基于性能化设计的某大型综合观演建筑人员安全疏散研究

基于性能化设计的某大型综合观演建筑人员安全疏散研究李一波（合肥市消防支队,安徽 合肥 230001）摘 要：针对某综合观演建筑主剧场疏散距离过长的问题，提出了亚安全区的消防性能化解决方案，设定了方案的具体设计条件。

给定合理的人员载荷，通过分析建筑的火灾危险性，设置了7个火灾场景，通过数值模拟分析了建筑内的烟气蔓延情况，并利用人员疏散软件对上述7个火灾场景进行分析。

结果表明各场景均能保证人员安全疏散，说明提出的解决方案可行。

关键词：观演建筑 防火 性能化设计 安全疏散 亚安全区中图分类号：TU208.5 文献标识码：A 文章编号：2095-8382(2017)05-021-05Study of Evacuation in a Comprehensive Theatrical BuildingBased on Performance-Based Fire DesignLI Yibo(H efei Fire Decachment,Hefei,A nhui，230001)Abstract ：Performance-based fire design was presented to solve the problem of overlong evacuation distance in a comprehensive theatrical building. Fire risk of the building was analyzed by numerical simulation. Seven fire scenarios were simulated by using Fire dynamics simulator (FDS). Pathfinder2011 was used to simulate evacuation in the fire scenarios. The results indicated that the proposed performance-based fire design scheme c ould ensure the safety.Keywords ：Comprehensive Theatrical Building; fire protection; performance-based design; safe evacuation; sub-safety zone针对火灾及人员疏散的性能化设计，自上世纪70年代提出以来，已经在火灾及疏散方面取得了显著的效果。

日本及欧美等发达国家在性能化设计中投入大量的经费和人员支持，相继采用了性能化防火规范。

虽然，我国的性能化设计起步较晚，但近年来由于巨大的硬性需求，越来越多的公共建筑已经不能适用于传统防火设计，针对大型建筑的性能化设计也越来越受到各个部门的欢迎，并取得了不错的工程实际效果。

观演建筑在全国各地已进入方兴未艾的建设蓬勃期。

观演建筑功能独特，专业繁多，技术复杂，被称为建筑设计行业的“重工业”[1][2]。

其建筑特点主要是大空间设计以及屋顶部位采用大量的钢结构。

然而，复杂的结构和奇特的造型给防火设计提出了严峻的考验。

其火灾危险性主要有以下几点[3]：DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.201705052017-08-21李一波(1979-)，男，工程师，硕士生，主要研究方向为：建筑防火。

收稿日期:作者简介:0 引 言第25卷 第5期2017年10月V ol.25 No.5Oct.2017安徽建筑大学学报Journal of Anhui Jianzhu University(1)剧场内用电设备多。

剧场内一般多使用大功率电器设备，如果这些设备出现人为误操作或电气故障，容易引发电器火灾。

并且由于表演需要的若干灯具发出强光，形成局部高温，若与一些布类等可燃物、易燃物接近则极易点燃从而造成火灾事故。

(2)剧场内装饰需要综合考虑经济和视觉效果，因此使用了较多的可燃材料，包括一些可燃幕布和可燃道具。

且剧场内舞台、观众席区域为了满足声光、音响等效果，大多也会采用可燃材料。

上述情况增加了火灾负载，增加了火灾的机率和危害。

(3)剧场由于其演出服务性质，会有大量的人员聚集，一旦发生火灾，由于人员众多，会给疏散工作带来极大地困难。

有时即便是发生可控性的小事故，如若处理不当也会导致人群的混乱，易发生类似于踩踏等事故。

由此可见，当发生火灾时人员疏散工作的重要性和紧急性。

(4)剧场由于其特殊的建筑结构，如空间巨大、建筑物的横向跨度也大。

这也造就了若发生火灾会使空气快速流通、火灾发展会比在一般场所更快速。

针对现在的钢丝结构穹顶，若发生火灾持续性燃烧的情况、不及时扑救，可能会导致屋顶坍塌等二次事故。

目前剧院类建筑的防火性能化设计主要以强化防火分隔措施、加强自动灭火及排烟设施设置、增加疏散设施和控制可燃装修等措施为主，以性能化模拟计算为辅，来分析建筑的火灾危险性，确保人员在发生火灾后能够安全疏散[4-8]。

性能化设计是根据建筑的实际相关情况，运用消防安全工程理论和先进的软件技术、方法，使得选定的安全目标达到要求，从而实现防火或疏散的设计规范。

本文以某一剧场为实例，以人员安全疏散为目标，对该剧场进行性能化设计，从而达到消防安全的目的。

1 工程实例某剧场项目，建设场地形状基本呈矩形形状，南北宽约180 m，东西长约230 m。

项目总建筑面积为40,792 m²，建筑层数为4-5层（小剧场4层、主剧场5层），建筑最高高度为46.3 m。

建筑性质为综合观演建筑。

综合性和地方戏小剧场及其配套用房集中布置在用地的西侧，杂技主剧场及其配套用房集中布置在用地的东侧，两组建筑之间围合出开放的艺术长街，又通过连续的屋顶形成有机的整体，如图1所示。

主要消防设计难点是主剧场疏散距离过长。

这也是当前多数大型公共建筑面临的问题。

本项目中的杂技剧场内观众厅内有部分人员疏散的路径是需要通过前厅，再到达安全区域的，这样就导致疏散距离超过20 m，这是不符合相关要求的。

另外舞台区域的部分人员的疏散路径也不是直接到达安全区域，其疏散距离会达到18 m，导致部分区域的疏散距离超出规范要求[9][10]，如图2所示。

图 1 项目布局示意图图 2 杂技剧场疏散分析图，从左至右为舞台、观众厅、观众厅及前厅区域22安徽建筑大学学报第25卷2 性能化设计方案通过对建筑结构进行分析研究，针对疏散距离超规范的问题，以问题最为突出的前厅为例，提出解决方案。

我们可以人为的将该区域进行划分，使其作为“亚安全区”从而解决了杂技剧场该区域疏散距离过长的问题[4]。

为实现上述人为规定，必需要保证以下几个条件：(1)控制该区域内可燃物的量，从本质上降低其火灾荷载；(2)通过各种消防设备控制周边区域的火灾烟气不蔓延至该区域内；(3)当周边区域内发生失控火灾，烟气得不到有效控制而进入连接通道，也能触发该区域内部的消防设备迅速作用，进行有效地警报或控制，避免对人员的危害。

第一个条件可以通过有效的防火分隔和严格的消防管理来实现。

严格控制各个防火分区的大小，对个分区的连接位置采取更为严格的阻火设施，如耐高温防火门等。

各类装修材料燃烧性能按照规定应该为A级，电缆均应采用矿物不燃性电缆或低烟无卤阻燃性电缆。

通过这两方面使前厅区域尽量不发生火灾；若一旦发生火灾，也会使其危险性降到最低，避免造成人员的损伤。

第二和第三个条件可以组织专业人士来优化消防设计实现，使各防火单元的烟气仅仅在源区域内蔓延传播，不会通过前厅通道区域进入前厅区域，或即使有部分烟气进入也会激发消防设备，是烟气得以快速控制，不会影响人员的安全和人群疏散。

一方面，控制好周边区域发生火灾时烟气的蔓延，使其仅仅在源区域内，不会向外传播影响到前厅区域。

另一方面，作好前厅本身的火灾防范，即在该区域设置自动喷水灭火系统和机械排烟系统，使得前厅区域本身火灾发生概率和风险都很低。

再者，也由于各种装置对火灾的及时控制，使得该区域不易受到其他区域火灾的影响，独立成为相对安全的特殊区域，这样也就达到了我们将该区域设置“亚安全区”的目的。

通过以上这些措施，使得前厅区域本身火灾风险很低，同时也不易受到其他区域火灾的影响，成为一个相对安全的区域，即“亚安全区”。

3 火灾场景及人员疏散模拟3.1 火灾场景设置火灾场景的选取应该具有足够的代表性，特别需要考虑我们所设置的火灾场景要能充分的证明设计是否满足保证不发生人员伤亡、人员安全疏散等目标。

火灾场景为达到上述安全目标，选取舞台台仓、观众席和休息厅等6个不同场所的火灾场景，首先考虑产生火灾的原因不同，于是设置了4种不同的火源功率，其次考虑疏散设备和防火分隔的可用性，排烟设备是否运行。

综上所述针，我们对杂技剧场共设置7个火灾场景，详细场景信息见表1。

表 1 火灾场景设计汇总23第5期李一波：基于性能化设计的某大型综合观演建筑人员安全疏散研究地点设施设施水保护分隔功率设置目的1 伸出式舞台台仓均可用失效均可用均可用2.5MW研究舞台台仓座椅储藏区发生火灾对观众厅区域人员疏散的影响，检验观众厅区域蓄烟能力2 舞台中央升降台均可用均可用均可用均可用2.5MW研究杂技剧场舞台现有消防设施能否保证区域内人员疏散安全3 舞台中央升降台均可用均可用失效防火幕失效8.0MW研究在分隔设施失效的情况下，舞台火灾对观众厅内人员疏散的影响4 观众厅观众席封堵一个疏散出口均可用均可用均可用2.5MW研究在一个疏散出口被火灾烟气封堵的情况下，杂技剧场观众厅现有消防设施能否保证区域内人员疏散安全5 观众席楼座均可用均可用失效均可用8.0MW研究在部分消防设施失效的情况下，观众厅区域内人员能否安全疏散6 前厅首层均可用均可用均可用均可用1.0MW研究杂技剧场前厅现有消防设施能否保证区域内人员疏散安全7 前厅二层休息区封堵一个疏散楼梯均可用失效均可用4.0MW研究杂技剧场前厅一个疏散出口被封堵对区域内人员疏散的影响3.2人员疏散模拟根据上述我们所设置的7个火灾场景，首先，利用FDS建模。

其次，设置监测点，监测火灾中的烟气运动情况，如烟气蔓延速度，烟气沉降等烟气参数，同时通过FDS切片得到剧场内的温度分布场图和CO浓度分布场图等有关参数。

最后，确定各火灾场景的烟气危险来临时人员疏散的时间（RSET），将其与可用安全疏散时间（ASET）相比较，分析各火灾场景人员疏散的安全性。

计算结果见表2。

场景位置RSET(s) ASET(s) 能否安全疏散1 杂技剧场伸出式舞台台仓16m594850能8m 9484.5m 9722m 9922 杂技剧场舞台中央升降台2m 236 1800 能3 杂技剧场舞台中央升降台2m 594 1800 能4 杂技剧场观众厅观众席16m6291800能8m 18004.5m 18002m 18005 杂技剧场观众厅楼座16m5941800能8m 18004.5m 18002m 18006 杂技剧场前厅首层8m6061800能2m 18007 杂技剧场前厅二层休息区8m6061800能2m 1800表 2各火灾场景危险来临时间与人员安全疏散时间对比续表火灾场景起火地点疏散设施排烟设施水保护防火分隔火源功率设置目的24安徽建筑大学学报第25卷从上述结果可知，无论是火源功率较大的场景，还是疏散设施或排烟、灭火设施不能正常工作的场景，烟气危险来临时人员疏散的时间（RSET）都小于可用安全疏散时间（ASET），即使是场景4所需疏散时间最长达629 s，也远远小于可用安全疏散时间。