陳昊

中國(guó)海誠工程科技股份有限公司

上海某劇場(chǎng)項(xiàng)目排煙設(shè)計(jì)

陳昊

中國(guó)海誠工程科技股份有限公司

簡(jiǎn)要介紹了在上海某劇場(chǎng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，舞臺(tái)及觀眾席的排煙設(shè)計(jì)，通過火災(zāi)熱釋放量及消防性能化等方法，計(jì)算及模擬分析了舞臺(tái)及觀眾席的排煙量，為今后的工程應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)方面的參考。

舞臺(tái)觀眾席排煙設(shè)計(jì)排煙量

0 引言

根據(jù)上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006）[1]中4.1.6規(guī)定，“防煙分區(qū)不宜大于2000m2，長(zhǎng)邊不應(yīng)大于60m?！奔慈粑枧_(tái)及觀眾席總面積不超過2000m2，可按一個(gè)防煙分區(qū)來考慮。但對(duì)于排煙量的計(jì)算，《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ57-2000）[2]及《建筑設(shè)計(jì)放火規(guī)范》（GB50016-2006）[3]，與上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》[1]按照火災(zāi)熱釋放量計(jì)算，有很大的不同：

1）《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ57-2000）[2]對(duì)于舞臺(tái)和觀眾席的排煙，均分別有要求。根據(jù)8.1.10中，舞臺(tái)上部屋頂或側(cè)墻上應(yīng)設(shè)置通風(fēng)排煙設(shè)施。當(dāng)舞臺(tái)高度小于12m時(shí)，可采用自然排煙，排煙窗的凈面積不應(yīng)小于主臺(tái)地面面積的5%。當(dāng)舞臺(tái)高度等于或大于12m時(shí)，應(yīng)設(shè)機(jī)械排煙裝置。10.2.17條文說明中，對(duì)于排煙量，建議觀眾廳以13次/h換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，或90m3/m2h換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，兩者取其大者。

2）上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006）[1]4.2.2中規(guī)定，當(dāng)噴淋設(shè)置高度大于10m時(shí)，按無噴淋場(chǎng)所對(duì)待。對(duì)于有著高大凈空的劇場(chǎng)，可按照無噴淋的公共場(chǎng)所對(duì)待，火災(zāi)熱釋放量Q按8.0MW計(jì)算。

上海的劇場(chǎng)項(xiàng)目，多采用綜合上述兩種方法，取其大值（一般火災(zāi)熱釋放量計(jì)算出的排煙量遠(yuǎn)大于換氣次數(shù)等計(jì)算），再綜合消防性能化，即火災(zāi)模型FDS[5]模擬，驗(yàn)證其有效性。

1 項(xiàng)目概況

上海某表演劇場(chǎng)演出，每30分鐘一場(chǎng)，主要表演場(chǎng)內(nèi)設(shè)舞臺(tái)、表演天橋等，天橋跨越舞臺(tái)與觀眾席兩個(gè)區(qū)域，演員的表演范圍覆蓋整個(gè)表演場(chǎng)地。由于表演方式的特殊性，特技表演不僅局限在表演臺(tái)上，也在觀眾廳上空進(jìn)行。設(shè)計(jì)中舞臺(tái)與觀眾在一個(gè)空間內(nèi)，并無臺(tái)口，防火幕的設(shè)置比較困難，考慮到表演場(chǎng)內(nèi)的室內(nèi)外裝飾材料中可燃物很少，且表演使用的道具包含的可燃物也不多，并且表演場(chǎng)內(nèi)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)，火災(zāi)在舞臺(tái)和觀眾廳之間蔓延的可能性不大。因此將舞臺(tái)、觀眾廳劃分為一個(gè)防火分區(qū)。

2 防排煙策略

1）防煙分區(qū)：考慮到特效劇場(chǎng)無葡萄架，火災(zāi)危險(xiǎn)性低于常規(guī)劇場(chǎng)，且面積小于2000m2，現(xiàn)設(shè)計(jì)中將舞臺(tái)和觀眾廳作為一個(gè)防煙分區(qū)。

2）排煙方式：建筑高度大于12m，采用機(jī)械排煙。

3）排煙量計(jì)算

①層高：H=16.5m（最高點(diǎn)）

②設(shè)計(jì)火災(zāi)規(guī)模：根據(jù)上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》，本區(qū)域高度大于10m，應(yīng)按無噴淋公共場(chǎng)所考慮，設(shè)計(jì)火災(zāi)規(guī)模為Q=8MW。

③清晰高度：Z=10.7m（觀眾廳入口上方3.7m處有小型表演平臺(tái)，計(jì)算時(shí)將表演平臺(tái)上空2.5m作為清晰高度，Z=4.5+3.7+2.5=10.7m）

④火焰極限高度：Z1=0.166×[0.7×Q]2/5=5.24m

⑤按軸對(duì)稱煙縷質(zhì)量（Z>Z1）：Mp=0.071×0.7Q1/3× Z5/3+0.0018×0.7Q=75.59kg/s

⑥煙氣層平均溫度與環(huán)境溫度差：△T=0.7Q/(Mp× Cp)=72.63℃

⑦煙氣絕對(duì)溫度：T=T0+△T=273+20+72.63=366 K

⑧排煙量：V=3600×Mp×T/(T0×P0)=283000m3/h

設(shè)計(jì)擬采用六臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)設(shè)于劇場(chǎng)屋面，排煙口直接設(shè)于吊頂內(nèi)排煙立管，并確保排煙口距各點(diǎn)的水平距離均不超過30m。

⑨補(bǔ)風(fēng)方式：自然補(bǔ)風(fēng)。

3 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

1）場(chǎng)景一：觀眾廳低區(qū)火災(zāi)8MW。觀眾廳低區(qū)層高最高達(dá)16.5m，一旦發(fā)生火災(zāi)，其上方的閉式噴頭響應(yīng)時(shí)間因高度受到影響，根據(jù)《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》，噴淋設(shè)置高度大于10m的區(qū)域，應(yīng)按無噴淋場(chǎng)所考慮。此時(shí)火災(zāi)規(guī)模將主要取決于內(nèi)部可燃物數(shù)量。觀眾廳內(nèi)火災(zāi)規(guī)模按無噴淋的公共場(chǎng)所取為8MW，火災(zāi)發(fā)展類別為中速火災(zāi)，火源位于觀眾席前排，標(biāo)高-4.500m，如圖1。根據(jù)以上論述，觀眾廳單個(gè)座椅的峰值熱釋放速率約為250kW，則8MW的火災(zāi)相當(dāng)于32個(gè)座椅同時(shí)燃燒時(shí)的火災(zāi)熱釋放速率。

2）場(chǎng)景二：舞臺(tái)火災(zāi)15MW（對(duì)于防排煙策略中，細(xì)化及增設(shè)的部分）。同觀眾廳低區(qū)，舞臺(tái)區(qū)域也將考慮為無噴淋控制火災(zāi)。舞臺(tái)布景主要的可燃物是膠合板，按照阻燃膠合板熱釋放速率數(shù)據(jù)，保守取峰值（約140kW/m2）作為計(jì)算火災(zāi)規(guī)模的參數(shù)。目前舞臺(tái)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的火災(zāi)規(guī)模為15MW，則相當(dāng)于107m2的膠合板同時(shí)燃燒。但由于舞臺(tái)所采用的材料均為阻燃材料，火災(zāi)蔓延速度慢，難以形成大面積過火的情況。因此可以認(rèn)為，舞臺(tái)火災(zāi)規(guī)模取15MW是比較保守的。

4 FDS模擬分析

4.1 FDS模型建立

圖2為建立的火災(zāi)場(chǎng)景一時(shí)的FDS模型。

火災(zāi)規(guī)模為8.0MW，火災(zāi)增長(zhǎng)類型為中速t2火。表1為FDS主要輸入?yún)?shù)：

4.2 模擬結(jié)果分析

圖3為火災(zāi)場(chǎng)景一時(shí)模擬時(shí)間為1160s時(shí)Z=2m高度處溫度切片圖，最高顯示溫度為60℃。

圖4為火災(zāi)場(chǎng)景一時(shí)模擬時(shí)間為939s時(shí)Z=2m高度處能見度切片圖，最高顯示能見度為15m。

本場(chǎng)景考慮低區(qū)座椅火災(zāi)，煙氣主要向劇場(chǎng)頂部聚集，再逐漸沉降，溢出到夾層底部。由于劇場(chǎng)頂部有較大的蓄煙空間，夾層底部能見度在939s出現(xiàn)低于臨界值的情況，即該場(chǎng)景能夠提供939s的可用安全疏散時(shí)間。

4.3 人員疏散方案模擬

4.3.1 疏散方案

疏散場(chǎng)景：觀眾席區(qū)人員沿疏散走道進(jìn)行疏散，采用STEPS人員疏散軟件對(duì)人員疏散至室外安全空間的動(dòng)態(tài)疏散過程進(jìn)行模擬。

人員數(shù)量：根據(jù)座位數(shù)及演出人員數(shù)量，模擬計(jì)算疏散人數(shù)為924人。

安全出口設(shè)置：劇場(chǎng)內(nèi)所有安全出口都可獲得使用。

疏散路線：位于上部觀眾坐席區(qū)內(nèi)人員將沿疏散走道向上疏散，并通過位于首層的安全出口疏散到室外安全空間；下部觀眾坐席區(qū)人員將沿疏散走道向下疏散，通過舞臺(tái)層的兩側(cè)防煙樓梯間疏散到室外安全空間；位于標(biāo)高-3.9m的舞臺(tái)區(qū)域的表演人員將通過舞臺(tái)層的兩側(cè)防煙樓梯間與下部觀眾坐席區(qū)人員一同疏散到室外安全空間（圖5）。

4.3.2 疏散時(shí)間模擬

表2為火災(zāi)場(chǎng)景一時(shí)疏散模擬輸入?yún)?shù)與模擬結(jié)果，表3為總疏散時(shí)間。

4.4 模擬分析

FDS模擬提出了人員安全疏散量化的“時(shí)間線”概念來評(píng)估使用者的生命安全度。其中包含了兩個(gè)關(guān)鍵性的時(shí)間，即：火災(zāi)在防火分區(qū)內(nèi)蔓延至超出人體承受極限情況的時(shí)間，也稱為可提供的安全疏散時(shí)間（ASET）；人員完成疏散的時(shí)間，也稱為所需要的安全疏散時(shí)間（RSET）。

人員生命安全反映在定量的判定標(biāo)準(zhǔn)上，即保證人員安全疏散所需的時(shí)間小于環(huán)境可以提供的安全疏散時(shí)間，即ASET>RSET[4]。

對(duì)于火災(zāi)場(chǎng)景一（觀眾廳低區(qū)火災(zāi)8MW），根據(jù)模擬可知：RSET=432s，ASET=939s，因此在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員可以安全疏散。

同樣地，對(duì)于火災(zāi)場(chǎng)景二（舞臺(tái)火災(zāi)15MW），可模擬得出排煙量約為33萬m3/h，且ASET>RSET，因此，在火災(zāi)場(chǎng)景二時(shí)，人員疏散也是安全的。

5 結(jié)語

通過防排煙策略計(jì)算及FDS火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬論證，得出結(jié)論：環(huán)境可以提供的安全疏散時(shí)間（煙氣在最小清晰高度之上）大于人員安全疏散所需的時(shí)間，可以滿足人員疏散要求。

由于舞臺(tái)及觀眾廳采用一個(gè)防煙分區(qū)，并且僅一處發(fā)生火災(zāi)時(shí)，舞臺(tái)火災(zāi)的排煙量（33萬m3/h）大于觀眾廳火災(zāi)的排煙量（28萬m3/h），遂設(shè)計(jì)整體排煙量采用33萬m3/h，舞臺(tái)及觀眾廳頂部均布排煙風(fēng)機(jī)，火災(zāi)時(shí)同時(shí)啟動(dòng)，疏散門及補(bǔ)風(fēng)門同時(shí)電動(dòng)開啟，以達(dá)到排煙的目的。

[1]建筑防排煙技術(shù)規(guī)程(上海市)(DGJ08-88-2006)[S]

[2]劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ57-2000)[S]

[3]建筑設(shè)計(jì)放火規(guī)范(GB50016-2006)[S]

[4]The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering[Z].USA: Society of Fire Protection Engineers,2008

[5]NIST.Fire Protection Engineering Tools(Version 3.2)[Z].National Instituteof Standardsand Technology,1994

Sm o k e Ex hau s t De s ign o f a Thea te r in Shangha i

CHEN Hao
China Haisum Engineering Co.,Ltd

The smoke exhaustdesign of a theatre in Shanghai is introduced briefly.By using heat release volume and fire performance based design,the volume of smoke exhaust of the stage and audience was calculated and analyzed.It provided important references in the design forprojectapplications in the future.

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1003-0344（2014）03-067-4

2013-5-29

陳昊（1981～），男，碩士，高工；上海市寶慶路21號(hào)2號(hào)樓3樓（200031）；E-mail:hao_chen1@163.com