某体育馆内场排烟方案分析

倪添麟

（上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041）

1 项目概况

本项目建筑面积61 614 m2，地上面积23 230 m2，地下面积38 384 m2（含人防面积1 716.2 m2）；建筑层数：主体3 层，地下2 层，内场场芯位于地下1 层；建筑高度23.5 m（室外地坪至坡屋面面层平均高度）。

2 方案分析

2.1 原方案

本项目内场净高均大于9 m，且采用机械排烟，根据GB 51427—2021《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》设置喷射型自动射流灭火系统。根据GB 51251—2017《建筑防排烟系统技术标准》中表4.6.7，按火灾规模2.5 MW 取值，并按表

4.6.3 取机械排烟量1.11×105m3/h[1]。根据规范确定机械排烟量计算值，机械排烟量计算参数取值及计算结果见表1。

表1 某体育馆内场排烟量计算表

本项目顶部排烟管道均设置于屋面桁架内，由于结构特殊性，四处圆弧形桁架内不可布置风管。考虑管道布置的可行性以及桁架内部对称性，本项目考虑对称布置4 个防烟分区（见图1），经测量，每个防烟分区面积2 350 m2。防烟分区面积大于规范值的部分，按增加的面积配置相应的排烟量，每个防烟分区总排烟量在规范值1.2 倍（2 350/2 000=1.175）取值。故根据规范查表值、计算值和1.2 倍面积系数，得每个防烟分区的机械排烟量约为5.46×105m3/h。

图1 根据现行规范制订的排烟方案

根据平面布局，排烟机房对称布置于平面四处。屋面桁架内排烟总管根据桁架内可布置最大管径，分设两个环管联通四处排烟机房，任一防烟分区排烟时，同时开启四处排烟机房内排烟风机。内场4 个防烟分区分别从环管上设置支管，每个排烟支管设置常闭电动排烟防火阀，排烟时首先开启对应防烟分区的电动阀，当烟气蔓延至其他防烟分区后，联通开启相应防烟分区的电动排烟防火阀。

按现行规范设计的机械排烟方案会带来一些问题：（1）排烟系统控制比较复杂；（2）系统中大量阀门引起的漏风量；（3）由于内场4 个防烟分区实际上无实体的防烟分区分隔措施，所以，烟气将在相邻防烟分区内蔓延，导致实际火灾时为4个防烟分区同时排烟。

2.2 分析并提出优化方案

为了更好地优化该区域的排烟方案，经分析，该区域有如下有利条件：（1）内部空间有较好的储烟条件；（2）人员主要集中于看台区域，有较好的疏散条件；（3）可燃物主要为燃烧性能为B1 级的看台座椅和中心场地。

结合这些有利条件和实际使用情况，考虑将整个内场按一个防烟分区设计，分布在平面四处的排烟风机分别负担相邻区域的排烟。火灾发生时，同时开启场地所有排烟风机。优化后的排烟方案如图2 所示。与之前方案相比，该方案优点为管路系统简单、控制简单、可靠性高。

图2 优化后的排烟方案

排烟量选取参考：（1）原《建筑设计防火规范》中对应高大空间的换气次数法：内场体积1.4×104m3，换气次数取4 次/h，得总排烟量5.6×105m3/h[2]；（2）根据现行规范的计算公式，得总排烟量为454 985.55 m3/h。综上，取总排烟量为5.6×105m3/h。

根据建筑平面布局，共设置8 台排烟风机，每台排烟风机设置8 个排烟口，每个排烟口排烟量均为8 750 m3/h，风口尺寸均为1 500 mm×500 mm，排烟口距地高度取24 m。

排烟系统的补风采用机械补风的形式，补风总量为2.8×105m3/h，采用座椅送风的空调箱兼做消防补风。

2.3 性能化分析验证方案合理性

2.3.1 火灾烟气危险来临时间模拟计算

根据项目功能布局、可燃物分布和消防设施设置情况，分析共采用四处火源位置：中央球场火灾、低区看台火灾、二层包厢火灾和高区看台火灾。火灾规模取值按GB 51251—2017《建筑防排烟系统技术标准》中表4.6.7，并结合自动灭火系统和机械排烟系统可能失效的场景分析。

其中，火灾场景中包含了部分消防设施失效的情况。低区火灾产生的烟气卷吸量大，产生的火灾烟气到达顶部以后容易造成积蓄和沉降，对高区看台人员疏散可能会造成困难，所以，增加了低区看台火灾时机械排烟系统失效的场景，还考虑了中央球场区域火灾时自动灭火系统失效的情况，火灾规模将达到10 MW。模拟的火灾场景设置条件见表2。

表2 某体育馆内场火灾场景设置表

随着火灾发生和烟气蔓延，烟气对人员疏散的威胁主要体现在当清晰高度处烟气温度过高时，将伤害到疏散人员；烟气蔓延至清晰高度以下时，将导致疏散人员吸入烟气或灼伤眼部，以及烟气蔓延对环境能见度的影响。因此，根据条件模拟各场景温度分布和能见度分布以计算火灾烟气对人员疏散造成危险的来临时间。其中，体育馆内场和外廊之间进行防火分区分隔，并且各层通向外廊的疏散通道均设置甲级防火门。为方便分析，其中，水平切面高度分别设定为各层疏散通道以及中央球场舞台的清晰高度。

经过数值模拟，结果总结如下：（1）对于场景1、3、4，火灾发生后，烟气在比赛大厅内上升蔓延至顶部后，机械排烟设施开启并联动开启相应的消防补风设施，烟气通过机械排烟设施排至室外。在1 800 s 的时间内，烟气未达到看台疏散通道2 m 以下，除发生火灾附近区域以外，其他各层清晰高度处温度均低于60 ℃，能见度均未低于10 m。（2）对于场景2，火灾发生后，烟气到达比赛大厅顶部后，机械排烟设施失效，但是随着火灾的发展，在1 800 s 的时间内，烟气也未达到看台疏散通道2 m 以下，除发生火灾附近区域以外，其他各层清晰高度处温度均低于60 ℃，能见度均未低于10 m。（3）对于场景5，火灾发生后，自动灭火系统失效，烟气在空间内蔓延、上升，中央球场舞台区域的烟气危险来临时间大于1 800 s，低区看台区域、二层包厢区域和高区看台区域的烟气来临区域时间分别为1 141 s、1 038 s、875 s。

3.3.2 安全疏散判定

火灾从发生到人员安全疏散完毕需要的总疏散时间=疏散开始时间+疏散行动模拟×1.5。其中，疏散开始时间取180 s（也有相关资料选取疏散开始时间为150 s，故本案取值已较为保守）[3]，疏散行动模拟时间由建筑师提供。总疏散时间计算和安全疏散判定结果汇总见表3。

表3 某体育馆安全疏散判定表

各火灾场景下，场地内各疏散高度的烟气危险来临时间均大于人员总疏散时间，满足人员安全疏散要求。

3 结语

体育馆建筑由于其本身功能和空间的特殊性，在防排烟方案设计中存在一定困难。本项目的排烟方案从按照现行防排烟规范设计计算开始，分析项目特殊性和实际使用场景，提出了优化方案，并由消防性能化分析模拟火灾过程，定量分析火灾和烟气对人员安全疏散的影响，验证优化后方案的合理性并指导机械排烟方案的设计。相信随着建筑设计的发展，会有越来越多的项目结合自身特性因地制宜地设计排烟方案来满足各种特殊使用场景的需求。