上海世博文化中心的消防设计(共享)

1、上海世博文化中心的消防设计fire protection design of shanghai world expo culture center殷李革（上海市消防局）yin li geshanghai fire bureau摘要：外形类似飞碟的上海世博文化中心是世博会最重要的永久性场馆之一在该建筑的主体演艺中心空 间内，通过灵活分隔等技术手段，形成不同规模和形态的观看和演出空间，以满足大中型综艺演出、体育 赛事、活动庆典等多功能的使用需求，拓展了演艺中心的文化外延。由于建筑的结构特点和使用功能需求, 在消防安全方面遇到了新的挑战。文章介绍了世博文化中心的概况和消防安全设计的情况。abstra

2、ct: one of the permanent venues of the 2010 shanghai world expo is the culture center, which is shaped as the seashell. covering 76-thousand square meters, the performance venue contains a central stage surrounded by thousands of seats. the enormous venue can be converted at will to stage performanc

3、es, grand celebrations, concerts, basketball games, or even ice hockey competitions. because of complex and sophisticated in its structure with various art forms and complicated function, engineers face difficulties and new challenges in fire protection designing. this paper introduced the general s

4、ituation of this building and its fire safety design.关键词：上海世博会 文化中心消防设计key words shanghai culture center fire protction design作者简介：殷李革，女，上海市消防局高级工程师上海世博文化中心（原称上海世博演艺中心，以下简称文化中心）是世博会最重要的永 久性场馆之一，中国2010年上海世博会的开幕式就是在这里隆重举行，更增添了文化中心 的光彩。在该建筑的主体演艺屮心空间内，通过灵活分隔等技术手段，形成不同规模和形态 的观看和演出空间，以满足人中型综艺演出、体冇赛事、活动庆典等

5、多功能的使用需求。同 时该建筑也为观众提供各种餐饮、商业的特色服务，与观演空间相通的包厢、餐厅及观众休 息坏廊的各种销售点等也成了人们新的社交活动场所，为观众提供了多样化的服务，拓展了 演艺屮心的文化外延。由于建筑的结构特点和使用功能需求，在消防安全方面遇到了新的挑 战。1文化中心工程概况1.1建筑概况文化中心位于浦东世博园区的滨江绿地东部，北临黄浦江，南至浦明路，西起世博轴, 东至保留成品码头东边界，用地面积为69, 000m2,建筑高度45。文化中心采用集中式布局, 以西北侧卢浦大桥作为底景，与世聘庆典广场有机结合，形态交融，建筑形体与万人庆典广 场可以进行宗内外互动、转换与衔接。柔和的建

6、筑形体融于滨江公园绿地之中，与西侧的世 博轴和世博中心、与南侧的中国馆相呼应，相协调。世博演艺小心效果图文化中心总建筑面积125, 945m2,其中地上为单层18000座多功能剧场及环绕主场馆的 周边六层建筑，建筑面积为73, 941m2；地卜-建筑为两层，建筑面积为52, 004m2o建设中的世博演艺中心实景图1.2主要功能地下二层主要为停车库，屮间部位设有溜冰场。地下二层与地下一层通过位于屮心的 溜冰场连通;地下一层主要为环形商业区域及空调机房等，商业区域通过四个开敞的孔洞（其 中三个孔洞内设置自动扶梯和开敞楼梯）少首层半环形商业区相通；地上一层为内场演出区 域楼层，包括入口大厅、安检大厅

7、、比赛内场区域及商业区域；地上二层主要为观众席池座 及休息坏廊；地上三层和四层主要为vip楼座和包厢及休息坏廊；地上五层主要为观众席楼 座及休息环廊和餐饮区、办公区等；地上六层为观光楼层，包括俱乐部、电影院、餐厅和酒 吧等。壯博演艺中心内场图文化屮心设有18000屎的多功能剧场，根据演出模式可分隔为：18000座的屮心舞台模 式、12000座和8000座的尽端舞台模式、4000座的伸岀式舞台模式等。可举办世博会丿犬典、 各种文艺演出、舞蹈和创意秀、百老汇、音乐剧、杂技、魔术、颁奖典礼、小型音乐会和演 唱会、电影、新科技展示、公司活动、新产品发布等各类演出、文艺和商业活动。演艺屮心 公共空间及空

8、中观景平台充分利用滨江和周边的景观资源，通过空间的共享以及室内外大型 屏幕和投彫等技术手段，将内部的演出气氛同步传递到mjj人庆典广场及周边城市空间， 形成内外共享并互动的热烈场景，营造人众的，高雅的，时尚的文化氛i韦i,激发整个园区的 动感活力。1. 3建筑特点设计方案为“时空飞梭”，将18000座演岀大厅、公共文化娱乐区等多项功能统一于简 洁的建筑形体z中，形态新颖别致。它突出了内部空间的多样化和町变性，增强了表演者和 观众的互动，室内演艺空间得到延伸，构成一幅自然灵动的也而。主演区灵活多变的功能配 査，满足了多功能高规格的演出需求，公共空间及空屮观景平台充分利用滨江和周边的景观 资源。建

9、筑布局及其衍生功能力求达到场馆的后续利用和长期高效运营的使用口标。文化屮 心其充满活力的内外环境空间，将成为永不落幕的城市舞台，并展示和演绎2010年世博会 “城市，让生活更美好”的主题。2消防设计文化中心的设计属国内首创，设计师参照了位于英国伦敦的02剧院（20000座）的设 计理念，目前我国的高层民用建筑设计防火规范、建筑设计防火规范、剧场建筑设计 规范、体育建筑设计规范等国家相关标准规范不能完全适用于该工程的消防设计，其面 临大空间的防火分区的划分、安全疏散的布局、口动消防设施的设置等诸多消防难题。为了 解决这些消防设计难点，保留设计的各利功能和造型，由rja防火专业顾问公司应用了性能

10、化消防设计方法制定整体消防策略，综合考虑防火分区、安全疏散、占动灭火系统、火灾白 动报警系统、防排烟系统等安全性，使该工程的整体上达到了较高的消防安全水平。2.1消防车道与消防扑救面建筑物外围与草坡挡土墙z间，设置了宽度为7m的环通消防车道，消防车道与基地南 侧、西侧、北侧与东侧的广场和联通，广场作为消防登高扑救场地，登高车可抵达23. 00m 标髙的主体建筑宗外观光环廊。基地东侧设有一永久消防驻防点，有消防车停车位和消防队 员休息室，当有重大活动时，消防队可入驻保卫。2.2防火分区地下二层汽车库、地下一层音乐俱乐部、地上部分的办公、餐饮服务等均按规范划分了 防火分区。通过性能化分析，地下一层

11、商业街区分为4个防火分区，其屮地下一层内侧环廊 与地下二层溜冰场划作同一防火分区，地下一层商业街区商店均作固定隔断，与公共通道间 设耐火极限不低于1. ooh的隔墙或防火玻璃隔断；与内庭相通的4个商铺设耐火极限不低于1. ooh的隔墙或防火玻璃隔断，使内庭成为准安全区。地上部分将整个18000朋的演出人空 间作为独立的防火分区，用防火墙和甲级防火门与四周其他场所分隔开，观众厅的安全出口 处设防火墙及甲级防火门与观众休息区作防火分隔；观众厅的三层和四层vip包厢后墙及为 环丿邨相通的门为防火墙及甲级防火门，环廊与其他区域之间上采用3h耐火极限的防火墙隔 断。2. 3安全疏散2. 3.1疏散出口及

12、疏散宽度的设计地下二层车库设置12座疏散楼梯；地下一层商业街下沉内庭有3座敞开大楼梯直通首 层室外，另外周边还冇14座疏散楼梯；首层冇4扇加宽的疏散门直通大厅，大厅nj疏散至 室外；二层池座有18扇2. 2m宽的门（总疏散宽度为39. 6m）,疏散至环廊内,环廊内有19 个2. 5m宽安全出口（总疏散宽度为47. 5m）疏散aiffl 6. 5m标髙的家外平台；三层vip观众 席内的人员通过13扇1.4m宽的疏散门和34扇0.9m宽的疏散门（总疏散宽度为48. 8m）疏 散至110!标高环廊内，环廊内有6部防烟楼梯间和一个敞开楼梯间（总疏散宽度为15. 6m） 直通6. 5m标高的室外平台；四

13、层vtp观众席内的人员通过13扇1. 4m宽的疏散门和35扇 0.9m宽的毓散门（总毓散宽度为49. 7m）疏散至15m标高的环廊内，环廊内有7部防烟楼梯 间（总疏散宽度为15. 4m） s通65m标高的室外平台;五、六层楼座人员通过28扇22m 宽的疏散门（总疏散宽度为61.6m）疏散至19m标高的环廊内,环廊内有7部防烟楼梯间和 4部敞开楼梯间（总疏散宽度为33m）直通6. 5m标高的室外平台。2. 3. 2安全疏散性能化分析'使用exodus软件，模拟文化中心观众厅及地下商业+首层集散大厅的人员毓散情况，并 计算出人员所需要的疏散时间。通过计算观众厅内的人员疏散所需的时间，以及与

14、环境内可 以维持的人员耐受的时间进行比较，确定人员是否可以安全疏散，见下图所示：i margin ofsafety|安全余吊.:iiprimo vement timeiii疏散行对前时间报警时間 recognition tim ；! a為 j火灾确认时间期测时|u| alarm time |response time ；atrav - 'iii travel time i 枪散行动时if ii1 a'det.|ii反应时间il jdetectior!w'me ii|ignition detection alarm发生火灾火灾探测报警人员安全疏散所需时间i疏散搭成 iev

15、acuaho n ten ability completelimit人员可耐受时间af rsui人员疏散所'需i时间required safe escape time - rsetaf iiuevac evacuafion time 疏散时间人员疏散时间线分析图观众厅内人员疏散至环廊内所需的时间，即rseto并将此时间与烟气控制系统作用下, 环境可以维持的人员耐受时间aset进行比较。人员疏散所需的时间rset由以下部分纟r成: 探测时间(td)报警时间(ta)、人员的识别时间(to)、人员反应时间(ti)和人员从开 始疏散到安全地点的行动时间(te)：rset=td + ta + t

16、o + ti +kx te 根据该观众厅的具体情况，td取60s； ta取120s； tdelay =( to + ti)120s； k为安 全系数，一般取1.52,此处取1.5。具体选了五个火灾场景：疏散场景一：池座内场。模拟结果，观众厅内人员完全疏散至首层安检及入口大厅内的 时间为2分钟43秒，即疏散行动时间163秒。疏散场景二：池座二层。模拟结果，观众厅内人员完全疏散至二层环廊内的时间为3 分钟51秒，即疏散行动吋间231秒。疏散场景三：楼座。模拟结果，观众厅内人员在4分钟时完全疏散至环廊内，疏散行动 时间240so疏散场景四：首层集散大厅。模拟结果，人员在165 s时疏散完毕，即疏散行

17、动时间为 165so疏散场景五：地下商业区域。模拟结果，人员在240 s时全部疏散至首层集散人厅准安 全区域，在248 s时全部疏散至室外安全区域，即疏散行动时间为248s。表中的实际火灾中疏散所需的总吋间rset二探测时间+报警吋间十(人员识別吋间+人员 反应时间)+疏散行动时间二探测时间+报警时间+疏散延迟时间+疏散行动时间：各区域人员疏散时间总结区域探测时间(s)报警时间(s)疏散延迟时 间(s)疏散行动时间(s)总疏散 时 间 rset (s)模拟结果x 1.5的安 全系数池座内场60120120163245545池座二层60120120231347647楼座6012012024036

18、0660首层集散 大厅60120120165248548地下商业182*10120248372684aset为环境可以维持人员耐受的时间，从以下防排烟性能化分析可以验证出，aset均 大于rset,即：对大空间下的两个火灾场景进行了模拟分析，验证大空间内设定的排烟和 补风，定量分析得岀，在设定的烟气控制策略的基础上，保证：z二28m处，环境可以提供的 安全疏散时间asetm600s； z=24m处,环境可以提供的安全疏散时间680s ,其中z：为需 要保持的烟气清晰高度，烟气清晰高度应可以保证位于大空间内的最高坐位区的人员安全疏 散。地卜一层商业区火灾模拟屮商铺火灾20mw,走道内4mw火灾规

19、模卜一，可以提供的安全 疏散时间aset& 1200so2. 4防排烟2. 4.1防排烟设计地下车库、设备用房均利用结构梁格划分防烟分区进行机械排烟；对环形商业区域，商 业内设置机械排烟系统，防烟分区面积不超过2000m2，长边不超过60m,排烟量应按照上海 市建筑防排朋技术规程进行设计，每个防烟分区排烟量不小于42,840m3/h,补风口考 虑空调送风补风；对共亨空间区域，采用0.5m挡烟垂臂划为5个防烟分区，防朋分区一、 三、五设置机械排烟，每个防烟分区排烟最不小于47, 880 m3/h,防烟分区二、四采用白 然孔洞让烟进入地上一层共享中庭升至首层，由顶棚自然排烟窗排岀。大空间观

20、众厅6个机 械排烟窗均匀布置于顶部，机械排烟量总量为58& 000m3/h,设6台排烟风机(98, 000 m3/h 台)每个排烟窗的而积为3.10m2；同时，在顶部还设计了 19个肓径为2m的圆形自然排烟 窗(考虑机械排烟失效后，人工控制开启)，观众厅内利用两台空调箱的风机作为机械补风, 风口设在座椅下，总补风量为148, 000 m3/h，此外人员疏散时通向环廊的开启门作为口然 补风口。2. 4. 2性能化分析1在设计火灾场景中，可燃物燃烧性能、通风条件和灭火设施等都影响火灾的热释放率。 观众厅较不利的火灾场景为舞台区域、观众席区域和v1p包房区域，在此基础上设定机械排 烟最，然后

21、利用软件模拟烟气蔓延的情况。人空间良好的烟气控制系统维持烟气位于屋顶下 方鮫高的位置，减缓烟气层下降的速度，减小烟气对于地面层人员的影响。大空间内棊木为 燃料控制火。火灾场-：楼座座椅火灾蔓延，热释放率为15mw,通过eds主要输入参数与模型外 观,排烟量50, 0000 m3/h,机械补风量148, 000m3/h,模拟结果,火灾发生后,烟气上升 到顶部后形成顶棚射流沿着天花蔓延：在840s内，28m高度以f的空间的烟气温度没有超过60°c；在700s内，28 m高度以下的空间的能见度人于15m。火灾场景二：舞台火灾，热释放率为20mw,通过fds主要输入参数与模型外观，排烟 量5

22、0, 0000 m3/h,机械补风量14, 8000m3/h,模拟结果,火灾发生后，烟气上升到顶部后 形成顶棚射流沿着天花蔓延：在840s内，28m高度以卜的空间的烟气温度没有超过60°c：在600s内,28m高度以下的空间的能见度大于15m；在650s内，24 m高度以下的空间的能见度基木大于15m。火灾场景三：地下一层商业区着火后发生蔓延，火灾热释放率为20mw；通过fds主耍 输入参数与模型外观，排烟量为66000 m3/h,首层自然排烟窗面积120m2,模拟结果：在1200s内，除地f层处着火商铺内，其他区域地板面以上2m水平面以卜的温度及 能见度等指标均在人体可耐受范围内，

23、温度低于60°c,能见度大于10m；在1200s内，首层地板面2m水平面以下的温度及能见度等指标均在人体可耐受范围内。地下一层商铺着火后，烟气由门洞口及烧穿的防火玻璃窜出，肓接由共享中庭升至首层, 由顶棚自然排烟窗排出，未在地下一层及首层蔓延。火灾场景四和五：地下一层商业区走道和地下一层共享空间走道分别发生火灾后，基本 无可燃物，热解放率均为4侧，机械排烟量47880 m3/h,首层自然排烟窗120m2o模拟结果 均为：在1200s内，地下一层商业区地板面以上2m水平面以下的温度及能见度等指标均在人 体可耐受范围内，温度低于60°c,能见度大于10m；在1200s内，首层地

24、板而2m水平而以f的温度及能见度等指标均在人体町耐受范围內。 2. 5消防灭火系统该工程的地下车库、办公室、商业、餐厅、观众厅三层和四层的v1p包间、环郦、设备 用房等场所均按规范设了口动水喷淋系统，并采用快速响应喷头。观众厅净空高，沿马道下 设了带雾化功能的自动水炮灭火系统；沿屋顶承重主钢桁架设自动喷淋系统（冷却钢结构）, 在马道上方设白动喷淋灭火系统（保护马道），在楼座上方的8m-12m标高之间设自动喷淋灭 火系统（保护高部楼座）；在马道上设了室内消火栓系统。2. 5. 1消火栓系统。基地内从市政给水管上引入两路dn300mm室外消防供水管，并环通; 室内消火栓系统设两台加压泵，一用一备，

25、肓接从基地室外消防供水管上抽水，接18m3的 屋顶消防水箱，水泵设在地下二层的水泵房内，并设消火栓系统的稳压泵和气压罐。2.5.2自动喷水灭火系统。设喷淋加压泵两台，一用一备，直接从基地室外消防供水 管上抽水，接18m3的屋顶消防水箱，水泵设在地下二层的水泵房内，并设喷淋系统的稳压 泵和气压罐。钢屋架喷淋冷却系统，设单独的报警阀组。2.5.3气体火火系统。地下一层35kv/10kv变压器室、低压配电室、35kv的配电室和 网络机房等设tg-541气体灭火系统保护。六夹层的eps机房设无管网气体灭火系统保护。2. 5. 4消防水炮系统。观众厅大空间内采用带雾化功能的消防水炮系统保护。消防水 炮设在马道下，保证观众厅马道下任一处都能两股水柱同时保护，根据舞台的分隔情况，共 设16门炮，消防水炮系统设加压泵两台，一-用一备，接18ni3的屋顶消防水箱，水泵设在地 下二层的水泵房内，并设水炮系统的稳压泵和气压罐。2. 6火灾自动报警系统该工程的地卜车库、办公室、商业、餐厅、观众厅三层和四层的vip包间、坏腐、设备 用房等场所均按规范设了火灾报警系统（