剧场消防给水系统设计探讨

2022-08-20李运茂上海建科建筑设计院有限公司上海200032

建筑科技 2022年2期

李运茂（上海建科建筑设计院有限公司，上海 200032）

剧场建筑相较于其他类型建筑，通常需要一定的艺术表现，具有自己鲜明的特点，因此造型通常较为复杂。由于面向群体、功能定位、表演形式、剧场类型等方面的不同，剧场项目各具自身的特色，建筑形式、舞台功能、舞台机械设备、功能配套等都具有较大的差异。因此在消防设计过程中，特别需要设计人员结合剧场特点，火灾特点、火灾危险性、外部条件及剧场自身需求，综合考虑消防设计，使其既符合相关规范要求，确保消防设施安全可靠，又不影响剧场自身功能需求与建筑设计效果，设计较为复杂。

1 工程概况简述

本工程位于上海市奉贤区南桥新城核心区，基地总用地面积 76 670 m2，总建筑面积 71 700 m2（其中地上建筑面积 52 800 m2，地下建筑面积 18 900 m2）。主体建筑地上5 层，地下一层，地上部分主要功能为文化场馆设施、艺术创作中心、艺术展览和配套附属功能用房，包括 1 个 1 200座主剧场、1 个 500 座多功能剧场以及 1 个 300 座的主题剧场，地下部分主要功能为设备机房，建筑高度＜24 m，剧场规模中型乙等。基地毗邻 2 条市政道路，其给水管管径DN 300，市政给水满足 2 路供水条件，市政压力 0.16 MPa。

2 消防用水量及消防水池设计

2.1 消防用水量

剧场类项目的消防给水系统通常包括以下几种中的一部分或者全部：室外消火栓系统、室内消火栓系统、喷淋系统、雨淋系统、自动跟踪定位射流灭火系统、防护冷却水幕系统、防火分隔水幕系统等。本工程的消防系统及设计用水量如表 1 所示。总消防用水量为 1 242 m3，其中市政直供396 m3，消防水池 846 m3。本工程从市政引入 2 路 DN 200供水管，基地内消防环管采用 DN 300，室外消火栓系统采用低压给水系统，室内喷淋系统直接从室外消防环管吸水，其他消防系统从消防水池吸水。

表1 消防用水量

2.2 消防水池设计探讨

本工程受市政条件限制，只能引入 DN 200 给水管，且市政允许消防直接吸水。因此本工程考虑喷淋系统从市政管网直接吸水，喷淋系统加室外消火栓系统总流量 70 L/s，室外消防管在倒流防止器后变径为 DN 300，管网水水力计算如表 2 所示。根据水力计算表，火灾时室外消火栓最不利点供水压力＜0.1 MPa，因此根据 GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第 7.3.10 条规定，本工程分别在 2 路引入管的倒流防止器前增设室外消火栓。由于喷淋系统采用市政直吸，本工程消防水池无需储存喷淋用水量，节约了消防水池容积，且市政直吸不受水池水量影响，可源源不断提供消防用水，灭火性能更强，即节约了工程造价，又提升了安全性。因此，在设计中我们可充分考虑市政条件及自来水公司管理要求，最大化利用市政基础条件，合理设计给水管网和消防水池。

表2 室外管网水力计算表

3 室内消防给水系统设计

3.1 灭火系统设计概况

本工程地下一层设置消防泵房及消防水池（846 m3），消防水池分 2 格，消防泵房内设置消火栓泵 2 台、喷淋泵 2台、雨淋泵 4 台、水幕泵 2 台、水炮泵 2 台，各系统设一套稳压设备。报警阀间设置 4 处，1 200 座剧场屋顶设置 18 m3消防水箱。室内灭火系统设置区域详见表 3。

表3 室内消防灭火系统设置区域

3.2 机房设计注意问题探讨

消防泵房设置位置应注意以下几点：① 需考虑直通室外安全出口；② 室内外高差 ≤10m ；③ 优先靠外墙设置，便于水源进水及排水出户；④ 优先设置在靠近用水量最大的区域。

报警阀设置，应根据项目大小、系统类型、报警阀数量综合考虑。雨淋系统、水幕系统为开式系统，雨淋阀后的管网有充水时间要求，根据 GB 50084—2017《自动喷水灭火系统设计规范》第 8.0.11 规定，其配水管道充水时间 ≤2 min，因此靠近开式系统的附近和地下室应优先考虑设置报警阀间，根据用水量及管径，复核其充水时间。湿式喷淋报警阀应结合报警阀数量、供水部位，合理布置，过于集中设置，则可能会导致管网工程量增加，管道密集，管道施工困难等问题，需综合考虑。

稳压泵平时处于准工作状态，根据管网压力自动启停，因此需要考虑稳压泵噪声问题，剧场对噪声要求严格，剧场内部通常都要做隔音处理，因此消防稳压泵设置应避开剧场屋顶。本工程最高处为 1 200 座主剧场屋顶，因此消防水箱设置在屋顶，并且做架高处理，使最低水位高于消防设施，稳压泵设置在消防泵房内。

3.3 消火栓系统设计注意问题

本工程采用临时高压给水系统，消火栓泵从消防水池吸水，屋顶设置消防水箱，稳压泵设置消防泵房内，室外设置 2 套水泵接合器。剧场消火栓系统设计与常规项目并无明显区别，但需注意以下几点：① 剧场应按人员密集场所考虑，消火栓柜应带消防软管卷盘。② JGJ 57—2016《剧场建筑设计规范》第 8.3.2 规定，机械化舞台台仓部位，应设置消火栓。特大型剧场的观众厅吊顶内面光桥处，宜增设有消防软管卷盘的消火栓。③ 消火栓设置位置应考虑实用性和美观性。

3.4 舞台防火分隔措施探讨

JGJ 57—2016 对舞台区域防火分隔做了如下规定：“8.1.1 大型、特大型剧场舞台台口应设防火幕。8.1.2 中型剧场的特等、甲等剧场及高层民用建筑中超过 800 个座位的剧场舞台台口宜设防火幕。8.1.4 舞台区通向舞台区外各处的洞口均应设甲级防火门或设置防火分隔水幕，运景洞口应采用特级防火卷帘或防火幕。”，对水幕系统做了如下规定：“8.3.6 剧场内水幕系统的设置应符合下列规定：① 未按本规范第 8.1.1 条的规定设置防火幕的上部，应设防护冷却水幕系统。② 未按本规范第 8.1.2 条的规定设置防火幕的部位，宜设防护冷却水幕系统。③ 按本规范第 8.1.1 条、第8.1.4 条规定应设置防火幕和甲级防火门确有困难时，应设置防火分隔水幕；当运景洞口设置特级防火卷帘或防火幕有困难时，宜设防火分隔水幕。”。通过以上条文可以看出，规范第 8.3.6 条的第 1、2 款描述本身有误，通过分析条文解释、火灾危险性级别和前后文逻辑，笔者认为上述条款中的“未”字应为多余文字，正确逻辑应为：按 8.1.1 条设置防火幕，则应设置防护冷却水幕，按 8.1.2 条设置防火幕，则宜设置防护冷却水幕,未设置防火幕时，则采用防火分隔水幕。

舞台部位与非舞台部位，都有相应的防火分隔要求，其墙体与外部连通口需设置防火幕、防火门、防火卷帘或防火分隔水幕等措施。但主舞台与后舞台、侧舞台之间，是否需要设置防火分隔，规范并没有规定，因此笔者认为可不做相应的分隔措施，不设防火分隔水幕。

如上文所述，根据 JGJ 57—2016 第 8.3.6 条，我们已经基本明确了需要设置防护冷却水幕和防火分隔水幕的条件。系统设计参数应满足 GB 50084—2017 规定的相应喷水强度，但持续喷水时间不应小于设置部位的耐火极限。根据 GB 50014—2014《建筑防火设计规范》第 6.2.1 条“剧场等建筑的舞台与观众厅之间的隔墙应采用耐火极限不低于 3.00 h 的防火隔墙。”及 JGJ 57—2016 第 8.1.5 条“舞台与后台的隔墙及舞台下部台仓的周围墙体的耐火极限 ≥2.5 h。”总结得出水幕系统设置条件对照表，详见表 4。

表4 水幕系统设置条件对照表

3.5 舞台雨淋系统设计要点探讨

本工程 1 200 座主剧场、500 座多功能剧场以及 300 座主题剧场的舞台均设置了栅顶， 3个剧场舞台均设置了雨淋系统。

需设置雨淋系统的场所，GB 50014—2014 第 8.3.7 条规定“特等、甲等剧场、超过 1 500 个座位的其他等级剧场和超过 2 000 个座位的会堂或礼堂的舞台葡萄架下部”；JGJ 57—2016 第 8.3.4 条规定“特等和甲等剧场、特大型剧场舞台栅顶下，应设雨淋自动喷水灭火系统”，第 8.3.5 条规定“中型及以上规模的乙等剧场舞台栅顶下宜设雨淋自动喷水灭火系统”。以上 2 本规范从剧场规模和葡萄架设置情况 2 个方面，对设置雨淋系统的条件做了规定。参考GB 50084—2017，设置葡萄架的舞台应为严重危险 Ⅱ 级，按GB 50084—2017 第 4.2.6 条，严重危险 Ⅱ 级场所应设置雨淋系统。因此综上所述，可以得出结论：无论何等规模的剧场，舞台区域只要设置了葡萄架，则均应按严重危险 Ⅱ级来设置雨淋系统。

通常主舞台设置栅顶，侧舞台、后舞台无栅顶（有些剧场后舞台也有栅顶），因此笔者认为设置栅顶的主舞台（及有栅顶的后舞台）按严重危险 Ⅱ 级考虑，喷水强度16 L/（min·m2），无栅顶的侧舞台（或后舞台）可按中危险 Ⅱ 级考虑，喷水强度 8 L/（min·m2）。考虑舞台火灾危险性大，且与侧舞台、后舞台无防火分隔，因此主、侧、后舞台自动喷水灭火系统统一按雨淋系统设计。为保证喷头喷水均匀，配水管网宜按格栅式成环布置，配水管管径放大，喷头为开式喷头，下垂安装。以 1 200 座剧场为例，舞台雨淋系统分区划分详见图 1、管网布置详见图 2。雨淋系统最大设计流量按 C、D、G、H 区同时开启考虑，侧舞台喷头流量系统K=80，主舞台喷头流量系数K=115，计算喷水强度满足规范要求，总设计流量 120 L/s。雨淋管道布置和喷头布置，应布置在栅顶之下，且应避开吊点、吊杆位置。雨淋系统的分区方式有横向分区、纵向分区、横纵结合分区等多种方式，针对主舞台的分区方式，笔者推荐按舞台幕布的方向分区（即横向分区），因为舞台幕布通常横向吊挂，幕布数量多，虽然幕布做阻燃处理，但是火灾危险性依然很大，舞台道具也通常横向展现给观众，且舞台高度高，引燃迅速，横向分区与火灾引燃的方向较为吻合。

图1 雨淋系统分区图

图2 雨淋管网布置图

3.6 喷淋及自动跟踪定位射流灭火系统设计要点探讨

本工程喷淋系统采用湿式临时高压系统，设计流量30 L/s，由喷淋泵从室外环管直接吸水，稳压泵设置在泵房内，按中危 Ⅱ 级设计。自动跟踪定位射流灭火系统设计流量 10 L/s，单独设置消防泵、稳压泵，设置区域为前厅＞12 m 场所及观众厅＞8 m 场所，采用喷射型自动射流灭火装置（简称小炮）。

喷淋系统布置应注意建筑构造，避免喷淋漏设，观众厅上方＜8 m场所、二层、三层观众厅区域、观众厅上方吊顶内、舞台栅顶内，舞台上部屋顶采用金属构件的部位等，均应布置喷淋保护。

根据 GB 51427—2021《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》，自动跟踪定位射流灭火系统分三种，分别为自动消防炮灭火系统、喷射型自动射流灭火系统、喷洒型自动射流灭火系统，其中后两者适用于轻、中危险级场所，且应保证至少 2 台灭火装置的射流能保护任一部位。由于剧场前厅、观众厅等部位为剧场的重点部位，其造型和装饰要求很高，所以笔者认为采用小炮较为合适，其设置位置灵活，高度在 8～25 m 范围内可灵活选择，对装饰效果影响也较小。尤其是观众厅上空，上面有检修马道、面光桥、灯光设备、天花造型复杂，如果采用喷淋系统，则喷头布置非常困难，异形天花对喷头喷水有遮挡影响。因此高度大于8m观众厅，笔者推荐采用小炮系统。

3.7 消防排水注意问题探讨

剧场舞台及观众厅，消防设计用水量大，设计过程中应注意地面排水组织，不得出现水量堆积，影响主体建筑安全的问题，比如台仓、乐池、观众厅前排地面等处，是否会出现地面排水无法自然流出的情况。有些项目舞台的前排观众席区域，地面低于楼层标高，呈下沉形式，则此区域的消防排水无法向其他区域流淌，且消防水量大，会形成一定高度的水深，可能影响结构安全，因此设计中应重点考虑此区域的排水问题，设置地漏、暗沟等排水措施，确保安全。