计算机仿真模拟的结果，该会堂防火设计方案能够满足消防安全的要求，见表2。

表2 人员疏散安全性判定Tab.2 Judgement of occupant safety evacuation

5 结论

根据建筑使用功能要求及设计特殊性提出的消防安全策略，在确定的消防安全目标下，通过定性和定量分析，得出大空间会堂消防安全评估结论如下：

(1)在消防系统有效作用下，可及时控制初期火灾，将火灾损失控制在较小范围，有效降低火灾损失。

(2)在消防系统有效作用下，各火灾场景的危险来临时间均大于人员所需疏散时间，人员安全疏散可以得到保障。

(3)消防设计方案能达到保障人员生命安全和限制火灾大规模蔓延的设计目标，消防安全性能不低于规范所要求的安全水平。