某大型體育館人員疏散方案的性能化設(shè)計(jì)分析

康雪峰

（山西大同市公安消防支隊(duì)，山西　大同）

摘要：針對(duì)某大型體育館消防設(shè)計(jì)不符合現(xiàn)行消防規(guī)范要求的情況，利用FDS軟件和STEPS軟件模擬煙氣運(yùn)動(dòng)和人員疏散，采用建筑防火性能化設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估。結(jié)果表明，該體育館消防設(shè)計(jì)能夠滿足火災(zāi)人員安全疏散的要求，為類似建筑消防設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：體育館；性能化防火設(shè)計(jì)；煙氣運(yùn)動(dòng)；人員疏散

1　引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷進(jìn)步，體育場(chǎng)館呈現(xiàn)各種多元化、綜合化、復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)。而防火分區(qū)面積過(guò)大、使用功能復(fù)雜以及排煙問(wèn)題和人員疏散是消防設(shè)計(jì)的共性難題。作者結(jié)合某大型體育館的消防設(shè)計(jì)實(shí)例，針對(duì)建筑中存在的防火分區(qū)超面積等問(wèn)題，采用建筑防火性能化設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估。

2　工程概況

該體育館建筑層數(shù)為地下1層，地上3層，總建筑面積39740m²，各層使用功能為：地下一層為運(yùn)動(dòng)員用房、賽事管理用房、媒體用房、室內(nèi)跑道、室內(nèi)射擊訓(xùn)練館及機(jī)房?jī)?chǔ)藏等其他輔助用房；一層西側(cè)靠近主席看臺(tái)位置布置貴賓用房；二層西側(cè)靠近貴賓席位置布置包廂；三層西側(cè)靠近普通看臺(tái)布置觀眾休息平臺(tái)。其消防設(shè)計(jì)主要存在以下問(wèn)題：①由于使用功能和平面布局的特殊性，地下一層的部分防火分區(qū)建筑面積超過(guò)規(guī)范的要求，如表1所示；②本工程地下一層西北、西南進(jìn)入體育場(chǎng)比賽場(chǎng)地的通道之間設(shè)有連通車道，該車道設(shè)置70℃的感溫火災(zāi)探測(cè)器、預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)以及疏散照明指示等消防設(shè)施。而現(xiàn)行防火設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)此類車道的排煙設(shè)計(jì)沒(méi)有明確的要求。

3　初步分析及解決辦法

本工程的消防設(shè)計(jì)問(wèn)題主要表現(xiàn)地下一層有部分防火分區(qū)建筑面積超過(guò)規(guī)范要求和地下車道的排煙設(shè)計(jì)問(wèn)題兩個(gè)方面。

（1）防火分區(qū)超面積。規(guī)范對(duì)防火分區(qū)最大建筑面積作出的規(guī)定，其主要目的是在保證使用功能的條件下，將可能的最大損失控制在可接受的范圍之內(nèi)。增大防火分區(qū)面積將會(huì)增大火災(zāi)大面積蔓延的可能性，人員數(shù)量和疏散距離可能會(huì)因此增加。因此，針對(duì)防火分區(qū)超面積問(wèn)題，應(yīng)該從保證人員安全疏散、控制火災(zāi)規(guī)模和防止火災(zāi)大面積蔓延等方面進(jìn)行分析，并采取必要的消防措施以保證人員生命安全。

（2）車道排煙設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)置防排煙系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)目標(biāo)。①控制火災(zāi)煙氣的蔓延，為人員疏散提供一個(gè)相對(duì)安全的區(qū)域，保證在疏散過(guò)程中不會(huì)受到火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣的傷害。②為消防救援提供一個(gè)救援和展開(kāi)滅火戰(zhàn)斗的安全通道和區(qū)域，免受火災(zāi)的影響。③及時(shí)排除火災(zāi)中產(chǎn)生的大量熱量，減少對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的損傷。針對(duì)本工程地下車道而言，排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是為了保證火災(zāi)時(shí)車道內(nèi)人員的安全疏散。

4　性能化設(shè)計(jì)分析

4.1　超面積防火分區(qū)的消防安全分析

4.1.1　火災(zāi)蔓延的控制

針對(duì)本工程防火分區(qū)超面積的問(wèn)題，為了控制火災(zāi)蔓延，主要采取以下消防措施：①墻面和地面采用不燃材料進(jìn)行裝修；②加強(qiáng)自動(dòng)滅火措施，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用快速響應(yīng)噴頭。③提高防火分隔的耐火極限，采用耐火極限3.0h的防火墻和甲級(jí)防火門(mén)與其他部分分隔。

4.1.2　人員安全疏散分析

由于目前設(shè)計(jì)單位難以提供本工程地下一層各區(qū)域的疏散人數(shù)，本報(bào)告建議各區(qū)域疏散人數(shù)的計(jì)算如下。①本工程中的辦公室、值班室、管理用房、賽時(shí)服務(wù)用房，如沒(méi)有明確說(shuō)明，均按照普通辦公室考慮，按照0.25人/m²計(jì)算。新聞發(fā)布廳按無(wú)會(huì)議桌會(huì)議室考慮，按照1.25人/m²計(jì)算。②門(mén)廳、電梯廳等公共人流交通區(qū)參照日本的避難安全驗(yàn)證法，按照0.2人/m²計(jì)算。車道按兩輛中巴車共80人計(jì)算。③空調(diào)機(jī)房、給水機(jī)房、泵房和器械儲(chǔ)藏室等不考慮疏散人數(shù)。成績(jī)處理機(jī)房等按普通辦公室看待。④訓(xùn)練用房按照0.2人/m²計(jì)算，射擊館等室內(nèi)比賽館按每室40人計(jì)算。

計(jì)算中采取STEPS模型中的人員組成及行進(jìn)速度，而疏散出口的寬度將采用有效寬度值，疏散路徑有效寬度按疏散路徑寬度去掉邊界層寬度（參考SFPE的消防工程手冊(cè)）確定。地下一層各防火分區(qū)疏散人數(shù)、計(jì)算出口寬度、現(xiàn)有疏散寬度與規(guī)范要求疏散寬度計(jì)算比較如表2所示。由表2可以看出，現(xiàn)有疏散寬度滿足規(guī)范要求。

4.2　地下車道消防安全分析

本工程地下車道與兩側(cè)的各功能用房之間采用耐火極限不小于3.0h的防火墻進(jìn)行分隔，連通處設(shè)置由甲級(jí)和乙級(jí)兩道防火門(mén)構(gòu)成的防火防煙前室。車道內(nèi)的人員在火災(zāi)時(shí)可通過(guò)這些前室疏散到鄰近防火分區(qū)或疏散樓梯間，也可直接疏散到體育場(chǎng)場(chǎng)心。車道依照《汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中有關(guān)汽車庫(kù)的要求進(jìn)行排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，排煙量按換氣次數(shù)不小于6次/h計(jì)算確定。本工程車道體積約11356m³，依照規(guī)范其排煙量應(yīng)不小于68136m³/h，現(xiàn)設(shè)計(jì)中共有三臺(tái)風(fēng)機(jī)承擔(dān)車道排煙，每臺(tái)風(fēng)機(jī)排煙量不小于34000m³/h，其疏散出口和排煙口布置如圖1所示。

4.2.1　火災(zāi)場(chǎng)景及疏散場(chǎng)景設(shè)定

為了考察排煙系統(tǒng)的排煙效果以及對(duì)人員疏散的影響，分別考慮了火災(zāi)發(fā)生在車道中部和兩排煙系統(tǒng)排煙口之間，并封堵最近的疏散出口的情況。具體火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置如表3所示。

疏散場(chǎng)景考慮車道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，有兩輛滿載人員的大型客車停在車道內(nèi)。每輛車內(nèi)的人員數(shù)量為40人，總共80人疏散。疏散開(kāi)始后，人員首先下車，再利用車道兩側(cè)的疏散出口向臨近區(qū)域的疏散樓梯，或者通向室外的出口疏散。結(jié)合地下車道的出口布置，考慮到人員疏散最不利的情況，共設(shè)置了以下疏散場(chǎng)景，如表4所示。

4.2.2　煙氣蔓延模擬

運(yùn)用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件FDS模擬體育館各種火災(zāi)場(chǎng)景下的火災(zāi)蔓延及煙氣流動(dòng)狀況，根據(jù)相應(yīng)的溫度場(chǎng)、煙密度分布分布等結(jié)果和設(shè)定的人員疏散性能指標(biāo)，確定人員安全疏散的可用時(shí)間。網(wǎng)格設(shè)置為0.5m×0.5m×0.25m，網(wǎng)格總數(shù)為1382400個(gè)。

模擬過(guò)程中監(jiān)測(cè)了場(chǎng)景C1和場(chǎng)景C2車行通道地面以上2.0m處的煙氣能見(jiàn)度和溫度，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。從圖1可以看出，420s時(shí)車道局部區(qū)域的煙氣能見(jiàn)度低于10m；600～1200s之間，幾乎整個(gè)車道區(qū)域的能見(jiàn)度均低于10m；1200s內(nèi)，車行通道地面以上2.0m處煙氣溫度始終低于60℃。從圖3看出，300s時(shí)車道2/3處（從左往右）的煙氣能見(jiàn)度開(kāi)始低于10m；600s時(shí)車道一半?yún)^(qū)域的能見(jiàn)度低于10m；900～1200s間，2/3的車道區(qū)域的能見(jiàn)度低于10m；1200s內(nèi)，只有車道2/3處（從左往右）的煙氣溫度高于60℃，其余區(qū)域均低于60℃。

4.2.3　疏散時(shí)間計(jì)算

人員疏散時(shí)間按火災(zāi)報(bào)警時(shí)間、人員疏散前反應(yīng)和準(zhǔn)備時(shí)間和人員疏散行動(dòng)時(shí)間之和計(jì)算。其中人員疏散行動(dòng)時(shí)間通過(guò)采用STEPS人員疏散軟件模擬得到，并將模擬計(jì)算結(jié)果乘以安全系數(shù)1.5得到。通過(guò)計(jì)算報(bào)警時(shí)間，人員疏散前反應(yīng)和準(zhǔn)備時(shí)間及人員疏散行動(dòng)時(shí)間，得到疏散總時(shí)間，見(jiàn)表5。

當(dāng)疏散所需時(shí)間小于火災(zāi)的危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間時(shí)，表明該場(chǎng)景下的排煙設(shè)計(jì)能夠保證人員安全疏散。根據(jù)疏散時(shí)間和危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間的計(jì)算結(jié)果，各場(chǎng)景的疏散安全性分析如表6所示。

通過(guò)對(duì)所有火災(zāi)場(chǎng)景煙氣蔓延和人員疏散模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，全部人員和觀眾均可以在建筑內(nèi)各主要性能指標(biāo)達(dá)到危險(xiǎn)值前完全撤離至安全區(qū)域。

5　結(jié)論

本文針對(duì)某體育館消防設(shè)計(jì)中部分防火分區(qū)超面積和地下車道排煙系統(tǒng)排煙量設(shè)計(jì)等問(wèn)題，從保證人員安全疏散、減少財(cái)產(chǎn)損失的安全目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合建筑使用功能的特點(diǎn)，利用FDS和STEPS軟件，對(duì)其可能產(chǎn)生的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和評(píng)估。結(jié)果表明，雖然部分防火分區(qū)建筑面積超過(guò)規(guī)范要求，但是這些區(qū)域火災(zāi)荷載較低、人員數(shù)量較少，因此總體火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較低；地下車道在限定人數(shù)的情況下，現(xiàn)有排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠保證車道內(nèi)人員的安全疏散。該大型體育館消防設(shè)計(jì)能夠滿足火災(zāi)人員安全疏散的要求，研究結(jié)果可為類似建筑消防設(shè)計(jì)提供參考。

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