現代體育場館已經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出復雜性與多學科性。綜合看來,體育建筑的發展呈現出以下特點: 功能多元化、與城市總體規劃密切結合、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、安全出口數量不足的問題, 提出相鄰防火分區安全出口互相借用、內環道設置避難區或準安全區的解決方法。李黎麗針對某體育會展中心防火分區面積超出規范規定的情況, 分析了火災在各層之間蔓延的途徑, 通過加強聯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,我國于2003年頒布了體育建筑設計規范( 以下簡稱 體規)。在其他消防規范中, 也涉及到體育建筑的防火要求, 如建筑設計防火規范( 以下簡稱 建規) 、建筑內部裝修規范等。但從總體上看, 我國現行防火規范有關體育館的要求過于原則, 條文也太粗略。雖然 體規在原有規范基礎上引入了專門的設計規范, 但是仍大大滯后于社會技術的發展。
??????? ( 1) 防火分區面積過大。防火分區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濟損失。防火分區的作用在于發生火災時, 可將火勢控制在一定的范圍內, 以有利于消防撲救, 減少損失。 體規規定: 體育建筑的防火分區尤其是比賽大廳、訓練廳和觀眾休息廳等大間處應結合建筑布局、功能分區和使用要求加以劃分, 并應報當地公安消防部門認定。 建規規定: 體育館防火分區的最大允許建筑面積為2500m2, 建筑內設置自動滅火系統時, 該防火分區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, 防火分區的面積往往超過規范要求。體育館特有的大空間性質, 決定了防火分區劃分的困難, 現行規范對體育館如何劃分防火分區未做具體規定。
??????? (2) 安全疏散問題。現行規范關于安全疏散距離、出口數量和疏散時間的規定是: 體育館在3~4min內疏散完畢、體育場在6~ 8min內疏散完畢, 對應的體育館總容納人數不超過20000人。現階段體育場館的體型、規模以及可容納人數都和以往的情況有很大不同, 現行規范的安全出口數量、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面積過大導致疏散距離過長、疏散人數眾多、疏散流線復雜等問題。
??????? ( 3) 排煙系統設計。 體規和 建規對于體育建筑的排煙系統設計規定較為籠統,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。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。
??????? 體育館比賽大廳因其內敞空間高大, 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架體系。從結構防火看, 必須考慮對鋼網架結構進行防火保護。 建規規定:? 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。如果不對鋼網架進行具體分析而對整個體系采用統一的防火要求, 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) 火災探測監控。 建規規定: 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, 采用何種火災監控方式, 才能設計出安全適用、技術先進、經濟合理的消防報警系統, 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的要求更高。體育館大空間內部一般較高, 根據GB50116- 98火災自動報警系統設計規范, 對于超過12m的空間, 常規的點型感煙探測器已經不適宜。
??????? ( 6) 自動滅火系統。一般認為, 在大空間內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。 建規規定: 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, 我國現有的自動噴水滅火系統及噴頭, 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。
??????? 2 解決方案
??????? 針對以上常規消防設計遇到的困難, 參照國外的相關做法, 并通過國內大量工程項目實踐, 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。防火分區面積超出規范要求是大型體育館經常出現的問題。增大防火分區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, 針對防火分區擴大問題, 應該從保證人員疏散、控制火災規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。防排煙系統設計的主要目標是提供相對安全的區域, 保證人員在疏散過程中不會受到火災煙氣的傷害。設計時要根據被保護區域內的可能火災規模、設計煙氣層高度等參數確定必需的排煙量。一是火災規模。體育館大空間內的火災主要來自觀眾席看臺和比賽場地內。觀眾席火災一般來自座椅、儀器設備和裝飾物, 比賽場地內的火災一般來自搭建的舞臺、辦公組合家具等。在火災規模設計中, 要綜合考慮場地使用中可能出現的各種情況, 以包含大多數可能出現的火災規模。二是煙氣層高度。體育場館內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, 排煙量應根據確定的火災規模和設計煙氣層高度確定。對于采用自然排煙的系統, 其排煙量確定的方法與機械排煙系統相同。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、合理布置安全出口、增加疏散寬度、優化人員疏散流線、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, 并經過綜合分析, 確定疏散人數超過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, 考慮建筑內所有可能會發生火災的部位、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。二是火災規模。火災規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。