某大型体育馆人员疏散方案的性能化设计分析
康雪峰
（山西大同市公安消防支队，山西 大同）
摘要：针对某大型体育馆消防设计不符合现行消防规范要求的情况，利用FDS软件和STEPS软件模拟烟气运动和人员疏散，采用建筑防火性能化设计方法对其进行安全评估。结果表明，该体育馆消防设计能够满足火灾人员安全疏散的要求，为类似建筑消防设计提供参考。
关键词：体育馆；性能化防火设计；烟气运动；人员疏散
1 引言
近年来，随着经济社会不断进步，体育场馆呈现各种多元化、综合化、复杂化的发展趋势。而防火分区面积过大、使用功能复杂以及排烟问题和人员疏散是消防设计的共性难题。作者结合某大型体育馆的消防设计实例，针对建筑中存在的防火分区超面积等问题，采用建筑防火性能化设计方法对其进行安全评估。
2 工程概况
该体育馆建筑层数为地下1层，地上3层，总建筑面积39740m2，各层使用功能为：地下一层为运动员用房、赛事管理用房、媒体用房、室内跑道、室内射击训练馆及机房储藏等其他辅助用房；一层西侧靠近主席看台位置布置贵宾用房；二层西侧靠近贵宾席位置布置包厢；三层西侧靠近普通看台布置观众休息平台。其消防设计主要存在以下问题：①由于使用功能和平面布局的特殊性，地下一层的部分防火分区建筑面积超过规范的要求，如表1所示；②本工程地下一层西北、西南进入体育场比赛场地的通道之间设有连通车道，该车道设置70℃的感温火灾探测器、预作用自动喷水灭火系统以及疏散照明指示等消防设施。而现行防火设计规范对此类车道的排烟设计没有明确的要求。
表1 防火分区功能与面积
3 初步分析及解决办法
本工程的消防设计问题主要表现地下一层有部分防火分区建筑面积超过规范要求和地下车道的排烟设计问题两个方面。
（1）防火分区超面积。规范对防火分区最大建筑面积作出的规定，其主要目的是在保证使用功能的条件下，将可能的最大损失控制在可接受的范围之内。增大防火分区面积将会增大火灾大面积蔓延的可能性，人员数量和疏散距离可能会因此增加。因此，针对防火分区超面积问题，应该从保证人员安全疏散、控制火灾规模和防止火灾大面积蔓延等方面进行分析，并采取必要的消防措施以保证人员生命安全。
（2）车道排烟设计。一般来说，设置防排烟系统主要是实现以下3个目标。①控制火灾烟气的蔓延，为人员疏散提供一个相对安全的区域，保证在疏散过程中不会受到火灾产生的烟气的伤害。②为消防救援提供一个救援和展开灭火战斗的安全通道和区域，免受火灾的影响。③及时排除火灾中产生的大量热量，减少对建筑结构的损伤。针对本工程地下车道而言，排烟系统设计的主要目标是为了保证火灾时车道内人员的安全疏散。
4 性能化设计分析
4.1 超面积防火分区的消防安全分析
4.1.1 火灾蔓延的控制
针对本工程防火分区超面积的问题，为了控制火灾蔓延，主要采取以下消防措施：①墙面和地面采用不燃材料进行装修；②加强自动灭火措施，自动喷水灭火系统采用快速响应喷头。③提高防火分隔的耐火极限，采用耐火极限3.0h的防火墙和甲级防火门与其他部分分隔。
4.1.2 人员安全疏散分析
由于目前设计单位难以提供本工程地下一层各区域的疏散人数，本报告建议各区域疏散人数的计算如下。①本工程中的办公室、值班室、管理用房、赛时服务用房，如没有明确说明，均按照普通办公室考虑，按照0.25人/m2计算。新闻发布厅按无会议桌会议室考虑，按照1.25人/m2计算。②门厅、电梯厅等公共人流交通区参照日本的避难安全验证法，按照0.2人/m2计算。车道按两辆中巴车共80人计算。③空调机房、给水机房、泵房和器械储藏室等不考虑疏散人数。成绩处理机房等按普通办公室看待。④训练用房按照0.2人/m2计算，射击馆等室内比赛馆按每室40人计算。
计算中采取STEPS模型中的人员组成及行进速度，而疏散出口的宽度将采用有效宽度值，疏散路径有效宽度按疏散路径宽度去掉边界层宽度（参考SFPE的消防工程手册）确定。地下一层各防火分区疏散人数、计算出口宽度、现有疏散宽度与规范要求疏散宽度计算比较如表2所示。由表2可以看出，现有疏散宽度满足规范要求。
表2 规范要求安全出口宽度与现设计安全出口宽度比较
4.2 地下车道消防安全分析
本工程地下车道与两侧的各功能用房之间采用耐火极限不小于3.0h的防火墙进行分隔，连通处设置由甲级和乙级两道防火门构成的防火防烟前室。车道内的人员在火灾时可通过这些前室疏散到邻近防火分区或疏散楼梯间，也可直接疏散到体育场场心。车道依照《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》中有关汽车库的要求进行排烟系统设计，排烟量按换气次数不小于6次/h计算确定。本工程车道体积约11356m3，依照规范其排烟量应不小于68136m3/h，现设计中共有三台风机承担车道排烟，每台风机排烟量不小于34000m3/h，其疏散出口和排烟口布置如图1所示。
图1 地下车道疏散出口位置及排烟口示意
4.2.1 火灾场景及疏散场景设定
为了考察排烟系统的排烟效果以及对人员疏散的影响，分别考虑了火灾发生在车道中部和两排烟系统排烟口之间，并封堵最近的疏散出口的情况。具体火灾场景设置如表3所示。
表3 地下车道火灾场景设置
疏散场景考虑车道内发生火灾，有两辆满载人员的大型客车停在车道内。每辆车内的人员数量为40人，总共80人疏散。疏散开始后，人员首先下车，再利用车道两侧的疏散出口向临近区域的疏散楼梯，或者通向室外的出口疏散。结合地下车道的出口布置，考虑到人员疏散最不利的情况，共设置了以下疏散场景，如表4所示。
表4 地下车道疏散场景设置
4.2.2 烟气蔓延模拟
运用火灾动力学模拟软件FDS模拟体育馆各种火灾场景下的火灾蔓延及烟气流动状况，根据相应的温度场、烟密度分布分布等结果和设定的人员疏散性能指标，确定人员安全疏散的可用时间。网格设置为0.5m×0.5m×0.25m，网格总数为1382400个。
模拟过程中监测了场景C1和场景C2车行通道地面以上2.0m处的烟气能见度和温度，计算结果如图2所示。从图1可以看出，420s时车道局部区域的烟气能见度低于10m；600～1200s之间，几乎整个车道区域的能见度均低于10m；1200s内，车行通道地面以上2.0m处烟气温度始终低于60℃。从图3看出，300s时车道2/3处（从左往右）的烟气能见度开始低于10m；600s时车道一半区域的能见度低于10m；900～1200s间，2/3的车道区域的能见度低于10m；1200s内，只有车道2/3处（从左往右）的烟气温度高于60℃，其余区域均低于60℃。
图2 车行通道场景C1下，地面以上2.0m处的烟气能见度和温度
图3 车行通道场景C2下，地面以上2.0m处的烟气能见度和温度
4.2.3 疏散时间计算
人员疏散时间按火灾报警时间、人员疏散前反应和准备时间和人员疏散行动时间之和计算。其中人员疏散行动时间通过采用STEPS人员疏散软件模拟得到，并将模拟计算结果乘以安全系数1.5得到。通过计算报警时间，人员疏散前反应和准备时间及人员疏散行动时间，得到疏散总时间，见表5。
表5 地下车道疏散时间计算（单位：s）
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，各场景的疏散安全性分析如表6所示。
表6 人员疏散安全性
通过对所有火灾场景烟气蔓延和人员疏散模拟结果的分析发现，发生火灾时，全部人员和观众均可以在建筑内各主要性能指标达到危险值前完全撤离至安全区域。
5 结论
本文针对某体育馆消防设计中部分防火分区超面积和地下车道排烟系统排烟量设计等问题，从保证人员安全疏散、减少财产损失的安全目标出发，结合建筑使用功能的特点，利用FDS和STEPS软件，对其可能产生的火灾风险进行了分析和评估。结果表明，虽然部分防火分区建筑面积超过规范要求，但是这些区域火灾荷载较低、人员数量较少，因此总体火灾风险较低；地下车道在限定人数的情况下，现有排烟系统设计能够保证车道内人员的安全疏散。该大型体育馆消防设计能够满足火灾人员安全疏散的要求，研究结果可为类似建筑消防设计提供参考。
参考文献
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