某大型劇場類建筑人員疏散消防設(shè)計(jì)研究

李一波

(合肥市消防支隊(duì),安徽 合肥 230001)

0 引言

隨著社會(huì)文化生活的不斷豐富，劇場類建筑蓬勃涌現(xiàn)，該類建筑作為大量人員聚集的場所，具有人員密集、空間規(guī)模宏大、疏散路線復(fù)雜等特點(diǎn)，給防火工作帶來很大困難[1]。近年來，劇場類建筑火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，造成了大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，表1給出了1998—2007年間劇場類建筑的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)情況[2]。如何有效保證劇場類建筑內(nèi)部人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，有效避免火災(zāi)發(fā)生帶來的損失，成為消防建筑設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。

表1 1998-2007年劇場類建筑火災(zāi)情況

隨著人員疏散數(shù)值模擬軟件的快速發(fā)展，其疏散模型有近20種，其中Pathfinder 2015以其優(yōu)越的視覺分析和準(zhǔn)確的煙氣蔓延，成為一款應(yīng)用最為廣泛的人員疏散模擬軟件。利用經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)合該軟件對(duì)高層建筑[3]，地鐵隧道[4]和大型場館[5]的研究越來越多，為指導(dǎo)人員安全疏散提供諸多有益建議。

利用性能化設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，根據(jù)建設(shè)工程使用功能和消防安全要求，運(yùn)用消防安全工程學(xué)原理，采用先進(jìn)適用的計(jì)算分析工具和方法，為建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參數(shù)、方案，或?qū)ㄔO(shè)工程消防設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合分析評(píng)估。以下述綜合性劇場為實(shí)例，針對(duì)劇場中存在的疏散距離過長的問題，提出了疏散出口和人員疏散路線的優(yōu)化設(shè)計(jì)政策，對(duì)該類建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性給出了客觀的評(píng)估。

1 劇場情況簡介

該劇場為綜合觀演建筑，總建筑面積為40,792 m2，其中地上建筑面積28,800 m2，地下建筑面積11,992 m2，建筑層數(shù)為4-5層(小劇場4層、主劇場5層)，建筑高度為46.3 m，為一類高層建筑。按照功能性的不同，可劃分為包括雜劇劇場、綜合劇場和地方戲劇場三個(gè)場所。

該劇場由于其建筑的特殊性，主要消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)為火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員疏散距離超長。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該劇場中觀眾廳內(nèi)少數(shù)觀眾的疏散途徑是先至前廳、再疏散至安全出口。其中由雜技劇場觀眾廳內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)觀眾需疏散57 m才至室外安全區(qū)域。這就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相關(guān)規(guī)定的此類建筑室內(nèi)與疏散出口最大距離為30 m的規(guī)定，同時(shí)也超過了室內(nèi)兩點(diǎn)間的最大距離為15 m的規(guī)定[6]。

2 解決方案

本節(jié)綜合雜技劇場區(qū)域疏散距離過長的消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)，根據(jù)各廳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給出如下解決方案。

2.1 前廳區(qū)域建議措施

人為的將該區(qū)域進(jìn)行劃分，使其作為“亞安全區(qū)”從而解決了雜技劇場該區(qū)域疏散距離過長的問題[7]。為實(shí)現(xiàn)上述人為規(guī)定，必需要保證以下幾個(gè)條件：

(1)控制該區(qū)域內(nèi)可燃物的量，從本質(zhì)上降低其火災(zāi)荷載；

(2)通過各種消防設(shè)備控制周邊區(qū)域的火災(zāi)煙氣不蔓延至該區(qū)域內(nèi)；

(3)當(dāng)周邊區(qū)域內(nèi)發(fā)生失控火災(zāi)，煙氣得不到有效控制而進(jìn)入連接通道，也能觸發(fā)該區(qū)域內(nèi)部的消防設(shè)備迅速作用，進(jìn)行有效地警報(bào)或控制，避免對(duì)人員的危害。

一方面，控制好周邊區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙氣的蔓延，使其僅僅在源區(qū)域內(nèi)，不會(huì)向外傳播影響到前廳區(qū)域。另一方面，作好前廳本身的火災(zāi)防范，即在該區(qū)域設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和機(jī)械排煙系統(tǒng)，使得前廳區(qū)域本身火災(zāi)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)都很低。再者，也由于各種裝置對(duì)火災(zāi)的及時(shí)控制，使得該區(qū)域不易受到其他區(qū)域火災(zāi)的影響，獨(dú)立成為相對(duì)安全的特殊區(qū)域，這樣也就達(dá)到了我們將該區(qū)域設(shè)置“亞安全區(qū)”的目的。

2.2 舞臺(tái)區(qū)域措施

由于舞臺(tái)的表演需要，其上的各類材料及道具均為易燃材料；且舞臺(tái)上線路復(fù)雜，煙火表演頻繁；舞臺(tái)空間高大，適于燃燒，撲救困難。因此，舞臺(tái)往往是劇場中火災(zāi)主要起源之一[8]。并且觀眾廳是大量觀眾聚集場所，造成人員疏散工作非常困難。觀眾廳內(nèi)的裝飾美觀需要，會(huì)在吊頂內(nèi)布置有大量線路，且觀眾廳內(nèi)有大量的可燃物。綜上說述，針對(duì)該劇場防火的關(guān)鍵在于將舞臺(tái)和觀眾廳隔開，采用如下措施：

(1)舞臺(tái)臺(tái)口墻，采用不燃材料，且為實(shí)心結(jié)構(gòu)，要求耐火極限不小于3.0 h。

(2)雜技劇場主舞臺(tái)與觀眾廳之間設(shè)置防火幕+冷卻水幕進(jìn)行分隔。防火幕耐火極限不能低于3.0 h，冷卻水幕保護(hù)時(shí)間不低于3.0 h。

(3)演出與排練期間，舞臺(tái)區(qū)域的側(cè)臺(tái)不放置大量道具等可燃物，僅作為演員候場的區(qū)域。

(4)舞臺(tái)區(qū)域的疏散走道不與道具通道混用，采用防火墻加+防火門同周圍的化妝等功能區(qū)域進(jìn)行分隔。

2.3 觀眾廳區(qū)域措施

雜技劇場觀眾廳區(qū)域分析圖如圖1所示，根據(jù)觀眾廳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給出如下建議措施：

(1)增加觀眾廳蓄煙空間，考慮觀眾廳層高為H，最高處樓座高度為13.0 m，最小清晰高度Hq=1.6+0.1H，建議樓座區(qū)域最高座椅同吊頂下沿之間的距離不應(yīng)小于清晰高度的要求D，即為D≥13.0+Hq，H=13.0+D。雜技劇場觀眾廳采用機(jī)械排煙系統(tǒng)和機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)；排煙量按照13次換氣進(jìn)行控制，機(jī)械補(bǔ)風(fēng)應(yīng)設(shè)置在觀眾廳池座內(nèi)座椅下的位置處，補(bǔ)風(fēng)量不小于排煙量的50%，補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)均勻設(shè)于觀眾座椅下，以保持一股吹向舞臺(tái)方向的新風(fēng)，為觀眾提供更好的疏散環(huán)境。

圖1 雜技劇場觀眾廳區(qū)域分析圖

(2)觀眾廳的墻面裝修材料燃燒性能按照規(guī)定應(yīng)該為A級(jí)。

(3)觀眾廳內(nèi)的電纜均應(yīng)采用礦物不燃性電纜或低煙無鹵阻燃性電纜。

(4)觀眾廳應(yīng)設(shè)置噴射型自動(dòng)射流滅火系統(tǒng)。

綜上所述，該劇場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員對(duì)于疏散路徑不熟悉。建議在各個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置疏散指示燈具，充分利用各類疏散設(shè)施，如照明設(shè)施和指示標(biāo)志指引人群安全的逃生方向，引導(dǎo)人們避開煙和火所影響的區(qū)域。

3 火災(zāi)場景設(shè)定

火災(zāi)場景的選取應(yīng)該具有足夠的代表性，特別需要考慮我們所設(shè)置的火災(zāi)場景要能充分的證明設(shè)計(jì)是否滿足保證不發(fā)生人員傷亡、人員安全疏散等目標(biāo)。通過危險(xiǎn)源辨識(shí)，根據(jù)可信最不利原則設(shè)計(jì)了最快到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài)的火災(zāi)場景，同時(shí)考慮了起火點(diǎn)會(huì)直接封堵疏散出口以及火勢使得人員因心理作用只往背離起火點(diǎn)的方向疏散的情況[9]。通過對(duì)該劇場內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)及人員荷載的分析，共設(shè)置了5個(gè)不同起火位置的火災(zāi)場景，并確定了各個(gè)火災(zāi)場景的情景，其中包括排煙設(shè)施是否有效、防火分割是否有效及火災(zāi)功率等，如表2所示。

表2 雜技劇場火災(zāi)場景設(shè)計(jì)表

4 人員疏散分析

4.1 人員荷載選取

人員荷載的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以為人員疏散研究的合理性奠定一定的基礎(chǔ)。由于該劇場功能眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分區(qū)域人員荷載規(guī)范并無明確要求，如舞臺(tái)、前廳等區(qū)域，劇院中人員分布主要受劇場使用功能布置影響，如以歌舞娛樂場所等標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)行計(jì)算，不符合實(shí)際使用需求。按照表3所示的疏散人數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定該劇場雜技劇場內(nèi)部人員載荷總數(shù)為2337，其中一層人數(shù)1334，二層人數(shù)137，三層人數(shù)356，四層人數(shù)147，五層人數(shù)96。

表3 雜技劇場內(nèi)各功能區(qū)的疏散人數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(單位：人)

4.2 人員疏散模擬結(jié)果及分析

計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬(Computer numerical simulation)方法的應(yīng)用已為多場景下的人員疏散模擬提供極大地便利，本文采用人員疏散模擬軟件來模擬計(jì)算在上述所設(shè)置的場景下該劇場人員疏散的相關(guān)情況。本文所搭建的模型中，人員行為采用更加符合實(shí)際的Steering模式，行進(jìn)速度根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)設(shè)置為1.19 m/s，身體尺寸取45.58 cm。由于模擬計(jì)算效率的要求，本文采用的時(shí)間步長time step=0.025 s，轉(zhuǎn)向選擇間隔為0.1 s[7]。模擬過程中，針對(duì)雜技劇場設(shè)計(jì)了下面幾種疏散場景，如表4所示。

表4 疏散場景表

對(duì)該劇場雜技城進(jìn)行疏散模擬，得到3個(gè)疏散場景中各區(qū)域需要的疏散行動(dòng)時(shí)間taction，將安全系數(shù)k取為1.5，于是RSET=talarm+tresp+1.5×taction[10]。通過計(jì)算最終得到各疏散場景中各考察區(qū)域的人員疏散時(shí)間，計(jì)算模擬結(jié)果列于表5，可明顯從表中得知在各個(gè)火災(zāi)場景下的人員安全疏散時(shí)間均小于人員安全疏散規(guī)定中所要求的時(shí)間。故可以認(rèn)為在消防設(shè)備無效如排煙系統(tǒng)失效、疏散口減少等特殊情況下，仍能做到及時(shí)安全疏散人群，避免傷亡的發(fā)生。

表5 疏散場景結(jié)果表

5 結(jié)論

本文針對(duì)某劇場疏散距離過長的消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了“亞安全區(qū)”的解決方案，并提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)措施，設(shè)定了可信最不利的火災(zāi)場景，利用疏散模擬軟件對(duì)劇場進(jìn)行了數(shù)值模擬，綜合分析模擬結(jié)果后提出下列三條建議：

(1)該劇場可實(shí)現(xiàn)人員安全疏散，亞安全區(qū)的設(shè)計(jì)可以解決人員疏散距離過長的問題。

(2)建議組織劇場人員進(jìn)行定期的消防安全培訓(xùn)，進(jìn)行各類的疏散演習(xí)，這樣可以保證工作人員在發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以快速的帶領(lǐng)人群找到疏散出口并安全逃生。

(3)建立嚴(yán)格的消防規(guī)章制度，確保疏散出口和疏散通道的通暢，避免因?yàn)槭枭⑼ǖ赖韧庠跅l件對(duì)人員疏散造成不良的影響。

[1]劉偉，邢志祥.大型公共建筑人員安全疏散的模擬研究[J].消防科學(xué)與術(shù),2009,28(11)：813-816．

[2]公安部消防局.中國消防年鑒[M].北京：中國人事出版社，2012.

[3]袁慧，代長青.高層住宅建筑人員疏散時(shí)間仿真分析[J].安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2017,25(2)：50-54.

[4]田鑫，蘇燕辰，李冬.地鐵列車火災(zāi)安全疏散研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程.2016.31(16)：281-284.

[5]陸峰，朱國慶，高云驥.多層商業(yè)綜合體人員疏散理論與數(shù)值模擬研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2016,35(4)：500-502.

[6]成城，王坤貴.從劇場火災(zāi)談防火疏散[J].建筑學(xué)報(bào),1995(11)：38-43.

[7]中華人民共和國公安部.建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范：GB50016-2014[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2014.

[8]姜寧．性能化評(píng)估在消防工程中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù).2004，23(S1)：5-7．

[9]Fang T,Yu J,WuxK.Simulation Study on Occupant Evacuation Characteristics Under Emergent Conditions[J].Journal of Applied Fire Science,2010,20(1)：21-38.

[10]霍然,胡源,李元洲.建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,1998.