某剧场建筑防火设计难点分析

某剧场建筑防火设计难点分析

随着经济的发展，城市文化建设越来越受到重视。各类演出、地方特色文化展示等成为城市的一大亮点。高水平的文化演出能够推动文化艺术事业发展，改善城市旅游文化的形象。许多城市投入大量人力物力兴建供文化展示的硬件设施，剧场建筑是比较典型的一种。该类建筑不仅讲求功能多样化、复杂化，设计师对建筑的美观性、艺术性、通透性等同样要求甚高。诸多方面的考虑难免为建筑消防带来难题，甚至与消防设计要求相冲突。笔者借助某剧场建筑的设计特点，介绍该类建筑中的常见防火设计难点，并对该建筑的特殊问题进行分析。1局观建筑体系某剧场建筑包含电影院和剧场。如图1和图2所示，建筑呈东西方向布局，西面为电影院，东侧为剧场。建筑使用上可分可合，各自功能和流线较相对独立，相互干扰较小。建筑外围采用大型金属壳体覆盖而形成一个整体。工程总建筑面积约24000m2，地上5层，地下3层。2做好相关建筑的防火设计剧场类建筑人员密集，主要是外来观众，由于对建筑路线不熟悉，一旦发生火灾，容易造成疏散不及时，导致人员伤亡，做好同类建筑的防火设计具有重要意义。2.1大热建筑设计如图3所示，该建筑内部的影剧院土建部分以东侧剧场较高，但不超过24m。如果没有外层覆盖的壳体，该影剧院都可按照GB50016-2006《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)进行消防设计。但正是因为建筑覆盖了该金属壳体，设计上对于该建筑的定性出现了不同意见。一方认为该建筑内部影剧院高度均不超过24m，外层覆盖的大外壳可视为单层，套用“建筑高度小于等于24m的单层公共建筑”，可适用《建规》;另一方认为该特殊建筑增加大外壳后应完全看作一个整体，因外壳高度超过24m且内部包含多个楼层，故应按照高层建筑设计。笔者不太认同将外层覆盖的大外壳视作为单层，套用“建筑高度小于等于24m的单层公共建筑”的做法。该建筑的定性应从多个方面来考虑:(1)影剧院属于人员密集场所，剧院的楼座设计包含复杂疏散路线，为避免恶性的群死群伤事故，有必要提高建筑防火要求;(2)该建筑人员疏散出影剧院后不能直达室外，大壳体覆盖的大厅发生火灾对人员疏散造成威胁;(3)消防扑救难度大，建筑四周虽有消防车道，但壳体覆盖致使灭火水柱不能到达火灾危险性较大的部位。因此笔者主张该建筑按高层对待，根据GB50045-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)划为二类高层，地上建筑耐火等级为二级，地下建筑耐火等级为一级。2.2大空间参与问题(1)防火分区划分。影剧院土建外边界与金属外壳间形成共享大空间，该大空间主要包括首层休息门厅和标高分别为4.5,9.0,11.8m的走道及标高为4.5和9.0m的中庭回廊，如图4所示大空间面积约为5500m2，超过3000m2的要求。针对防火分区面积超规的问题，设计人员借鉴《高规》5.1.5条的做法。采用防火墙和甲级防火门窗将影剧院与公共空间进行严格的防火分隔，将火灾及烟气尽量控制在影剧院内部。(2)人员疏散。影剧院内部人员在首层必须经过共享大空间才能疏散至室外。针对该问题，设计人员拟将共享大空间设计为亚安全区，作为人员疏散的过渡空间。为了保证亚安全区的安全性，除了要求共享大空间只能作为休息厅和公共走道使用外，对空间的装修材料按表1也提出了严格要求。同时影剧院内部的机械排烟系统设排烟管道直接将烟气排至室外而不是排至共享大空间。2.3地下舞台防火封闭为了营造演出效果，新建剧场常要求采用灵活可变的机械舞台。机械化升降、旋转舞台快速兴起，该类舞台在地下的升降变化空间即是台仓。台仓四周还包括演员跑场道等，演出时存在一定数量的人员。如何做好台仓与地上舞台的防火分隔同样是一道难题，因为舞台作为剧场火灾高发区宜严格控制地上与地下各个防火分区的面积，且相应规范对地上、地下建筑的防火要求有差异。为安全起见，设计上最好采取分隔措施将地上舞台与台仓分隔开。但是灵活升降的舞台无法按照该要求执行，无论采取何种措施也没法将地下部分与地上舞台进行有效的防火封堵。本案例中的剧场舞台采用了上下升降式舞台，笔者在实际中遇到如下两种常见解决方案:(1)舞台防火分隔方案一。(1)因演员集中在跑场道中，采用防火卷帘将跑场道单独划为一个防火分区;(2)因该防火卷帘位于演员的疏散路线上，故防火卷帘采用两次降落方式;(3)地上主舞台与侧台因总面积小于规范要求，主舞台与侧台可不分隔(见图5、图6)。方案一分析:(1)跑场道实际使用中需搬入大型道具等，不能采用防火墙、防火门分隔;(2)采用防火卷帘分隔能满足规范对于地上、地下防火分区面积的控制要求;(3)火灾时，防火卷帘的两次降落对人员疏散和安全存在不确定性;(4)舞台机械多，可靠性难以保证。(2)舞台防火分隔方案二。(1)将正对观众的主舞台与地下台仓及跑场道按功能划为一个防火分区;(2)主舞台与侧台之间设防火卷帘分隔(见图7、图8)。方案二分析:(1)调查表明剧场舞台常见可燃物大多为存放于侧台的道具等，方案二将火灾高发区面积进一步划分减小;(2)将灵活升降的主舞台按功能单独划为一个防火分区，降低侧台火灾对主舞台或台仓人员的影响;(3)取消台仓口的防火卷帘，利于火灾情况下人员进入跑场道疏散。通过对比方案一和方案二的利弊，本案例最终采用了方案二进行防火分隔。2.4水幕系统设置依据JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》(以下简称《剧规》)要求甲等及乙等的大型、特大型剧场舞台台口应设防火幕，超过800个座位的特等、甲等剧场及高层民用建筑中超过800个座位的剧场舞台台口宜设防火幕，甲等剧场的侧台与主台之间的洞口宜设防火幕。目前剧场建筑设计时在台口多数采用金属防火幕分隔，但在某些剧场的舞台台口或侧台因空间有限无法装金属幕。其他的防火幕布如化纤类防火幕难以达到3小时耐火极限。所以设计人员多希望采用防火分隔水幕对以上部位进行分隔，其依据是《剧规》8.3.4剧场内水幕系统设置应符合下列规定:按本规范第8.1.1条规定应设置防火幕有困难的部位，超过1500个座位的剧场舞台台口及与舞台相连的侧台、后台的门窗洞口，应设防火分隔水幕;按本规范第8.1.1条规定宜设置防火幕有困难的部位，宜设防火分隔水幕。但笔者在实际使用中发现消防部门并不太赞同采用防火分隔水幕，一是其分隔可靠性低，高度过大就难以形成稳定的水幕，且该系统在演出或排练时要求切入手动控制状态，火灾时如何顺利动作无保障;二是防火分隔水幕水量大，水渍影响大。所以笔者提出对于有台口的舞台，观众厅与舞台之间还是宜设金属防火水幕，设置水幕保护可有效降低其温升和减轻构造断面及自重。在侧台与主舞台之间或其他相对较低的洞口也可采用双轨双帘的特级防火卷帘进行分隔。2.5观众厅与舞台现代剧场演出，对演出环境的要求越来越高，尤其是场地内不能有自然光线和风的干扰。如在屋面设置自然排烟窗，很难控制光线的渗入，严重影响剧场的演出。基于以上原因，目前新的剧场设计较少采用自然排烟窗的方式。且按地面面积的2%～5%计算自然排烟的面积，即使是小型剧场所需的自然排烟开启面积也较大，设备设施的可靠性也难以保证。所以现在新建剧场的观众厅和舞台多采用机械排烟方式。《剧规》10.2.17规定观众厅闷顶或侧墙上部应设通风和排烟装置。此条的条文说明:关于排烟量，参照《高规》第8.4.2条中庭的排烟量计算方法，考虑到观众厅净空高度比中庭低，人员密集，且由于有座椅的障碍，火灾时人员疏散困难。因此建议观众厅以13次/h换气标准计算或90m3/(m2·h)换气标准计算，两者取其大者。本案例中剧场观众厅与舞台分隔开，观众厅排烟量按照换气次数法计算结果相对较小。但设计人员发现一些相似的大剧场如果按照换气次数法13次/h计算出的排烟量非常大，特别是一些舞台与观众厅无法分隔的剧场动辄需要100～200万m3/h的排烟量甚至更高，不够经济且实施相当困难。查阅相关资料发现国内外相关研究人员都不太认同采用换气次数计算排烟量，普遍认为其计算结果不够合理，国外大多数国家已经弃用该方式。随着消防性能化设计方法的引入和发展，该类问题多采用性能化的方法来计算合适的排烟量。比如可通过预测建筑的火灾荷载，计算发生单次火灾的烟气生成量来确定相应的体积排烟量，该方法在上海地方标准DGJ08-88-2006《建筑防排烟技术规程》已经得到应用。正在编写的国家标准《建筑防排烟系统技术规范》也将采用该方法。笔者发现大多数情况下使用该方法计算出的排烟量相比换气次数法要减少许多，并且性能化设计还可以建立火灾烟气的三维模型进行模拟验证，其结果为设计人员提供了实实在在的设计依据。针对本案例采用防火墙和防火门窗将影剧院与共享大空间进行分隔后，影剧院是否设补风系统的问题也有相当大争议。部分设计人员认为应执行《高规》8.4.11条规定的设置机械排烟的地下室才应设置送风系统。可是笔者认为判定是否设机械补风系统的根据应该是建筑是否封闭，自然补风是否良好。《建规》就考虑到该问题，如其9.4.4条规定在地下建筑和地上密闭场所中设置机械排烟系统时，应同时设置补风系统。同时笔者认为以往某些设计将设防火门的洞口作为自然补风口的做法也不合理，因为不管是常开还是常闭防火门在火灾确认后均应处于关闭状态。通过上述分析，本案例