深圳世界大学生夏季运动会体育场馆观众座椅火灾试验研究

路世昌，倪照鹏，阚 强，王 刚，郭 伟，黄益良

（1.公安部天津消防研究所，天津，300381；2.深圳市公安局消防监督管理局，深圳，518031）

0 引言

深圳世界大学生夏季运动会，共设有63个比赛训练场馆，其中训练用场馆19个、比赛用场馆41个，大多数场馆均设有观众座椅。体育场馆使用的座椅一般采用聚氨酯（TPU）、高密度聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等材料制作。上述几种材料同为线性聚合物，均能用于中空吹塑制作椅面，但共同缺点是都属于易燃材料，氧指数仅为17.4，不能满足国家现行标准《体育建筑设计规范》中规定场馆内固定座椅应采用难燃材料制作的要求［1］。

虽然以上座椅材料经过阻燃处理后，座椅的燃烧性能可达到B1级，其烟密度指数也可低于50。但经过阻燃处理后的材料，其力学性能和耐久性能较差，难以达到正常的使用要求，如在试验室测试阻燃处理过的聚丙烯PP吹塑后制成座椅的力学性能时，当静载强度为4级（160kg），在冲击强度为25kg、冲击高度为300mm情况下，冲击2次就出现破裂（正常要求为10次以上）［2］。因此，为满足座椅正常使用功能要求，目前大运会体育场馆使用的座椅均未进行阻燃处理，其燃烧性能仅能达到B2级［3］。

作为体育场馆内分布最广、数量最大的座椅是在体育建筑设计中重点考虑的对象。如果体育馆的座椅材料的燃烧性能仅能够达到B2级，当一只座椅发生火灾后，可能会在较短的时间引燃相邻的座椅，造成座椅火灾的大面积蔓延，威胁到场馆内赛事正常举行和人员生命安全，同时火灾所产生的烟气和有毒气体也将对体育馆内人员疏散安全产生不利的影响。

关于各类座椅的试验研究，目前国内外主要是针对航空飞行器、列车动车组、小轿车及公交车等交通工具的座椅开展，此类座椅多数采用聚氨酯软质泡沫塑料作为坐垫材料，其余支撑部分采用金属等不燃材料制作。国内体育场馆的座椅，其赛场内目前较多采用的是聚丙烯或聚氨酯硬泡及金属等材料复合的座椅。与体育场馆座椅较为类似的是公交车座椅，国内外对于此部分研究主要是侧重于相关材料如聚氨酯、聚丙烯等的燃烧性能及火灾后调查等方面的研究，对于体育场馆座椅整体的燃烧性能及相关实体火灾试验，除中国建筑科学研究院防火研究所针对北京奥运会某场馆的单一类型座椅进行了试验，得到相关试验数据之外，目前未见有其他相关研究。

因此，为保证运动会的安全举行，确保各比赛场馆和相关场所的消防安全，防止和降低由于场馆内座椅发生火灾并蔓延所造成的危害，需要采用实体火灾试验方法对大运会体育场馆所用座椅的火灾危险性进行分析和研究，评估各类型座椅可能导致的火灾对场馆消防安全水平的影响，进而提出消除、预防或降低座椅火灾风险、提高场馆消防安全等级的对策措施。

1 火灾试验研究

1.1 试验仪器

试验的测试仪器主要包括大型量热器、锥形量热计、数据采集系统、电子称（量程50Kg，精度50g）、K 型铠装镍铬－镍硅热电偶（测温范围1200℃，直径4mm）、摄像机（12倍广角G镜头）、秒表和照相机（18mm－105mm镜头）等辅助仪器。

1.2 试验用座椅

1）全尺寸试验座椅

本次试验样品采用比赛场馆现场安装使用的座椅，按其构造和安装形式，大致分为以下5种，如图1所示，座椅产品的尺寸参数如表1所示。

（1）聚氨酯泡棉外包织布、聚丙烯和金属等材料复合的半软包折叠座椅（1）

（5）聚氨酯泡棉外包织布、聚丙烯和金属等材料复合的全软包折叠座椅（5）

2）锥形量热计座椅试验样品

采用锥形量热计进行材料燃烧性能试验时，试验样品需放入边长为100mm的正方形试验托盘中，样品厚度不超过50mm。另外，根据国际标准ISO5660，表面积为100mm×100mm的样品至少有50%的暴露表面与最高点距离在10mm以内［4］。因此，本试验对座椅材料进行了加工，样品尺寸为100mm（长）×100mm（宽）×15mm（厚度）。

图1 5种类型座椅照片Fig.1 Five types of chair photos

表1 座椅产品的尺寸Table 1 Chair size

1.3 全尺寸火灾试验

针对5种不同类型的座椅，分别进行了5次试验。试验用座椅置于大型量热器的集烟罩下进行，并使用丙烷气体引燃座椅，其火源功率为50kW，并置于待测座椅下方12cm处，引燃时间为60s。试验时每种类型3把座椅的摆放形式、座椅上下排间距和高差均按体育场馆内实际尺寸摆放。

座椅的燃烧过程如图2所示，试验数据曲线如图3所示。

座椅的燃烧过程如图4所示，试验数据曲线如图5所示。

座椅的燃烧过程如图6所示，试验数据曲线如图7所示。

座椅的燃烧过程如图8所示，试验数据曲线如图9所示。

座椅的燃烧过程如图10所示，试验数据曲线如图11所示。

图2 1 座椅试验过程Fig.2 Test process of 1chair

图3 热释放速率及产烟率随时间的变化曲线Fig.3 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

图4 2 座椅试验过程Fig.4 Test process of 2chair

图5 热释放速率及产烟率随时间的变化曲线Fig.5 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

图6 3 座椅试验过程Fig.6 Test process of 3chair

图7 热释放速率及产烟率随时间的变化曲线Fig.7 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

图8 4 座椅试验过程Fig.8 Test process of 4chair

图9 热释放速率及产烟率随时间的变化曲线Fig.9 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

图10 5 座椅试验过程Fig.10 Test process of 5chair

图11 热释放速率及产烟率随时间的变化曲线Fig.11 The time curve of the heat release rate and smoke production rate

1.4 锥形量热计试验

1）试验工况

2）试验结果分析

表3 试验过程描述Table 3 Description of test process

表4 试样的相关参数Table 4 Samples related parameters

（1）点燃时间

在较低的辐射热通量下，前三种座椅材料被点燃时间较长，第四种材料点燃时间较短，说明在同样辐射热通量情况下，4座椅材料容易被引燃。

（2）热释放速率峰值

（3）总放热量

（4）CO／CO2生成率和平均比消光面积

燃烧产物的毒性和烟气的消光性也是评价可燃物质火灾危险性的重要参数。3座椅材料的平均比消光面积最小，4座椅材料的最大，其火灾危险性最大。

根据Sundstrom［5］的研究结果，装饰家具平均比消光面积约为30m2／kg，而本试验中4座椅试样燃烧过程中烟气的平均比消光面积约为795m2／kg，是前者的约26倍。可见，座椅燃烧烟气生成量较大。当座椅大面积连续燃烧时，会产生大量烟气，并对人员逃生和消防扑救造成很大的不利影响。

2 试验结果分析与讨论

1）全尺寸火灾试验

（2）5种类型座椅火灾初期的发展速率介于低于t2中速和快速火之间。材料不同，热释放发展速率略有不同。对于软包和半软包座椅（4和5座椅）在火灾增长阶段，其发展速率接近于t2快速火。

（3）试验过程中，座椅周围温度一直保持在300℃～400℃，座椅材料熔融滴落物在地面仍可继续燃烧。因此，座椅燃烧时很可能会引燃其下方的可燃物。

2）锥型量热计试验

（2）座椅材料的质量损失速率曲线和热释放速率曲线变化一致，证明了热释放速率和质量损失速率之间的线形关系。

（3）座椅试样的CO和CO2生成率均高于木材，说明座椅燃烧烟气生成量较大，其平均消光面积也较高。因此，一旦座椅发生大面积蔓延燃烧情况，其燃烧产物的毒性和烟气的消光性会对人员逃生和消防扑救造成不利影响。

综上，对5种座椅及其材料进行了全尺寸火灾试验和锥形量热计试验，结果表明，除4座椅（聚氨酯硬泡和聚丙烯材料复合折叠座椅）外，其余单个座椅引发的火灾均不能向相邻座椅蔓延。而4座椅为高级座椅，通常仅设置在主席台或VIP贵宾席附近，数量相对较少，场馆内所占的比例不高，当单个4座椅发生火灾时，约6min才能引燃相邻座椅，且其热释放速率较小，达到最大峰值仅为200kW左右，基本在安保人员、志愿者、工作人员或观众等使用灭火器进行灭火的可控范围内。因此，除人为纵火，座位区发生大面积火灾外，只要对座位区进行重点保卫，加强巡查，即使发生座椅火灾也可在火灾初起时利用附近的灭火设施进行有效控制，其火灾危险性不大，火灾风险处于可控或可接受范围内。

为了确保深圳世界大学生夏季运动会体育场馆的消防安全，针对其座椅，本文提出以下消防安全建议和措施供运营团队参考：

（1）加强场馆安检，严禁观众携带火源和易燃易爆品进入比赛场馆；

（2）体育场馆内严禁吸烟，并设置醒目禁烟标志；

（3）加强对体育场馆内工作人员的消防安全培训，使其掌握扑灭初期火灾的技能，并能引导人员快速疏散；

（4）加强体育场馆内可燃物和供电线路管理，闭馆前应对观众席部分的废弃物和垃圾及时清理并检查电源是否关闭，做好消防安全的巡查工作；

（5）对于体育场馆内进行的大型烟花等庆祝活动，应采取相应的防火措施，尤其是对软包和半软包座椅进行有效遮挡或防护，并制定应急事故处置预案。

［1］JGJ 31－2003，体育建筑设计规范［S］.

［2］QB／T 2601－2003，体育场馆公共座椅［S］.

［3］GB 50222－95（2001年版），建筑内部装修设计防火规范［S］.

［4］ISO 5660－1：2002Reaction－to－fire tests－Heat release，smoke production and mass loss rate－Part 1：Heat re－lease rate（cone calorimeter method）［S］.

［5］Sundstrom B.CBUF fire safety of upholstered furniture the final report on the CBUF research programmes［R］.London：European Commission Measurements and Testing，Report EUR 16477EN，Interscience Communication Ltd，1995.