( 5) 大空间火灾探测。在体育馆比赛大厅内, 当点型火灾探测器不适用时, 可以采用适合高大空间的先进火灾探测器, 如双波段图像火灾探测器( 简称 双波段探测器) 。双波段探测器属于智能型火灾探测设备, 具有火焰探测功能, 适用于大空间和其他特殊空间场所。系统具有多种火灾识别模式, 可以有效消除由于外界环境及系统偶然因素引起的误报, 可靠性高, 定位精度高, 100m距离处的定位误差不超过3. 6m, 可以实现火灾的早期准确探测。
        ( 6) 自动消防炮灭火系统。在大空间建筑消防系统中, 灭火的有效性与经济性尤为突出。近年来广泛应用的自动消防炮系统可替代水喷淋系统, 大大提高灭火效果, 同时保证建筑物的整体美观。采用与火灾探测器联动的自动消防炮是火灾探测与定点扑救相结合的主动式火灾防治系统, 可以实现大空间火灾自动报警与空间定位联动灭火的统一。在火灾自动报警并进行着火点空间定位后, 系统自动控制消防炮进行定点扑救。自动消防炮的最大射程可达50m以上, 可以很好地解决体育馆大空间自动灭火难的问题。并且只对着火区域进行灭火,对无火区域基本没有影响或影响很小, 减少了扑救过程中造成的损坏。
        首先, 由于看台区和比赛场地之间不能有墙体遮挡视线, 所以看台部分和比赛场地必须在同一防火分区内。其次, 由于该建筑顶部采用钢桁架结构, 看台周边墙体延伸至钢桁架内并进行防火封堵的难度较大, 二、三层观众休息厅也通过顶部与比赛场地及看台空间连通, 使得比赛大厅、看台以及二、三层人员休息平台位于同一个防火分区, 该防火分区建筑面积约18000m2。虽然规范中说明体育馆观众厅防火分区的最大允许建筑面积可以适当放宽, 但并未明确说明允许放宽的幅度和条件, 这给设计带来了困难。
        解决方案: 在超过规范面积要求的防火分区内选择不同位置设置起火点进行模拟, 看火灾能否大面积蔓延,以确定现有防火分区划分方式是否可行。设置火灾场景如表1所示。
        在人员疏散方面, 比赛大厅在进行比赛或演出时人数众多, 且根据设计体育馆在0. 00~16. 9m各水平高度位置均可能有观众坐席,人员疏散流线复杂, 同时整个比赛大厅疏散出口分布在三个不同的水平高度, 而除0.00m疏散出口能直接疏散至室外, 其他高度疏散出口均需要经过二层或三层休息平台才能到达室外。
        在确认体育馆比赛大厅人员疏散安全性时, 着重对上层人员的疏散安全进行考察, 计算模拟上层人员疏散时必须经过的位于10. 20m和6. 00m标高观众休息厅的安全性。
        比赛大厅人员经过首层6个疏散出口疏散时, 原设计中比赛大厅周围6个疏散出口的总宽度约22. 4m左右, 疏散出口宽度对于可能通过比赛场地疏散的人群来说已经足够。在几个出口连接的通道或门厅均安全的情况下, 比赛大厅的疏散效率是可以保障的。但是, 原设计中无论是门厅还是通道,均属于首层其他防火分区, 且均直接连通功能区, 一旦首层功能区发生火灾, 烟气会极大地影响通过6个出口疏散的比赛大厅内的人员安全。
        解决方案: 对比赛场地四周出口及其连通通道设计进行调整。可以从首层防火分区内单独划分专用疏散通道, 通道与其他防火分区通过防火墙隔断, 在与其他防火分区连通位置设防火门, 使疏散通道与首层其他功能区分隔。
        结果分析: 通过两个疏散场景的模拟计算可知, 即使考虑火灾影响建筑某部疏散楼梯不能使用的情况下, 体育场内观众全部疏散至安全区的行动时间也仅为430s。因此, 对比赛场地四周原设计出口和连接通道的设计进行调整是合理的。
        在观众席、观众厅、比赛场地上方及空间大于8. 0m的场所设置消防水炮灭火系统, 设计流量按40L/ s, 火灾延续时间为1h。消防水炮系统采用稳高压给水系统, 独立供水管网。自动消防炮与双波段探测器或光截面探测器联动, 进行空间自动定位并锁定火源点, 自动启动电动阀喷射灭火, 也可以采用远程手动灭火和现场手动灭火。消防水炮工作压力为0. 80MPa, 布置保证任何着火点同时有2门水炮的水射流到达。消防水炮可以具备雾柱转化功能, 起到高效灭火、控火和不伤害人员的作用。
        比赛大厅( 比赛场地和看台)、二层及三层观众休息厅、训练馆、一层门厅均采用设置可开启天窗或者高侧窗的自然排烟系统, 利用顶棚及高侧窗的电动排风口做为排烟口, 排烟口面积均满足 建规对体育馆等高大空间建筑所要求的 不小于该场所平面面积的5%的要求。但是, 由于比赛大厅空间高大, 烟气能否顺利通过天窗排放到室外需要经过模拟确定。另外, 二、三层休息厅作为比赛场馆内绝大多数人员疏散时需经过的区域, 这两个区域本身发生火灾时, 采用自然排烟系统是否能够为人员提供足够长的疏散时间也需通过烟气模拟验证。
        结果分析: 火灾发生在比赛大厅内时, 如果看台区发生火灾, 受火灾规模较小、比赛大厅空间较大等多方面影响, 烟气在整个模拟过程中均没有沉降到距离比赛大厅地面2m高度以下空间, 人员疏散不会受到火灾的影响;比赛大厅发生火灾时, 顶棚自然排烟口排出大量烟气, 且烟气大部分由位于起火点上方的排烟口排出。因此, 比赛大厅内设置的自然排烟系统能够在火灾中有效排出烟气, 维持建筑内长时间的安全环境。
        按照规范要求, 建筑内钢结构应进行防火保护, 以达到与其功能相应的耐火极限。此工程中屋架钢结构按照规范已采用外喷涂防火涂料的措施进行了防火保护, 其耐火极限达到1. 5h。但考虑到建筑的重要性, 业主及设计方要求在火灾模拟时对钢结构进行判断, 确定是否需要额外措施确保钢结构安全。图2为体育馆屋顶钢桁架示意图。
        解决方案: 结合看台及比赛场地设置的火灾场景, 考察不同火灾规模时钢桁架受到烟气影响的程度, 判断可能出现的最大温升及对钢桁架结构承载力的影响, 确定是否需要进行额外的防火保护措施。
        结果分析: 根据钢材的强度和弹性模量与温度变化之间的关系, 当钢材的温度长时间维持在200 以上时,承载力会大幅度降低。数值模拟显示, 即使着火点上方受到火焰直接影响的钢桁架, 大部分时间温度也维持在200 以下, 此时钢材的强度和弹性模量与常温相比变化不大。所以, 比赛大厅火灾烟气不会影响钢结构桁架的安全性, 而且在钢结构均有防火保护的情况下, 安全性更高。
        ( 2) 排烟系统的设计要同时考虑通风与排烟条件, 设计排烟量时要根据被保护区域内的可能火灾规模、设计烟层高度等参数来确定。
        ( 3) 通过设置准安全区、合理布置安全出口、增加疏散宽度、优化人员疏散流线, 并且通过计算机模拟疏散过程, 把大型体育馆的疏散时间控制在8min内, 可以保证人员安全疏散。
        ( 4) 体育馆中的钢结构体系要具体分析是否应进行防火保护, 首先确定可能的火源位置和火灾规模, 对发生火灾后整体结构温升分布进行计算分析, 以判断哪些部位需要进行防火保护以及保护强度要求。
        ( 5) 在高度超过12m的体育馆比赛大厅内, 当点型火灾探测器不适用时, 可以采用适合于高大空间的先进火灾探测器。自动灭火系统可以采用与火灾探测器联动的自动消防炮, 形成火灾探测与定点扑救相结合的主动式火灾防治系统。