某大型剧场类建筑人员疏散消防设计研究

李一波

(合肥市消防支队,安徽 合肥 230001)

0 引言

随着社会文化生活的不断丰富，剧场类建筑蓬勃涌现，该类建筑作为大量人员聚集的场所，具有人员密集、空间规模宏大、疏散路线复杂等特点，给防火工作带来很大困难[1]。近年来，剧场类建筑火灾时有发生，造成了大量的人员伤亡和经济损失，表1给出了1998—2007年间剧场类建筑的火灾统计情况[2]。如何有效保证剧场类建筑内部人员的生命财产安全，有效避免火灾发生带来的损失，成为消防建筑设计的重要目标。

表1 1998-2007年剧场类建筑火灾情况

随着人员疏散数值模拟软件的快速发展，其疏散模型有近20种，其中Pathfinder 2015以其优越的视觉分析和准确的烟气蔓延，成为一款应用最为广泛的人员疏散模拟软件。利用经验公式结合该软件对高层建筑[3]，地铁隧道[4]和大型场馆[5]的研究越来越多，为指导人员安全疏散提供诸多有益建议。

利用性能化设计的理论知识，根据建设工程使用功能和消防安全要求，运用消防安全工程学原理，采用先进适用的计算分析工具和方法，为建设工程消防设计提供设计参数、方案，或对建设工程消防设计方案进行综合分析评估。以下述综合性剧场为实例，针对剧场中存在的疏散距离过长的问题，提出了疏散出口和人员疏散路线的优化设计政策，对该类建筑的火灾危险性给出了客观的评估。

1 剧场情况简介

该剧场为综合观演建筑，总建筑面积为40,792 m2，其中地上建筑面积28,800 m2，地下建筑面积11,992 m2，建筑层数为4-5层(小剧场4层、主剧场5层)，建筑高度为46.3 m，为一类高层建筑。按照功能性的不同，可划分为包括杂剧剧场、综合剧场和地方戏剧场三个场所。

该剧场由于其建筑的特殊性，主要消防设计难点为火灾发生时人员疏散距离超长。当发生火灾时，该剧场中观众厅内少数观众的疏散途径是先至前厅、再疏散至安全出口。其中由杂技剧场观众厅内最远点观众需疏散57 m才至室外安全区域。这就远远超过相关规定的此类建筑室内与疏散出口最大距离为30 m的规定，同时也超过了室内两点间的最大距离为15 m的规定[6]。

2 解决方案

本节综合杂技剧场区域疏散距离过长的消防设计难点，根据各厅的结构特点给出如下解决方案。

2.1 前厅区域建议措施

人为的将该区域进行划分，使其作为“亚安全区”从而解决了杂技剧场该区域疏散距离过长的问题[7]。为实现上述人为规定，必需要保证以下几个条件：

(1)控制该区域内可燃物的量，从本质上降低其火灾荷载；

(2)通过各种消防设备控制周边区域的火灾烟气不蔓延至该区域内；

(3)当周边区域内发生失控火灾，烟气得不到有效控制而进入连接通道，也能触发该区域内部的消防设备迅速作用，进行有效地警报或控制，避免对人员的危害。

一方面，控制好周边区域发生火灾时烟气的蔓延，使其仅仅在源区域内，不会向外传播影响到前厅区域。另一方面，作好前厅本身的火灾防范，即在该区域设置自动喷水灭火系统和机械排烟系统，使得前厅区域本身火灾发生概率和风险都很低。再者，也由于各种装置对火灾的及时控制，使得该区域不易受到其他区域火灾的影响，独立成为相对安全的特殊区域，这样也就达到了我们将该区域设置“亚安全区”的目的。

2.2 舞台区域措施

由于舞台的表演需要，其上的各类材料及道具均为易燃材料；且舞台上线路复杂，烟火表演频繁；舞台空间高大，适于燃烧，扑救困难。因此，舞台往往是剧场中火灾主要起源之一[8]。并且观众厅是大量观众聚集场所，造成人员疏散工作非常困难。观众厅内的装饰美观需要，会在吊顶内布置有大量线路，且观众厅内有大量的可燃物。综上说述，针对该剧场防火的关键在于将舞台和观众厅隔开，采用如下措施：

(1)舞台台口墙，采用不燃材料，且为实心结构，要求耐火极限不小于3.0 h。

(2)杂技剧场主舞台与观众厅之间设置防火幕+冷却水幕进行分隔。防火幕耐火极限不能低于3.0 h，冷却水幕保护时间不低于3.0 h。

(3)演出与排练期间，舞台区域的侧台不放置大量道具等可燃物，仅作为演员候场的区域。

(4)舞台区域的疏散走道不与道具通道混用，采用防火墙加+防火门同周围的化妆等功能区域进行分隔。

2.3 观众厅区域措施

杂技剧场观众厅区域分析图如图1所示，根据观众厅的结构特点给出如下建议措施：

(1)增加观众厅蓄烟空间，考虑观众厅层高为H，最高处楼座高度为13.0 m，最小清晰高度Hq=1.6+0.1H，建议楼座区域最高座椅同吊顶下沿之间的距离不应小于清晰高度的要求D，即为D≥13.0+Hq，H=13.0+D。杂技剧场观众厅采用机械排烟系统和机械补风系统；排烟量按照13次换气进行控制，机械补风应设置在观众厅池座内座椅下的位置处，补风量不小于排烟量的50%，补风口应均匀设于观众座椅下，以保持一股吹向舞台方向的新风，为观众提供更好的疏散环境。

图1 杂技剧场观众厅区域分析图

(2)观众厅的墙面装修材料燃烧性能按照规定应该为A级。

(3)观众厅内的电缆均应采用矿物不燃性电缆或低烟无卤阻燃性电缆。

(4)观众厅应设置喷射型自动射流灭火系统。

综上所述，该剧场结构复杂，人员对于疏散路径不熟悉。建议在各个区域内设置疏散指示灯具，充分利用各类疏散设施，如照明设施和指示标志指引人群安全的逃生方向，引导人们避开烟和火所影响的区域。

3 火灾场景设定

火灾场景的选取应该具有足够的代表性，特别需要考虑我们所设置的火灾场景要能充分的证明设计是否满足保证不发生人员伤亡、人员安全疏散等目标。通过危险源辨识，根据可信最不利原则设计了最快到达危险状态的火灾场景，同时考虑了起火点会直接封堵疏散出口以及火势使得人员因心理作用只往背离起火点的方向疏散的情况[9]。通过对该剧场内部建筑结构及人员荷载的分析，共设置了5个不同起火位置的火灾场景，并确定了各个火灾场景的情景，其中包括排烟设施是否有效、防火分割是否有效及火灾功率等，如表2所示。

表2 杂技剧场火灾场景设计表

4 人员疏散分析

4.1 人员荷载选取

人员荷载的数据统计分析可以为人员疏散研究的合理性奠定一定的基础。由于该剧场功能众多，结构复杂，部分区域人员荷载规范并无明确要求，如舞台、前厅等区域，剧院中人员分布主要受剧场使用功能布置影响，如以歌舞娱乐场所等标准强行计算，不符合实际使用需求。按照表3所示的疏散人数标准，确定该剧场杂技剧场内部人员载荷总数为2337，其中一层人数1334，二层人数137，三层人数356，四层人数147，五层人数96。

表3 杂技剧场内各功能区的疏散人数计算标准(单位：人)

4.2 人员疏散模拟结果及分析

计算机数值模拟(Computer numerical simulation)方法的应用已为多场景下的人员疏散模拟提供极大地便利，本文采用人员疏散模拟软件来模拟计算在上述所设置的场景下该剧场人员疏散的相关情况。本文所搭建的模型中，人员行为采用更加符合实际的Steering模式，行进速度根据现实中的数据统计设置为1.19 m/s，身体尺寸取45.58 cm。由于模拟计算效率的要求，本文采用的时间步长time step=0.025 s，转向选择间隔为0.1 s[7]。模拟过程中，针对杂技剧场设计了下面几种疏散场景，如表4所示。

表4 疏散场景表

对该剧场杂技城进行疏散模拟，得到3个疏散场景中各区域需要的疏散行动时间taction，将安全系数k取为1.5，于是RSET=talarm+tresp+1.5×taction[10]。通过计算最终得到各疏散场景中各考察区域的人员疏散时间，计算模拟结果列于表5，可明显从表中得知在各个火灾场景下的人员安全疏散时间均小于人员安全疏散规定中所要求的时间。故可以认为在消防设备无效如排烟系统失效、疏散口减少等特殊情况下，仍能做到及时安全疏散人群，避免伤亡的发生。

表5 疏散场景结果表

5 结论

本文针对某剧场疏散距离过长的消防设计难点，提出了“亚安全区”的解决方案，并提出了详细的设计措施，设定了可信最不利的火灾场景，利用疏散模拟软件对剧场进行了数值模拟，综合分析模拟结果后提出下列三条建议：

(1)该剧场可实现人员安全疏散，亚安全区的设计可以解决人员疏散距离过长的问题。

(2)建议组织剧场人员进行定期的消防安全培训，进行各类的疏散演习，这样可以保证工作人员在发生火灾时可以快速的带领人群找到疏散出口并安全逃生。

(3)建立严格的消防规章制度，确保疏散出口和疏散通道的通畅，避免因为疏散通道等外在条件对人员疏散造成不良的影响。

[1]刘伟，邢志祥.大型公共建筑人员安全疏散的模拟研究[J].消防科学与术,2009,28(11)：813-816．

[2]公安部消防局.中国消防年鉴[M].北京：中国人事出版社，2012.

[3]袁慧，代长青.高层住宅建筑人员疏散时间仿真分析[J].安徽建筑大学学报,2017,25(2)：50-54.

[4]田鑫，苏燕辰，李冬.地铁列车火灾安全疏散研究[J].科学技术与工程.2016.31(16)：281-284.

[5]陆峰，朱国庆，高云骥.多层商业综合体人员疏散理论与数值模拟研究[J].消防科学与技术,2016,35(4)：500-502.

[6]成城，王坤贵.从剧场火灾谈防火疏散[J].建筑学报,1995(11)：38-43.

[7]中华人民共和国公安部.建筑设计防火规范：GB50016-2014[S].北京：中国计划出版社，2014.

[8]姜宁．性能化评估在消防工程中的应用[J].消防科学与技术.2004，23(S1)：5-7．

[9]Fang T,Yu J,WuxK.Simulation Study on Occupant Evacuation Characteristics Under Emergent Conditions[J].Journal of Applied Fire Science,2010,20(1)：21-38.

[10]霍然,胡源,李元洲.建筑火灾安全工程导论[M].合肥：中国科学技术大学出版社,1998.