大型体育文化馆消防性能化设计_卢春艳.pdf

第 44 卷 第 3 期安全Vol44 No32023 年 3 月Safety SecurityMar 2023引用格式:卢春艳，李家民，杨鸿扬，等大型体育文化馆消防性能化设计 J 安全，2023，44(3):4350作者简介:卢春艳(1984)，女，大学本科，工程师，主要研究方向为建筑工程消防审验。Email:1105632427qqcom通信作者:廖烈谊(1987)，男，硕士，工程师，主要研究方向为消防安全。DOI:1019737/jcnkiissn10023631202303007大型体育文化馆消防性能化设计卢春艳工程师李家民工程师杨鸿扬工程师姚柳碧工程师廖烈谊工程师豆鹏亮高级工程师(南宁市建设工程消防服务中心，广西 南宁 530029)【摘要】为合理设计地下多层体育馆的防排烟系统，提高体育馆防火安全性，采用计算流体力学方法和消防性能化分析，结合建筑的使用用途和特点，设定典型火灾场景开展数值仿真，针对该类体育文化馆消防设计方案中建筑防火分区面积超过规范限值要求的情况，研究优化后消防设计方案能否满足消防安全目标，并验证该方案的可靠性。结果表明:优化后各火灾场景下的防排烟系统可维持人员相对安全的水平，并有一定的安全余量，可达到国家防火技术标准的同等水平。【关键词】性能化设计;防排烟;疏散时间;大型体育文化馆中图分类号:X932文献标识码:A文章编号:10023631(2023)03004308Demonstration of Performancebased Fire Protection Designfor a Large Sports and Cultural CenterLU ChunyanLI JiaminYANG HongyangYAO LiubiLIAO LieyiDOU Pengliang(Nanning Construction Project Fire Service Center，Nanning Guangxi 530029，China)Abstract:In order to design the smoke control system of a gymnasium with multistorey of basements rea-sonably，the computational fluid dynamics method was used to analyze and demonstrate the performancebased fire protection by setting up a typical fire scenario in combination with the use and characteristics of thebuilding when the area of the buildings fire compartment in the fire protection design scheme of a gym excee-ded the requirements of the specification According to the demonstration results，the optimized fire protectiondesign scheme is proposed to ensure that the building fire protection design scheme meets the fire safety ob-jectives Through the fire smoke simulation and personnel safety evacuation simulation of the optimized build-ing fire protection design scheme，there liability of the optimized fire protection design scheme is verifiedesult shows that the optimized smoke exhaust system of each fire scenario can maintain the safety environ-ment for personnel to escape，and has a certain safety margin，which can reach the same level as the nationalfire prevention technical standardKeywords:performancebased design;smoke control;evacuation time;large gymnasium34专项研究2023 年第 3 期大型体育文化馆消防性能化设计0引言随着城市化进程加快，人们物质文化需求日益增长，各地涌现大量体育文化馆。由于大型体育文化馆具有建筑规模大、容量大、人员密集等特点1，一旦发生火灾，烟气蔓延快，人们疏散困难，会造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此，为避免发生事故，在体育文化馆投入使用前应进行消防设计。体育馆建筑通常具有空间大的特征，为了达到训练功能和美观，该类建筑防火分区划分超标现象较普遍，同时为充分利用城镇土地和满足体育馆功能需求，体育馆设置多层地下室的情况时有出现，以上现象均难以通过现有消防设计规范进行防排烟系统设计，因此需要开展特殊消防设计，采用新技术手段进行方案优化和可行性论证，以达到规范要求的同等防火目标。国外较早开展消防性能化防火设计研究，提出大量建筑设计相关规范。1985 年英国发布的建筑法包含大篇幅的性能化规定2;此后新西兰也提出国家级的规范，在性能化方面，比英国发布的更为细致3;1995 年美国消防工程师协会(Society ofFire Protection Engineers，SFPE)出版了SFPE 防火安全工程手册4(SFPE Handbook of Fire ProtectionEngineering)成为各国性能化防火设计的标杆性规范;2014 年，Alvarez 等5 介绍一个以风险为导向的性能化设计新框架并具体阐述其实施过程。我国开展研究较晚，1996 年才开始系统研究性能化设计6。李引擎等7 提出性能化设计的概念，对传统设计和性能化设计进行比较。2008 年奥运会之后，体育馆、会展中心等大型建筑涌现，学者们将性能化设计应用于实际工程。朱世敏8 采用火灾动力学模拟工具(Fire Dynamics Simulator，FDS)和 Path-finder 对体育馆的火灾烟气及安全疏散进行分析并提出优化方案;赵伟刚等9 用数值模拟的方法，建立火灾场景，对体育馆的消防设计进行评估;边浩10 利用建筑信息模型(Building Information Mod-eling，BIM)建立体育馆模型，分析体育馆内的火灾烟气蔓延和人员疏散。但以上研究主要是针对地下 1 层的体育馆，对地下多层体育馆的火灾烟气蔓延及人员疏散规律并未涉及。为探究地下多层体育馆的消防设计思路，以某地下 3 层且防火分区超过规范限值的体育馆为研究对象，利用计算流体力学方法分析现有防排烟设计方案的烟气控制效果，优化方案并验证其可靠性，提出该类体育馆的消防设计思路和防排烟设计方案。1项目概述1 1建筑基本情况体育馆地上 3 层，地下 3 层，建筑高度 1895m，总建筑面积1292142m2，地上场馆座位数不超过3000个。建筑耐火等级二级，为多层公共建筑(乙级体育建筑)，建筑内设置自动喷淋灭火系统。该建筑地上 3 层为体育场馆，地下 3 层为文化中心，体育馆中间大空间贯通区域为比赛场地，周边布置休息室、运动员等候室、检录处等辅助用房，如图 1。图 1体育馆剖面图Fig1Section view of gymnasium1 2防火设计难点为满足体育馆的使用需求，比赛场地面积较大，且上下楼层贯通，难以与周围的空间进行防火分隔，防火分区面积无法满足规范要求的 5000m2;一般体育馆地下只有 1 层，该体育馆地下 3 层为一个防火分区，面积共计 681840m2，远超出规范要求的 1000m2。虽然 GB 500162014建筑设计防火规范(2018 年版)规定，体育馆防火分区的建筑面积可适当增加，但未明确具体增加幅度。因此，需要采用性能化评估的方式，判断该防火分区的划分是否合理及消防安全水平是否达到规范要求。体育馆地下 3 层，发生火灾后烟气蔓延路径更为复杂，烟气蔓延速度快，无法满足自然排烟要求，难以快速排烟，人员因烟雾而中毒窒息的可能增大，地下空间光亮不足，将加剧人员恐惧心理，并且需要上行疏散，消耗大量体力，增加疏散难度。因此需要判断该地下空间的人员疏散是否能够达到规范要求。442023 年第 3 期专项研究大型体育文化馆消防性能化设计1 3安全判据(1)安全疏散判定准则。对于顶部封闭的体育馆，将以“人员安全疏散时间小于火灾危险来临时间”作为人员安全疏散的判定准则。建筑的使用者撤离到安全地带所花的时间 TSET小于火势发展到超出人体耐受极限的时间 TASET，则表明疏散过程达到人员生命安全的要求。考虑到疏散过程的不确定性，增加安全裕量时间 ts，通常取不小于 01 倍的疏散行动时间11，即:TEST+tsTAEST(1)(2)人员耐受极限判定准则。火灾对人员的危害主要来源于火灾产生的烟气，主要表现为烟气的热作用和毒性，另外对疏散而言烟气的能见度也是一个重要的影响因素。因此，在分析火灾对疏散的影响时，一般从温度、毒性、能见度等方面进行讨论。火灾环境时人员生命的耐受极限12，见表 1。表 1人体耐受极限指标Tab1Human tolerance limit index项目人体可耐受极限烟层高度烟气温度高于 180，烟层临界高度一般为20m烟气温度当热烟层降到 20m 以下，持续时间 30min 的临界温度为 60烟气毒性CO 浓度判定指标为 00005mol/mol，在可接受的能见度范围内，不会对人员疏散造成影响能见度当烟层高度在 20m 以下时，对于大空间其能见度临界指标为 10m，小空间为 5m1 4初始消防设计方案该体育馆分为地上和地下场馆，地上均采用自然排烟，地下均采用机械排烟。地上、地下的中部均设有 3 层通高的比赛及训练场地，周围设看台与附属用房。各楼层使用功能相似，火灾危险源主要是场馆中部的运动员行李物品和看台座椅。通过定性的火灾危险源辨识，地下部分设置 4 处火源，位置分别为负 3 层训练馆中央和东侧休息室、负 2层的体能训练场、负 1 层的普推拉健身室;地上部分考虑 2 处火源，位置分别为 1 层场馆中央和2 层南侧看台区。根据使用功能及喷淋系统是否有效确定各楼层火灾规模。火灾场景设置，见表 2。表 2初始消防设计方案火灾场景设置Tab2Initial performancebased design scheme fire scenario setting编号火源位置假定条件排烟方式自动灭火系统火灾规模/MW补风方式设置目的F31负 3 层训练馆中央机械失效80机械疏散、烟气分析F32F33F21F22F11F12L11L21负 3 层东侧休息室负 2 层体训场负 1 层普推拉室1 层体育馆2 层南侧看台座位区机械失效60机械疏散、烟气分析机械有效15机械疏散、烟气分析机械失效80机械疏散、烟气分析机械有效25机械疏散、烟气分析机械失效60机械疏散、烟气分析机械有效15机械疏散、烟气分析自然失效80自然疏散、烟气分析自然失效30自然疏散、烟气分析初始消防设计方案中，地上均采用自然排烟，地下均采用机械排烟，然而实际情况是地下 3 层至地下 1 层存在经常有人停留和存放可燃物较多的房间的情况，若着火点在上述位置，经模拟分析可知，人员可用安全疏散时间不足 180s;同理，若着火点在地上 2 层看台与疏散楼梯之