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1、-毕业设计（论文）-辽阳市综合性体育馆的性能化消防设计-第 2 页辽阳市综合性体育馆的性能化消防设计摘要综合性体育馆作为体育竞技、体育教学、体育娱乐和体育锻炼等人员大量聚集的场所，消防设计已经得到了广泛的重视。特别对于这种大空间，大挑高的综合性建筑部分防火设计规范已经不能很好地满足防火要求。基于此，性能化消防设计开始得到人们的广泛认可，它对于保证人们的生命安全、及时的发现和控制火情具有更广泛的适应性。本设计是某综合性体育馆的性能化消防设计，属于大空间、多功能建筑。设计的主要内容包括火灾场景设计、室内外消火栓系统设计、自动喷水灭火系统设计、防排烟系统设计、自动报警系统与联动控制系统的设计、人员疏
2、散模型的建立于模拟、性能化设计安全评估，其中综合应用了计算机软件、定量的计算公式以及一些评价模型并对各个程序的参数做了详细的介绍。本设计在体现经济合理、全面细致的基础上，更加注重设计的实用性与可操作性，能过满足性能化消防设计的理念。关键字：综合性体育馆 消防系统 模拟 防排烟 报警系统 ABSTRACT Comprehensive stadium as a sports competition, sports teaching, sports entertainment and sports exercise and researchers gathered a lot of places,
3、fire fighting design has received considerable attention. Especially for the large space, large high complex part of the fire prevention design specification has not well meet the requirements of fire prevention. Based on this, the performance-based fire protection design began to receive widespread
4、 recognition, it is to ensure the safety of peoples lives, timely detection and control fire has more extensive adaptability. This design is a comprehensive gymnasium of performance-based fire protection design, belong to large space, multifunctional building. The main content of the design includin
5、g the design of fire scenario design, indoor and outdoor fire hydrant system, automatic sprinkler system, smoke control system design, automatic alarm system and the design of the linkage control system, personnel evacuation model in the simulation, the safety assessment of performance-based design,
6、 the integrated application of computer software, the quantitative calculation formula and some evaluation models and parameters of each program is introduced in detail. This design in the economic and reasonable, on the basis of thorough and careful, pay more attention to the design of practicabili
7、ty and maneuverability, can meet the concept of performance-based fire protection design. Keywords:comprehensive gymnasium; fire protection system; simulation; smoke control; alarm system1 绪论1.1性能化消防设计的综述与现状性能化设计是一种新型的防火系统设计思路，是建立在更加理性的条件上的一种新的设计方法。它不是根据确定的、一成不变的模式进行设计，而是运用安全消防工程学的原理和方法首先制定整个防火系统应该达
8、到的性能目标，并根据各类建筑物的实际状态，应用所有可能的方法去对建筑的火灾危险和将导致的后果进行定性、定量地预测和评估，以期得到最佳的防火设计方案和最好的防火保护。传统消防设计是一种以“规格式”消防技术标准为依据，以传统的工程技术为手段，以强制性、指令性参数、指标或技术措施为判定标准的工程设计方法，在长期的建筑火灾防治工作中发挥了积极的作用。但由于其自身所固有的缺陷，决定了传统消防设计在面对现代建筑错综复杂的变化与发展过程中，反应速度慢应对能力差。而建筑性能化防火设计作为一种新兴的设计理念和设计方法，以建筑火灾性能为基础，以系统安全工程理论和方法为手段，弥补和完善了传统消防设计的不足。然而性能
9、化防火设计研究在我国尚属起步阶段，还有许多问题需要解决和完善。在当今世界上尤其是一些发达国家已经开始实施性能化防火设计，目前主要有以下国家，英国（1985）、日本（1990）、丹麦、新西兰（1991）、澳大利亚（1996）、美国（2000）、加拿大（2001）、欧盟国家（2001）以及新加坡（2003），我国于2000-2002年开始性能化设计的推进工作1。1.2 性能化消防设计的优势消防系统的性能化设计与条文式设计相比具有以下优越性：(1)性能化设计体现了一座建筑的独特性能和用途、某个特定风险承担者的需要或大型社区的需要；(2)性能化设计根据工程需要，为开发和选择替代消防方案提供了方法（例如
10、，当规范规定的方法与风险承担者的需要不一致时）；(3)性能化设计可在安全水平方面与替代设计方案进行比较，通过这种比较机制，可确定安全等级与成本之间的最佳点；(4)性能化设计要求在分析中使用多种分析工具，从而提高分析精度，并可产生更具革新性的设计；(5)性能化设计体现了一种新的消防战略，即消防系统是作为一个整体考虑的，而不是孤立的进行设计。从总体看，我国现行防火设计规范有关体育馆的要求过于原则、线条也太粗。其所依据的数据均出自20世纪80年代以前的工程实践，因此它所表现的只有20世纪80年代的设计水平。虽然2003年颁布了体育建筑设计规范，在原有规范基础之上引入了专门的设计规范，但是仍旧大大滞后
11、社会技术的发展。性能化设计的关键在于如何对某一建筑物明确规定其所必需的消防性能指标。由于性能化消防设计所采用的模型比较多且紧密结合了计算机模拟计算，所以其依据性更强，设计结果与实际情况相符的程度也就更大。1.3 国内火灾现状随着经济建设的快速发展，物质财富的急剧增多和新能源、新材料、新设备的广泛开发利用，以及城市建设规模不断扩大和人民物质文化生活水平的提高，火灾发生的频率越来越多，造成的损失越来越大。80年代，我国共发生火灾约37.6万起，死亡18644人，直接经济损失约32.2亿元；90年代，我国共发生火灾约62.9万起，死亡23715人，直接经济损失约96.6亿元；而在21世纪，仅仅四年的
12、时间，我国共发生火灾约90.9万起，死亡10059人，直接经济损失约60.3亿元。近几年，人员聚集的公共场所发生群死群伤火灾的悲剧在我国时有发生，成为当前我国火灾危害中的一个突出问题。1993年到2001年这九年间，公共场所火灾事故直接经济损失已经达到6亿元人民币。公共场所特大火灾的数量和死亡人数已经占据了半壁江山!如：1993年2月14日，河北省唐山市林西百货大楼火灾，死亡81人，受伤54人；1994年12月8日，新疆克拉马依市友谊馆火灾，死亡323人，受伤130人；2000年12月25日，河南省洛阳市东都商厦火灾，死亡309人；2002年北京“蓝极速”网吧发生火灾，24人死亡，13人受伤。
13、这些特大火灾事故的发生不仅造成巨大的经济损失，而且给人们的精神和心理造成严重的伤害。加强公共场所的消防安全管理，减少公共场所火灾的发生率，遏制公共场所的群死群伤火灾，已经刻不容缓。1.4 综合型体育馆火灾特点考虑到体育馆利用的多元化以及赛后的综合利用，综合性体育馆已经成为当今体育馆类建筑的主流，它不但拥有大空间、复杂的建筑结构，而且人员密度也相当大，一旦发生火灾，人员的疏散以及整个体育馆火灾的消灭都应该从新的角度、新的出发点去考虑（规范中缺少对大空间综合性建筑消防设计的相关规定），在保障人员生命安全以及人们财产不受损害的前提下，设计出既合理又与实际情况相符的设计方案。综合性体育馆的火灾特点如下
14、： （1）人员伤亡大：综合性体育馆在赛时观众数目众多，一旦发生火灾，如果没有在规定的时间内疏散完毕，势必会造成巨大的人员伤亡。 （2）蓄烟能力强：综合性体育馆属于大空间的建筑，特别是在主比赛大厅与观众席，整个空间巨大。火灾发生时，该大空间就像一个蓄烟池，造成烟气的大量聚集，使烟气不能迅速地排出建筑。 （3）人员疏散要求高：这一点是基于体育馆的观众数目众多来考虑的，赛时观众全部聚集在观众席，可达几千甚至上万名观众，而相应的疏散通道是有限的，如果没有合理的疏散方案以及预案，势必会对疏散造成巨大的不便。 （4）引起火灾的因素多，但火荷载一般不会很大：体育馆内可以引发火灾的物质很多，比如赛时主比赛大厅
15、的地胶、观众席的大量座椅、观众进馆时所带的可燃物等；赛后举办娱乐性活动时活动舞台是主要的燃烧源。当然相比赛后的利用，在赛时发生火灾时，火灾的规模一般不会很大，而且只要消防到位且合理应该可以得到及时地扑灭。（5）经济损失与社会影响巨大：首先从经济损失角度考虑，在体育馆内不但拥有大量的体育设备而且还有高科技的统计、监测系统，一旦发生大火且不能得到及时地扑灭，势必会烧毁这些财产；从社会影响的角度来讲，体育馆作为现代文明的成果，在这里奥林匹克精神展露无疑，而一旦发生火灾，就会在人们的心灵上造成一定的阴影，影响人们参加体育活动的积极性与热情，这样下去不但危害着人们的身体健康而且会对我国体育事业的发展造成
16、一定的打击。1.5 综合性体育馆性能化消防设计综述对于大型综合性体育馆，我国传统的消防设计理念没有或很少考虑人与消防设施的互动所导致的防火效果。国外新的设计理念则首先考虑人是否会受益或实现这些防火设计的目标，以及灾害发生时，人对各种防火设施的作用、利用的可靠程度；当然也要估计人员错误操作行为会对建筑防火体系带来的严重后果25。1.5.1 安全疏散问题现行规范关于安全疏散距离和出口的规定是针对体育馆以3-4min内疏散完毕的人群条件确定，体育场以6-8min内疏散完毕的人群条件确定，而且所面对的体育馆总容纳人数不超过20000人。现阶段体育场馆的体型、规模以及内含人数都会与以往的情况有很大的不同
17、，因此现行规范的安全出口数量、宽度以及疏散时间指标等要求都会不适应体育场馆的设计。1.5.2 防排烟问题当火灾发生时，有效地控制烟气流动和蔓延，对确保人员疏散安全，改善灭火条件是极为重要的。体育馆内部空间高大，所以在排烟设计上与其他标准层高的建筑有很大的不同。大空间的观众厅类似一个巨大的蓄烟舱，它在火灾初期可以容纳很多的烟气而不致影响人们的疏散视线。在一个22.5m高的大厅中做的实验表明，火灾初期4min时，烟层在20m高处；7min时降至18m高处；11min时，为11m高。可见，应在设计中考虑大空间的蓄烟的有利作用。我国现行规范对体育馆的防排烟问题的规定较为笼统，仅规定了设置防排烟设施的场
18、所。没有规定详细的排烟量、自然排烟开口面积、自然排烟进风口面积的计算方法。因此体育馆的防排烟设计将面临全新的问题。1.5.3 火灾自动灭火系统规范要求3000个座位以上的体育馆、观众厅的吊顶上部，以及贵宾室、器材间、运动员休息室要安装自动喷水灭火设备。换言之，观众大厅本身并没有固定自动灭火系统的保护。而事实上，我国现有的自动喷水灭火系统的喷头，一般工作高度为8米，采用快速响应早期拟制喷头，在仓库用时高度为12米。所以对于高度超过12米以上的大空间体育馆尚无法采用固定自动喷水灭火系统3。1.5.4 火灾探测监控规范规定超过3000个座位的体育馆观众厅等部位应设自动报警装置。但对于体育馆而言，消防
19、控制的重点和难点在于大空间部分（比赛场地及看台）的火灾监控。对于比赛场地及看台的大空间火灾探测的解决方案，目前仍为国内外专业领域的一个主要研究内容，近年来国际上也相继推出一些相关的新技术和新设备。针对体育馆，采用什么方式对火灾进行监控，才能设计出安全、适用、技术先进、经济合理的消防报警系统，称为首先要解决的问题。火灾探测器种类繁多，较为通用的有感烟探测器、感温探测器、火焰探测器等，不同种类的探测器应用场所不同。感烟探测器作为早期报警是非常有效的。点型感烟探测器因适用场所比较广泛，以及便于安装、调试和维修等优点已被广泛应用。但是如果将点型感烟探测器安装在大空间的屋顶下，无论安装工作还是日后的维修
20、工作，都是很困难的。并且规范规定点型感烟探测器的安装高度不允许超过12米。所以在体育馆中采用什么样的报警系统，还是一个值得考虑的问题。1.5.5 消防水炮系统消防水炮是以水作介质，远距离扑灭火灾的灭火设备。优点主要是流量大，射程远，扑灭早期火灾更迅速；转动机构具有离合功能有效保护电机；双波段探测有效提高抗干扰能力；具有现场手动人工操控功能；具有图像传输现场画面功能；现场地面灵敏度参数设置，方便调试；具有与其他消防报警系统联动功能；重量轻，结构紧凑，维修简便等。1.5.6 室内外消火栓系统室内消火栓给水系统的设计内容包括选定消火栓、水带、水枪的型号；选择室内消火栓系统给水方式；确定水枪充实水柱长
21、度、消火栓保护半径、消火栓布置间距；了解室内消火栓管网系统布置的一般要求；进行室内消火栓管网系统设置；计算水枪喷嘴压力、每支水枪的喷射流量、水带的水头损失、最不利消火栓口所需压力、室内消火栓系统的消防用水量；进行消火栓给水管网水力计算；选择消防水泵、水泵接合器等。综合性体育馆由于每层的结构不尽相同，如按正常的消火栓管网布置，显然，不但会复杂很多而且有可能不能满足实际的应用情况，如果利用环形管路作为每层消火栓取水的水源就会起到很好的作用。以上分析表明，在体育馆的防火设计中会有许多困难，而体育建筑将会是多用途的，这些设施包括为运动员及旅游者提供的公共交通及住房、训练场地、广播中心、行政部门、救护中
22、心等。这些部门的每一处，都应有其独特的防火保护特性，而将这些用途集于一体，情况就更复杂了。体育建筑的设计属于现行条文式规范无法全面覆盖的特殊建筑类型，对其只有采用性能化的评估计算方法，才可以实现整体安全的目标。2 工程概况2.1 设计依据2.1.1 法律规范 中华人民共和国消防法，2009年5月1日开始施行 安全生产法，2002年11月1日开始施行2.1.2 技术规范 体育建筑设计规范 （JGJ312003）火灾自动报警系统设计规范（GB50116-98）汽车库、修车库、停车场设计防火规范（GB50067-97）建筑灭火器配置设计规范（GB50140-2005）室外消火栓通用技术条件（GB44
23、52-1996）建筑给水排水设计手册高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95）（2005年版）建筑设计防火规范（GB500162006）自动喷水灭火系统设计规范（GB500842001）（2005年版）建筑给排水设计规范（GB50015-2003）2.1.3 其他依据 （1）性能化设计相关要求以及一些有价值的性能化消防设计实例与文献资料；（2）其他国家性能化设计的相关技术要求。2.2 工程概况本设计所涉及到的体育馆为某市综合性体育馆。该体育馆总用地面积为3400m2，总建筑面积为15675.6m2。其中总体建筑面积为12674m2，比赛场地净面积为1800m2。在比赛大厅的观众区拥有45
24、00个座位，其中固定座位3400个活动座位1100个。该综合性体育馆在比赛期间可以承办的项目有篮球、排球、手球、乒乓球、体操、健美操、武术、跆拳道、拳击、柔道和摔跤等。就整体结构而言，该综合性体育馆分为主比赛大厅和训练馆两部分。主比赛大厅为4层高，训练馆的高度为三层，且在每层都设有卫生间及球员和观众休息大厅。在主比赛场馆的南北方向各有一个大型的楼梯，在四个角落也设有小型的疏散楼梯，训练馆的南部也设有疏散楼梯。该综合型体育馆四周墙体为钢筋混凝土结构以及玻璃幕墙，顶部为钢骨架结构。在该综合性体育馆的主比赛场馆，其净空高度达到了20m左右，考虑到如果采用自动喷淋灭火系统，火灾时由于地面的温度过高而导
25、致在喷头水到达地面之前就已经蒸发掉，所以在该部分将考虑采用自动消防水炮系统，周围的裙房依然采用自动喷淋灭火系统。在观众座椅区，为了便于观众疏散而不在过道内设置消火栓，主要依靠灭火器进行灭火，而消火栓的布置也主要集中在体育馆的裙房。该综合性体育馆属于大空间建筑，在其大空间部分火灾时烟气会大量集中在顶层部位，该部位的排烟可以采用自然排烟与机械排烟相结合的方式，裙房内可主要采用机械排烟的方式。3 性能化消防设计前提3.1 消防安全目标确定3.1.1 消防安全的总体目标该综合性体育馆能够容纳4500人，且在其南部与30万平方米的居民小区相邻。如果发生火灾且不能及时控制的话，会造成不可估量的损失。所以该
26、综合性体育馆的总体消防安全目标为保护观众及周围居民的生命安全，避免造成不必要的财产损失，保护体育馆的使用功能不受损坏确保其在赛后的持续可利用性，保护周围的环境，包括生态环境以及城市规划环境，如交通的畅通情况。3.1.2 消防安全的功能目标对该综合性体育馆而言，要使各个系统之间能够协同配合，尽可能的与实际情况相符，实现既定的消防目的。包括室内外消火栓系统、防排烟系统、联动自动报警系统、自动喷淋系统、水炮系统以及应急疏散系统等在内各系统能够协同工作，在火灾发生的第一时间联合动作，控制火灾的蔓延与持续。对于疏散更要求与实际情况尽可能得相吻合，在本次设计中运用模拟软件pathfinder对该体育馆的疏
27、散进行真实的模拟，以确保在真正的火灾现场最大可能地减少人员的伤亡。在整个模拟的过程中会给出详细的模拟数据与疏散情况的详图。在设计的过程中，会存在很多不能依据规范解决的问题，所以必须保证整个消防系统功能的正常实现，而且要具备很高的效率和实用性。3.1.3 消防安全的性能指标对于该综合性体育馆，在正式的比赛时间会有大量的观众，一旦发生火灾，人员的安全疏散至关重要。如果着火发生在观众座椅大厅或者是比赛的中心大厅，由于其二者为连通的井式结构，燃烧产生的烟气会迅速地蔓延，使比赛大厅内的能见度降低、温度升高、有毒气体增加。所以，完备的防排烟系统与疏散通道的合理设计以及疏散路线的正确规划是必不可少的。大厅内
28、的可燃物可引燃的难易程度的分析也是至关重要的，以下是可引燃物被引燃难易程度的粗略分类：表3-1 可引燃物被引燃的难易程度可燃物类别单位面积可燃物表面引燃所需要的辐射热流/（kw/m-2）易引燃10一般可引燃20难引燃40为了提供足够的疏散时间，比如座椅等可燃物的燃烧特性也需要进行分析。这些数据可以通过具体的实验来得到也可以通过查阅相关权威的资料来进行确定。 该综合性体育馆的总体设计目标以及功能目标和性能指标都将作为后续设计的重要指南和参考方向。3.2 火灾场景设计该体育馆为综合性体育馆，主要有一下几个方面的问题与现阶段不符，需要做性能化设计。一是热身馆、比赛大厅与观众休息大厅相连通的防火分区，
29、防火分区面积超过规范的要求，因此对场内人员的疏散的安全性需进行性能化分析与评估；二是屋顶采用的桁架结构体系，很难采用规范的防火保护措施。希望通过性能化安全分析确定屋顶钢结构是否进行防火保护；三是比赛大厅、观众休息厅和热身馆等处灭火措施的选择。为科学合理地完成这些专项性能化设计，首先要进行火灾场景的分析与选择。3.2.1 火灾危险性分析该综合性体育馆可承办的项目是篮球、排球、手球、乒乓球、体操、健美操、武术、跆拳道、拳击、柔道以及摔跤等。且在其使用寿命期内可以持续使用，也可以承办一些大型的演出活动。在比赛场地中心，赛时可燃物主要为比赛用的器材以及地胶等，火灾发生的可能性及危险性较小，赛后举办大型
30、演出活动时，舞台布景、演出设备较多，再加上演出时灯光焰火的使用，火灾的危险性就变得很大了。二层的观众厅可通过观众入口直接与室外疏散广场相连。该层东西两侧设有卫生间，南北两侧设有供观众和球员使用的休息室。但在四个角部位置同时设有连通一至四层观众休息平台的楼梯，因此在上述位置发生火灾时会影响楼梯的使用，进而影响到上层观众的疏散。在各层的观众休息厅内部设有沙发、桌椅等家具。因此包厢内部设有火灾报警系统，自动喷水灭火系统，但不设置自动排烟系统。在面向观众厅的一侧设置有防火隔墙、防火门阻止火灾烟气蔓延，面向比赛大厅一侧采用普通玻璃隔断将包厢与场地隔开，当包厢内发生火灾时，玻璃一侧将首先受热破裂，火灾烟气
31、将会由包厢蔓延至比赛场地。由于最高层的看台距离屋顶钢结构的距离较近，因此要考虑最高处座椅区的火灾。由于该综合性体育馆使用的座椅都是难燃材料制作的，并且每次使用之后座椅下的垃圾都会及时地清理，因此发生的火势规模不会很大。其中热身馆正式比赛期间不会有很大的火灾隐患，以为在正式的比赛期间主要使用的比赛大厅。但在赛后用于举办展示活动或者小型演出时具有一定的火灾危险性。3.2.2 火灾规模的确定1、 确定火灾规模的方法火灾发生的规模应综合考虑建筑内消防设施的安全水平,火荷载的布置及种类,建筑空间大小,参照成熟可信的统计资料、试验结果等确定。 (l) 喷淋控制的火灾火灾发生从起火到旺盛燃烧阶段,释热速率大
32、体按指数规律增长。赫斯凯斯特得(Heskestad ) 指出,可用下面的二次方程描述： (3-1) 式中 热释放速率（MW） t 点火后的时间（s） 火灾增长系数（kW/s2） t0开始有效燃烧所需的时间(s),在此不考虑火灾的前期酝酿期，即认为火灾从出现有效燃烧时算起，因此释热速率可写为： (3-2) 火灾初期增长可分为慢速、中速、快速、超快速等四种类型。池火大致为超快速,托运物品用的纸壳箱、板条架火大致为快速型。火灾增长曲线如下图所示：图3-1 火灾增长曲线 其中时间t为喷淋启动的时间,自动喷水灭火系统动作后,保守地认为火灾并没有被灭掉,只是其规模不再增加,并保持恒定。2、该综合体育馆的火
33、灾规模参照国际上通行的水喷淋启动控制火灾规模的方法,计算火灾受到自动灭火设备控制时的火灾规模。即认为自动灭火设备系统启动前,火灾规模按快速型增长;在自动灭火设备启动后,火灾保持恒定规模,不再增长。表3-2 该综合性体育馆的火灾场景分析火灾场景位置火灾规模火灾增长速度火灾场景1火灾发生在比赛场地中心5MW快速火火灾场景2火灾发生在包厢1.5MW快速火火灾场景3火灾发生在球员及观众休息厅3.6MW快速火火灾场景4火灾发生在座椅区2MW稳态火火灾场景5火灾发生在热身场地10MW稳态火（1）火灾场景1比赛场地中心的火灾规模 根据水炮系统的设计资料，从起火后一直到被扑灭前( 此时火灾已经达到其最大火灾面
34、积)的时间由以下三部分组成：起火到火灾发展到可以被探测到时间，ta=25s探测报警时间,tb30s消防炮定位延迟时间,tc120st=ta+tb+tc=175s 火灾增长类型为快速(=0.04689kW/s2),考虑2倍的安全因子，T=2t=2175=350s，此时火源的热释放速率为=0.046893502=5.74MW。在烟气控制系统控制系统计算中，最终选取的火源最大热释放速率为5MW。相应的安全因子为1.9（即326s/175s）。（2）火灾场景2包厢的火灾规模预测普通喷淋系统启动时间可以采用美国国家标准技术研究院开发的工具FPETOOL模型。火灾增长类型为快速，=0.04689kW/s2
35、（见下表）。表3-3 火灾增长类型T平方火快速建筑层高（m）3.2喷头水平距离（m）3.0环境温度（）18喷头动作温度（）68RTI50喷头动作时间（s）130火灾功率（kw）788 依据相关规范，设有喷淋的办公室火灾规模最大为1.5Mw，选取1.5MW的火灾规模，比喷淋控制火保守一些，安全因子取为1.9。用以评估包厢发生火灾时，气体逸出包厢之外的火灾安全性。（3）火灾场景3球员及观众休息区域的火灾规模（包括卫生间） 球员和观众休息区域可能的火灾荷载为沙发，桌椅等家具以及销售亭和临时柜台等。1995 年NFPA在美国西部火灾中心进行的售货亭火灾实验表明：装满可燃物的售货亭最大火灾热释放速率为1
36、.8Mw。由于休息大厅处于连通空间，着火时危险性较大，所以设计火灾时也考虑的一定的安全系数，这里取安全因子为2.0。即火灾荷载设定为3.6MW。（4） 火灾场景4座椅区火灾规模表3-4 火灾数据测试火灾测试高峰释放率/kW火灾蔓延速度/kWs-2注解1堆6个座椅，聚丙烯，没有垫子19000.0211额外的6min阴燃期，顶部座椅先燃2堆12个座椅，座椅类型如上22000.0244额外的5min阴燃期，顶部座椅先燃1堆4个座椅，金属框架，PU泡沫和纤维材质3000.01331堆8个座椅，座椅类型如上5000.01331堆8个座椅，座椅类型如上9500.0660房间角落燃烧高峰释热率迅速降低1对4
37、个座椅，PU垫子合板2000.00347我们从表3-4中看出，上述火灾蔓延速度大部分是中速和快速之间，大多数接近中速；一个测试的火灾蔓延速度升至高峰比火灾蔓延速度还快。从表3-4中分析表明，对于看台的座椅可能发生的火灾不会太大。尽管火灾在桌椅间蔓延时可能的，但随着火势蔓延，最初的燃烧物也会烧尽。基于表3-4中的数据，将看台座椅区的火灾规模确定为2MW。（5）火灾场景5热身场地的火灾规模根据热身场地的规模以及它的挑高，再综合考虑热身馆赛后的利用，比如举办一些小型的娱乐活动或者是会展等，在热身馆内不设自动喷水灭火系统，查阅资料可知，舞台火的最大热释放速率为10MW。因此，我们把热身馆的火灾规模确定
38、为10MW。 对于比赛场地中心的舞台火灾，为了验证钢结构屋顶的安全性，将火灾场景1的火灾规模扩大一倍，用来分析火灾对结构的影响。此外在热身场地临时看台考虑2MW的火灾规模。4 热释放速率及烟气流动模拟该综合性体育馆为大空间建筑，进行消防设计的时候会有很多现有规范上没有规定的地方，再加上现代体育馆的建筑结构和建筑样式比较多样，对火灾及烟气的蔓延会产生一定的影响，本章主要通过FDS模拟软件对该综合性体育馆馆内的烟气流动流动以及可燃物的热释放速率和燃烧特性进行模拟分析，为各系统的协调有效工作、人员安全疏散设计提供相关依据，确保总体消防安全目标的实现。4.1 FDSPyrosim软件介绍Pyrosim
39、是由美国Thunderhead engineering公司开发的火灾模拟（FDS）前处理和后处理软件，它是在FDS上发展起来的。Pyrosim最大的特点是提供了三维图形化前处理功能，可视化编辑的效果能够边编辑边查看所建的模型，把用户从以前FDS建模枯燥复杂的命令行中解放出来。在Pyrosim里面不仅包括建模、边界条件设置、火源设置、燃烧材料设置和帮助等，还包括FDS/smokeview的调用以及计算结果的处理，用户可以直接在Pyrosim中运行建模。其中，smokeview是一个可视化程序，是FDS计算结果的显示程序，它既能处理动态数据也能显示静态数据，它将这些数据已而为或三维的形式显现出来。
40、4.2 体育馆火灾烟气模拟与分析在分析的过程中应用Pyrosim软件主要对主比赛场馆的比赛大厅所在的大空间部分进行模拟，根据模拟结果判别在该大空间部分火灾烟气的蔓延情况，并根据其火灾烟气的蔓延规律为后续的防排烟系统设计与人员的安全疏散提供相关的依据。在模拟的过程中设定模拟时间为500s，在场地内着火的主要易燃物是场地内的地胶。整个体育馆的大体高度在20米左右，最高看台的高度为14.4米，在火灾发生时会有大量的烟气在体育馆的大空间部分进行聚集，当烟气的温度与周围空气的温度达到相同的时候还会出现分层的现象，这就要求防排烟设施的设高度一定要合理，而且人员一定要在烟气下降到危险位置时撤离体育馆，尤其是
41、在最高层看台的观众。该体育馆比赛大厅、观众席从空间上构成了一个连续的整体，从烟控系统设计角度出发，采用分区排烟时最有效的；考虑到观众视线、结构美观等因素，整个共享空间难以分割，这样只能对整个大空间作为一个整体考虑，进行排烟系统设计。然而，该共享空间的体积达到了170000m3,如果按照高层民用建筑防火设计规范中关于中庭的要求，其需的排烟量为680000m3/h,如此巨大的排烟量，会给设计和施工带来一定的困难，且成本较高，加之该体育馆屋顶蓄烟能力较强，一次运用性能化设计的理念，通过模拟可以得出比较合理且实用的方案。4.2.1 在比赛大厅内的火灾工况分析体育馆属于公共场所，参考规范中的规定，无喷淋
42、的公共场所火源热释放速率为8.0MW，考虑“可信最不利”情况，假设该综合性体育馆大空间自动喷水灭火系统失效，设定比赛场地中央为8.0MW的快速火。根据烟气理论，火源底部与烟气层的距离越大烟气卷吸越大，比赛场地是整个区域最低处，故比赛大厅中央的烟气卷吸量最大。对防火分区面积超规问题，分别在观众座椅区和首层赛场中心设置了3个火灾场景，以考察该位置发生火灾时，建筑内火灾及烟气蔓延规律，同时分析发生火灾时人员的安全逃生概率。火灾场景方案见下表：表4-1 FDS模拟火灾场景设计火灾场景火源位置火源功率火灾增长系数排烟量（m3/h）工况一比赛大厅中央8.0MW0.0469680000工况二8.0MW0.0
43、469588800工况三8.0MW0.04693000004.2.2火灾烟气模拟与分析表4-2 模拟结果与过程工况300s时烟气蔓延情况500s时烟气蔓延情况工况一工况二 表4-2 模拟结果与过程 续表工况三工况一、工况二和工况三主要研究不同排烟量下的排烟效率，期望在满足消防安全目标的前提下尽可能地减小排烟量，来降低工程成本。从表4-2中可以看出，在300s时，3个工况中烟气层底部距最高点座椅距离较大，不会影响到最高层看台观众人员疏散。由于除排烟量以外的其他边界条件一致，火源功率都为8MW，火场的前期发展势态基本相同，由于前期火灾处于发展阶段，烟气的产生量较小；且该体育馆屋顶最高达20m，而排
44、烟设施的设置会稍微低一点，这就会导致顶部聚集的烟气不能完全排出。在500s时，由于工况一与工况二的排烟量相差不大，导致2个工况烟气层厚度没有明显的区别，前两个工况的排烟量都远远大于工况三的排烟量，故工况三的烟气层下降较快，在500s时，工况三的烟气层下降到最高座椅以下，这可能危害到人员的疏散。4.2.3该体育馆能见度、热烟气温度、有毒气体浓度危害性分析综合性体育馆观众座椅区与比赛场地为一个共享的空间，发生火灾后烟气迅速向上蔓延，达到顶棚后再向下沉降，故该综合性体育挂最危险位置为观众席最高位置的座椅，考虑最不利情况，认为烟气危害到最高座椅处人员时间为疏散可用时间。所以，对于该综合性体育馆在最高处
45、座椅相对高度2米处设置测点。 图4-1 300s时火灾烟气温度 图4-2 500s时火灾烟气温度 图4-3 最高位置座椅相对高度2m处温度变化曲线图4-4 最高位置座椅相对高度2m处能见度变化曲线 图4-5 最高位置座椅相对高度2m处能CO浓度变化曲线 从图4-34-5中可以看出，工况一与工况二中监测点温度、能见度以及CO浓度变化趋势基本一致，只是在后期有所差异，两个工况温度、能见度及CO浓度都远远小于临界值，这不会对人员疏散造成问题。工况三相对前三个工况有较大的差别，其测点温度在350s后开始上升，但在整个模拟的700s内未超过临界值。工况三由于后期排烟量较小，其烟气层下降较快，图4-4也显
46、示出工况三测点能见度在550s后急剧下降，在600s时，其能见度低于10m，超过危险临界值，这会危害到人员的疏散。图4-5表明工况三的CO浓度虽然明显高于前两个工况，但未超过危险临界值。4.4 该综合性体育馆大空间可燃物热释放速率的研究材料的热释放速率也是材料燃烧性能中最重要的参数，比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率，对于预测火灾危害及其阻燃防治处理极为重要。各种不同材料在相同的辐射能量下具有不同的热释放速率。这些热释放速率的差异较大，即使相同的材料在不同处理方式、不同试验条件下也有不同的热释放速率。火灾的热释放速率是火灾发展过程中十分重要的参数，在运用火灾模型进行建筑物性能化消防设计与评估时，确定正确合理的热释放速率曲线至关重要。对于该综合性体育馆，在其大空间部分的可燃物主要是比赛场地的地胶以及观众座椅区的观众座椅。下面是对场馆内的地胶的热释放速率的研究，根据模拟，得出其热释放速率曲线，如图4-6。图4-6 地胶火灾的热释放速率曲线通过上图我们可以明显看出，在前500s的时间内，火灾的热释放速率增长比较缓慢，从第500s到第1200s左右，其热释放速率增长的速度加快，图上的曲线斜率很大，在1400s左右达到最大值为6000kW左右，然后，呈现下降趋势，在第2800s左右仍有所