上海某剧场项目排烟设计

陈昊

中国海诚工程科技股份有限公司

上海某剧场项目排烟设计

陈昊

中国海诚工程科技股份有限公司

简要介绍了在上海某剧场项目的设计中，舞台及观众席的排烟设计，通过火灾热释放量及消防性能化等方法，计算及模拟分析了舞台及观众席的排烟量，为今后的工程应用提供了设计方面的参考。

舞台观众席排烟设计排烟量

0 引言

根据上海市《建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2006）[1]中4.1.6规定，“防烟分区不宜大于2000m2，长边不应大于60m。”即若舞台及观众席总面积不超过2000m2，可按一个防烟分区来考虑。但对于排烟量的计算，《剧场建筑设计规范》（JGJ57-2000）[2]及《建筑设计放火规范》（GB50016-2006）[3]，与上海市《建筑防排烟技术规程》[1]按照火灾热释放量计算，有很大的不同：

1）《剧场建筑设计规范》（JGJ57-2000）[2]对于舞台和观众席的排烟，均分别有要求。根据8.1.10中，舞台上部屋顶或侧墙上应设置通风排烟设施。当舞台高度小于12m时，可采用自然排烟，排烟窗的净面积不应小于主台地面面积的5%。当舞台高度等于或大于12m时，应设机械排烟装置。10.2.17条文说明中，对于排烟量，建议观众厅以13次/h换气标准计算，或90m3/m2h换气标准计算，两者取其大者。

2）上海市《建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2006）[1]4.2.2中规定，当喷淋设置高度大于10m时，按无喷淋场所对待。对于有着高大净空的剧场，可按照无喷淋的公共场所对待，火灾热释放量Q按8.0MW计算。

上海的剧场项目，多采用综合上述两种方法，取其大值（一般火灾热释放量计算出的排烟量远大于换气次数等计算），再综合消防性能化，即火灾模型FDS[5]模拟，验证其有效性。

1 项目概况

上海某表演剧场演出，每30分钟一场，主要表演场内设舞台、表演天桥等，天桥跨越舞台与观众席两个区域，演员的表演范围覆盖整个表演场地。由于表演方式的特殊性，特技表演不仅局限在表演台上，也在观众厅上空进行。设计中舞台与观众在一个空间内，并无台口，防火幕的设置比较困难，考虑到表演场内的室内外装饰材料中可燃物很少，且表演使用的道具包含的可燃物也不多，并且表演场内设有火灾自动报警系统和自动灭火系统，火灾在舞台和观众厅之间蔓延的可能性不大。因此将舞台、观众厅划分为一个防火分区。

2 防排烟策略

1）防烟分区：考虑到特效剧场无葡萄架，火灾危险性低于常规剧场，且面积小于2000m2，现设计中将舞台和观众厅作为一个防烟分区。

2）排烟方式：建筑高度大于12m，采用机械排烟。

3）排烟量计算

①层高：H=16.5m（最高点）

②设计火灾规模：根据上海市《建筑防排烟技术规程》，本区域高度大于10m，应按无喷淋公共场所考虑，设计火灾规模为Q=8MW。

③清晰高度：Z=10.7m（观众厅入口上方3.7m处有小型表演平台，计算时将表演平台上空2.5m作为清晰高度，Z=4.5+3.7+2.5=10.7m）

④火焰极限高度：Z1=0.166×[0.7×Q]2/5=5.24m

⑤按轴对称烟缕质量（Z>Z1）：Mp=0.071×0.7Q1/3× Z5/3+0.0018×0.7Q=75.59kg/s

⑥烟气层平均温度与环境温度差：△T=0.7Q/(Mp× Cp)=72.63℃

⑦烟气绝对温度：T=T0+△T=273+20+72.63=366 K

⑧排烟量：V=3600×Mp×T/(T0×P0)=283000m3/h

设计拟采用六台排烟风机设于剧场屋面，排烟口直接设于吊顶内排烟立管，并确保排烟口距各点的水平距离均不超过30m。

⑨补风方式：自然补风。

3 火灾场景设计

1）场景一：观众厅低区火灾8MW。观众厅低区层高最高达16.5m，一旦发生火灾，其上方的闭式喷头响应时间因高度受到影响，根据《建筑防排烟技术规程》，喷淋设置高度大于10m的区域，应按无喷淋场所考虑。此时火灾规模将主要取决于内部可燃物数量。观众厅内火灾规模按无喷淋的公共场所取为8MW，火灾发展类别为中速火灾，火源位于观众席前排，标高-4.500m，如图1。根据以上论述，观众厅单个座椅的峰值热释放速率约为250kW，则8MW的火灾相当于32个座椅同时燃烧时的火灾热释放速率。

2）场景二：舞台火灾15MW（对于防排烟策略中，细化及增设的部分）。同观众厅低区，舞台区域也将考虑为无喷淋控制火灾。舞台布景主要的可燃物是胶合板，按照阻燃胶合板热释放速率数据，保守取峰值（约140kW/m2）作为计算火灾规模的参数。目前舞台场景设计的火灾规模为15MW，则相当于107m2的胶合板同时燃烧。但由于舞台所采用的材料均为阻燃材料，火灾蔓延速度慢，难以形成大面积过火的情况。因此可以认为，舞台火灾规模取15MW是比较保守的。

4 FDS模拟分析

4.1 FDS模型建立

图2为建立的火灾场景一时的FDS模型。

火灾规模为8.0MW，火灾增长类型为中速t2火。表1为FDS主要输入参数：

4.2 模拟结果分析

图3为火灾场景一时模拟时间为1160s时Z=2m高度处温度切片图，最高显示温度为60℃。

图4为火灾场景一时模拟时间为939s时Z=2m高度处能见度切片图，最高显示能见度为15m。

本场景考虑低区座椅火灾，烟气主要向剧场顶部聚集，再逐渐沉降，溢出到夹层底部。由于剧场顶部有较大的蓄烟空间，夹层底部能见度在939s出现低于临界值的情况，即该场景能够提供939s的可用安全疏散时间。

4.3 人员疏散方案模拟

4.3.1 疏散方案

疏散场景：观众席区人员沿疏散走道进行疏散，采用STEPS人员疏散软件对人员疏散至室外安全空间的动态疏散过程进行模拟。

人员数量：根据座位数及演出人员数量，模拟计算疏散人数为924人。

安全出口设置：剧场内所有安全出口都可获得使用。

疏散路线：位于上部观众坐席区内人员将沿疏散走道向上疏散，并通过位于首层的安全出口疏散到室外安全空间；下部观众坐席区人员将沿疏散走道向下疏散，通过舞台层的两侧防烟楼梯间疏散到室外安全空间；位于标高-3.9m的舞台区域的表演人员将通过舞台层的两侧防烟楼梯间与下部观众坐席区人员一同疏散到室外安全空间（图5）。

4.3.2 疏散时间模拟

表2为火灾场景一时疏散模拟输入参数与模拟结果，表3为总疏散时间。

4.4 模拟分析

FDS模拟提出了人员安全疏散量化的“时间线”概念来评估使用者的生命安全度。其中包含了两个关键性的时间，即：火灾在防火分区内蔓延至超出人体承受极限情况的时间，也称为可提供的安全疏散时间（ASET）；人员完成疏散的时间，也称为所需要的安全疏散时间（RSET）。

人员生命安全反映在定量的判定标准上，即保证人员安全疏散所需的时间小于环境可以提供的安全疏散时间，即ASET>RSET[4]。

对于火灾场景一（观众厅低区火灾8MW），根据模拟可知：RSET=432s，ASET=939s，因此在发生火灾时，人员可以安全疏散。

同样地，对于火灾场景二（舞台火灾15MW），可模拟得出排烟量约为33万m3/h，且ASET>RSET，因此，在火灾场景二时，人员疏散也是安全的。

5 结语

通过防排烟策略计算及FDS火灾动力学模拟论证，得出结论：环境可以提供的安全疏散时间（烟气在最小清晰高度之上）大于人员安全疏散所需的时间，可以满足人员疏散要求。

由于舞台及观众厅采用一个防烟分区，并且仅一处发生火灾时，舞台火灾的排烟量（33万m3/h）大于观众厅火灾的排烟量（28万m3/h），遂设计整体排烟量采用33万m3/h，舞台及观众厅顶部均布排烟风机，火灾时同时启动，疏散门及补风门同时电动开启，以达到排烟的目的。

[1]建筑防排烟技术规程(上海市)(DGJ08-88-2006)[S]

[2]剧场建筑设计规范(JGJ57-2000)[S]

[3]建筑设计放火规范(GB50016-2006)[S]

[4]The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering[Z].USA: Society of Fire Protection Engineers,2008

[5]NIST.Fire Protection Engineering Tools(Version 3.2)[Z].National Instituteof Standardsand Technology,1994

Sm o k e Ex hau s t De s ign o f a Thea te r in Shangha i

CHEN Hao
China Haisum Engineering Co.,Ltd

The smoke exhaustdesign of a theatre in Shanghai is introduced briefly.By using heat release volume and fire performance based design,the volume of smoke exhaust of the stage and audience was calculated and analyzed.It provided important references in the design forprojectapplications in the future.

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1003-0344（2014）03-067-4

2013-5-29

陈昊（1981～），男，硕士，高工；上海市宝庆路21号2号楼3楼（200031）；E-mail:hao_chen1@163.com