現(xiàn)代體育場館已經(jīng)不再是僅滿足體育比賽的需要,其設計還要考慮購物、娛樂、辦公、餐飲等功能。隨著我國舉辦國內(nèi)外大型賽事的機會越來越多, 大型體育場館的設計也越來越表現(xiàn)出復雜性與多學科性。綜合看來,體育建筑的發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點: 功能多元化、與城市總體規(guī)劃密切結合、重視賽后利用、新技術新材料的大量應用。體育館是室內(nèi)進行體育比賽和體育鍛煉的建筑, 由于其本身屬于空間結構復雜、人員密集的場所, 在增加了一些新穎的設計元素后, 通常會給建筑防排煙、防火分區(qū)設置、人員安全疏散等的設計帶來困難。
??????? 對于大型體育館出現(xiàn)的消防安全問題, 前人開展了大量的研究。宋延斌等人針對濟南奧林匹克體育中心存在疏散距離超長、安全出口數(shù)量不足的問題, 提出相鄰防火分區(qū)安全出口互相借用、內(nèi)環(huán)道設置避難區(qū)或準安全區(qū)的解決方法。李黎麗針對某體育會展中心防火分區(qū)面積超出規(guī)范規(guī)定的情況, 分析了火災在各層之間蔓延的途徑, 通過加強聯(lián)系部分的耐火等級來阻止火災蔓延, 對通道進行 曲改直、窄改寬的改進, 最后通過計算機模擬分析火災安全性。很多研究人員對大型體育館建筑不符合規(guī)范要求的情形, 提出采用性能化防火設計的思想, 通過提出初步解決方案, 并利用計算機模擬火災發(fā)展過程和人員疏散過程, 比較可用疏散時間ASET和必需疏散時間RSET, 判定體育館的消防安全性。
??????? 1 體育館消防設計的問題
??????? 隨著體育館建筑消防問題的凸現(xiàn),我國于2003年頒布了體育建筑設計規(guī)范( 以下簡稱 體規(guī))。在其他消防規(guī)范中, 也涉及到體育建筑的防火要求, 如建筑設計防火規(guī)范( 以下簡稱 建規(guī)) 、建筑內(nèi)部裝修規(guī)范等。但從總體上看, 我國現(xiàn)行防火規(guī)范有關體育館的要求過于原則, 條文也太粗略。雖然 體規(guī)在原有規(guī)范基礎上引入了專門的設計規(guī)范, 但是仍大大滯后于社會技術的發(fā)展。
??????? ( 1) 防火分區(qū)面積過大。防火分區(qū)劃分的主要目的是防止火災蔓延, 避免重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。防火分區(qū)的作用在于發(fā)生火災時, 可將火勢控制在一定的范圍內(nèi), 以有利于消防撲救, 減少損失。 體規(guī)規(guī)定: 體育建筑的防火分區(qū)尤其是比賽大廳、訓練廳和觀眾休息廳等大間處應結合建筑布局、功能分區(qū)和使用要求加以劃分, 并應報當?shù)毓蚕啦块T認定。 建規(guī)規(guī)定: 體育館防火分區(qū)的最大允許建筑面積為2500m2, 建筑內(nèi)設置自動滅火系統(tǒng)時, 該防火分區(qū)的最大允許建筑面積可增加1. 0倍。但由于大型體育館建筑功能的需要, 防火分區(qū)的面積往往超過規(guī)范要求。體育館特有的大空間性質(zhì), 決定了防火分區(qū)劃分的困難, 現(xiàn)行規(guī)范對體育館如何劃分防火分區(qū)未做具體規(guī)定。
??????? (2) 安全疏散問題?，F(xiàn)行規(guī)范關于安全疏散距離、出口數(shù)量和疏散時間的規(guī)定是: 體育館在3~4min內(nèi)疏散完畢、體育場在6~ 8min內(nèi)疏散完畢, 對應的體育館總容納人數(shù)不超過20000人?，F(xiàn)階段體育場館的體型、規(guī)模以及可容納人數(shù)都和以往的情況有很大不同, 現(xiàn)行規(guī)范的安全出口數(shù)量、寬度以及疏散時間指標等要求可能不適應新型體育場館的設計。體育場館還存在防火分區(qū)面積過大導致疏散距離過長、疏散人數(shù)眾多、疏散流線復雜等問題。
??????? ( 3) 排煙系統(tǒng)設計。 體規(guī)和 建規(guī)對于體育建筑的排煙系統(tǒng)設計規(guī)定較為籠統(tǒng),只是要求比賽、訓練大廳設有直接對外的開口時,應滿足自然排煙的條件; 沒有直接對外的開口時, 應設機械排煙系統(tǒng)。無外窗的地下訓練室、貴賓室、裁判室、重要庫房、設備用房等應設機械排煙系統(tǒng)。
??????? 體育館比賽大廳因其內(nèi)敞空間高大, 在防排煙設計上與其他標準層高的建筑有很大不同。高大空間的排煙量確定一直是困擾設計人員的一個主要問題。在常規(guī)的防排煙設計中, 類似體育場館大空間的排煙量設計主要是根據(jù)對中庭排煙量的要求進行,即 排煙空間體積小于1.7萬m3時, 排煙量按其體積的6次/ h換氣計算, 體積大于1. 7萬m3時, 排煙量按其體積的4次/ h換氣計算;但最小排煙量不應小于10. 2萬m3/ h。對于體育館的超大空間, 按照上述方法計算的排煙量往往非常大, 給設計與施工帶來很大的難度, 設計人員也常常對如此大排煙量的必要性產(chǎn)生疑問。同時, 由于體育館大空間類似一個巨大的蓄煙艙, 在火災初期可以容納大量煙氣而不致威脅人員的安全, 這也是要考慮的重要因素。
??????? ( 4) 結構防火問題。體育建筑由于比賽需要, 其空間跨度一般均較大, 其屋頂則多采用鋼網(wǎng)架體系。從結構防火看, 必須考慮對鋼網(wǎng)架結構進行防火保護。 建規(guī)規(guī)定:? 一級耐火等級的建筑物的屋頂承重構件的耐火極限為1. 5h, 二級耐火等級的建筑物的屋頂承重構件的耐火極限為0. 5h。這兩個數(shù)值相差較大, 如何定性體育建筑的耐火級別就顯得很重要。另外, 由于體育館高大、空間開敞的特點, 在發(fā)生火災時, 其受到火的直接威脅可能很小, 確定合適的保護時間對鋼結構保護材料選擇有較大的影響。如果不對鋼網(wǎng)架進行具體分析而對整個體系采用統(tǒng)一的防火要求, 會嚴重影響建筑美觀, 并有可能造成過度保護或保護不足, 造成投資浪費或安全性下降。
??????? ( 5) 火災探測監(jiān)控。 建規(guī)規(guī)定: 超過3000個座位的體育館觀眾廳等部位應設自動報警裝置。但對于體育館建筑, 消防監(jiān)控的重點和難點在于比賽大廳大空間的火災探測。針對體育館高大空間, 采用何種火災監(jiān)控方式, 才能設計出安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理的消防報警系統(tǒng), 是首先要解決的問題。與其他大空間建筑相同, 體育館大空間的火災探測也是一個令人困惑的問題。體育建筑中, 一般人員眾多, 為了贏得更多的疏散時間,對火災自動報警系統(tǒng)的要求更高。體育館大空間內(nèi)部一般較高, 根據(jù)GB50116- 98火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范, 對于超過12m的空間, 常規(guī)的點型感煙探測器已經(jīng)不適宜。
??????? ( 6) 自動滅火系統(tǒng)。一般認為, 在大空間內(nèi)水系滅火方式仍然是最適宜的, 在可燃物不是很集中的大空間, 或者被水作用后損失很大的大空間場所, 考慮有效性和可行性, 大面積安裝噴灑噴頭會造成兩種后果: 一是結構上不合理, 二是作用效果受高度的影響大。 建規(guī)規(guī)定: 3000個座位以上體育館、觀眾廳的吊頂上部, 以及貴賓室等要安裝自動噴水滅火設備。實際上, 我國現(xiàn)有的自動噴水滅火系統(tǒng)及噴頭, 一般工作高度為8m; 采用快速響應早期抑制噴頭, 工作高度可以達到12m。但是對于12m以上的高大空間體育館尚無法采用固定自動噴水滅火系統(tǒng)。
??????? 2 解決方案
??????? 針對以上常規(guī)消防設計遇到的困難, 參照國外的相關做法, 并通過國內(nèi)大量工程項目實踐, 提出一般性的解決思路和方案, 為體育館項目提供設計參考。
??????? ( 1) 防止火災擴大蔓延。防火分區(qū)面積超出規(guī)范要求是大型體育館經(jīng)常出現(xiàn)的問題。增大防火分區(qū)面積將會增加火災大面積蔓延的可能性。同時, 由于疏散距離
??????? 增加、人員數(shù)量增多, 也將導致人員疏散的危險性增大。因此, 針對防火分區(qū)擴大問題, 應該從保證人員疏散、控制火災規(guī)模和防止火災大面積蔓延等方面進行分析, 采取必要的消防措施以保證人員安全, 盡可能減少財產(chǎn)損失。具體措施有: 提高固定裝修耐火等級、設置防火隔離帶、用鋼化玻璃劃分防火單元等。
??????? ( 2) 阻止煙氣危害人員。防排煙系統(tǒng)設計的主要目標是提供相對安全的區(qū)域, 保證人員在疏散過程中不會受到火災煙氣的傷害。設計時要根據(jù)被保護區(qū)域內(nèi)的可能火災規(guī)模、設計煙氣層高度等參數(shù)確定必需的排煙量。一是火災規(guī)模。體育館大空間內(nèi)的火災主要來自觀眾席看臺和比賽場地內(nèi)。觀眾席火災一般來自座椅、儀器設備和裝飾物, 比賽場地內(nèi)的火災一般來自搭建的舞臺、辦公組合家具等。在火災規(guī)模設計中, 要綜合考慮場地使用中可能出現(xiàn)的各種情況, 以包含大多數(shù)可能出現(xiàn)的火災規(guī)模。二是煙氣層高度。體育場館內(nèi)的看臺一般都沿著一定的斜面布置,觀眾所在位置的高度是變化的, 所以應保證最高看臺觀眾所在位置2. 0m以上的高度不受煙氣侵擾。三是排煙量。對于采用機械排煙的系統(tǒng), 排煙量應根據(jù)確定的火災規(guī)模和設計煙氣層高度確定。對于采用自然排煙的系統(tǒng), 其排煙量確定的方法與機械排煙系統(tǒng)相同。然后可以通過火災模擬軟件對初步設計的通風排煙條件、排煙量進行模擬, 驗證排煙效果, 在此基礎上對設計進一步優(yōu)化。
??????? ( 3) 控制可接受疏散時間。為了達到可以接受的安全水平, 需要對體育館設計進行專門的人員疏散分析。由于人流組織比較復雜, 常規(guī)的疏散設計方法難以確定人員的疏散時間。解決這類問題的有效方法是設置準安全區(qū)、合理布置安全出口、增加疏散寬度、優(yōu)化人員疏散流線、改直簡化疏散路徑通道、加強指示標志引導作用、采用計算機模擬仿真等,對各種可預見的場景進行分析,找到影響人員疏散安全性的問題并加以解決, 以達到可接受的安全水平。參照國際的做法, 并經(jīng)過綜合分析, 確定疏散人數(shù)超過20000人的大型體育場館的疏散設計時間最大不超過8min, 即 8min原則。通常人員以正常速度通過安全出口的時間小于8min時, 不會出現(xiàn)激動、焦慮和緊張的情緒, 可以保證人員的安全疏散。
??????? ( 4) 鋼結構溫升計算。體育館的鋼結構體系要具體分析是否應進行防火保護, 需要對發(fā)生火災后的整體結構溫升分布進行計算, 以判斷哪些部位需要進行防火保護以及保護強度。一是火源位置。分析建筑的使用功能、平面布置、火災荷載的種類, 考慮建筑內(nèi)所有可能會發(fā)生火災的部位、所有可能受影響的結構, 應重點考慮建筑結構的關鍵部位,如結構桿件的最大受力處、結構薄弱點。二是火災規(guī)模?；馂囊?guī)模應綜合考慮建筑消防設施的安全水平、火災荷載分布及種類、建筑空間大小、統(tǒng)計資料、試驗結果等確定。通過個案計算, 對鋼結構各部位的耐火安全性能做出具體評價, 可以有針對性地提出兼顧安全與經(jīng)濟美觀的防火保護方案。一般來說, 鋼結構柱容易受到火災影響, 要加強防火涂料保護, 體系頂部梁受到火災影響的危險性小。