对地下公共娱乐场所防火设计及防排烟设计探讨

        [摘要]：本文根据地下公共娱乐场所的火灾危险性和结构特点，探讨地下公共娱乐场所防火设计，重点探讨安全疏散、自动灭火系统中喷头的选型和安装、防排烟设计，使其达到安全使用的目的。
        [关键词]：地下公共娱乐场所　　防火分区　　防排烟　　安全疏散
        一、导论
        随着经济的不断发展，人类生存的空间不断扩大，出现了许多高层建筑和地下民用建筑。由于这两类建筑的特殊性，一旦发生火灾将带来巨大的损失，特别是地下建筑，由于它与地上的建筑有很大的差异，火灾后会造成更大的人员伤亡和财产损失。根据我国2010年和2011年的火灾统计，这两年中每年地下火灾发生的次数约为高层建筑的13%～13.2%，火灾中死亡人数约为高层建筑的28.3%～65.2%，发生特大火灾数地下建筑约为高层建筑的20%～57%，特大火灾中死亡的人数约为高层建筑的2～10倍，表明地下建筑相对比地上建筑的火灾次数多，造成的死亡人数多，特别是在特大火灾中，地下建筑死亡人数比地上建筑更多。地下建筑的防火设计要求应该更严格。
        地下公共娱乐场所的显著特点就是人员密集，火灾时容易发生拥挤；电气负荷大，可燃材料使用多，较容易发生火灾；也由于地下建筑的封闭性，自然通风与自然采光条件比地上建筑差得多，火灾时燃烧产生了大量的烟气，烟使人的视距下降，能见度大大降低，以至辨不清疏散方向，造成了严重的损失。地下建筑消防问题应更为人关注。
        本文根据地下公共娱乐场所的火灾特点和结构特点，探讨地下公共娱乐场所防火设计的对策。
        二、建筑防火设计
        2.1、正确选址，合理布局
        2.1.1地下公共娱乐场所必须正确选址
地下公共娱乐场所不应布置在重要的建筑物附近，否则应用防火墙等防火分隔物进行分隔；另外地下公共娱乐场所也不得布置在居民住宅楼，更不得设置在古建筑、博物馆、图书馆内，应远离城市的加油站，天然气站，液化石油气站及化学危险品仓库，以免发生火灾时造成城楼失火，殃及鱼池的结果。
        2.1.2地下公共娱乐场所必须合理布置
《建筑设计防火规范》和《人民防空工程设计防火规范》都规定地下公共娱乐场所不应布置在地下二层及二层以下，当设在地下一层时，室内地坪与室外出入口地面高差不应大于10米，不应设在袋形走道两侧或尽端。地下公共娱乐场所发生火灾时，由于地下建筑的封闭性使室内燃烧产生大量的烟和热不能很快被排出，人员逃离方向和烟气的上升方向相同，火灾时产生的烟和热的上升速度可达到3～4m/s，如果从室内到安全出口的疏散距离过大，无法保证人员的安全，所以地下公共娱乐场所必须进行合理的布置。
        2.2、严格耐火等级
建筑的耐火等级反映了一个建筑的耐火能力，《建筑设计防火规范》中规定地下公共娱乐场所的耐火等级应达到地面建筑规定的一级耐火等级标准，在火灾中保持结构的稳定性，防止火灾造成结构变形和倒塌，防止火灾蔓延扩大。地下公共娱乐场所一般为钢筋水泥构件，而且结构厚实，有较高的耐火极限，但是地下公共娱乐场所的耐火等级是由各部分建筑构件组成的，需要注意各部分构件的耐火极限指标应满足规范要求，《人民防空工程设计防火规范》规定公共娱乐场所应用耐火极限不低于2.00h的隔墙和1.00h的楼板与其它场所隔开。
        2.3、防火分区设计
严格按规定的面积划分防火分区，控制防火分区的面积，主要是为了控制火灾范围，减小火灾损失。地下公共娱乐场所的防火分区的面积不应大于500㎡,这是由地下公共娱乐场所安全疏散困难和火灾扑救困难的特点所决定。由于划分防火分区对平时的使用带来一定的限制，有时用途希望防火分区面积再大，可根据规范设置自动灭火系统使防火分区的面积扩大到1000㎡，局部设计时增加的面积可按局部面积的一倍计算，或用防火卷帘加水幕保护进行分割。设计防火卷帘时，水幕喷头喷出的水幕不单要保护防火卷帘的帘板部分，而且应包括帘板上部的金属卷帘传动结构及其墙体处安装卷帘的预埋部位，这样可以防止由于长时间的高温使砼结构爆裂，造成卷帘的整体脱落。划分防火分区时水泵房、厕所可不计入防火分区的面积之内。
        2.4、室内装修的设计
许多公共娱乐场所火灾伤亡大的原因是由于装修用了大量易燃可燃材料。目前国家要求地下公共娱乐场所室内装修材料不燃化，要少用难燃材料，严禁使用可燃材料。特别是火灾时温度上升最快的顶棚和墙体上半部分。《建筑内部装修设计防火规范》规定地下公共娱乐场所室内装修的顶棚，墙面材料应用A级装修材料，其它部位应用不低于B1级的装修材料。地下公共娱乐场所中内墙软包面积不得大于墙体面积的10%或超过该房间的顶棚面积，其厚度不得大于15mm。有时从实际设计，出于装饰及特殊功能的需要，吊顶内除采用了不燃材料如混凝土，石膏，岩棉制品外，考虑满足豪华装饰及特殊功能（保温，吸声）的需要，内部装修采用了纤维板，胶合板等有机材料作为顶棚的装饰材料，则必须经过阻燃处理，达到防火要求。地下公共娱乐场所装修材料的发展趋势应向耐燃、低发烟、低毒的高分子方向发展。
        三、安全疏散设计
        安全疏散设计是建筑防火设计中一项重要的内容，它的核心是保证建筑内的全部人员，在允许的疏散时间内疏散到安全的地方。安全疏散设计是否合理直接影响人员的安全。
        3.1、正确确定疏散时间
        建筑物发生火灾后，人员能够安全疏散主要取决于两个时间：一是火灾发展到对人物构成危险所需的时间，即安全疏散时间；一是人员疏散至安全场所所需的时间。如果人员能在安全疏散时间之内全部疏散到安全区域，便可以认为安全疏散设计是合理。目前国内计算建筑物人员疏散时间的方法主要是出口容量法。地下公共娱乐场所允许疏散时间一般认定在3分钟内。根据设定的安全出口宽度和总容纳人数，当计算出的时间不大于3分钟，可认为疏散设计为安全，否则就要改变疏散设计。
        3.2、设计足够的安全出口数
        每个防火分区的安全出口数不应少于2个，当两个或两个以上防火分区时，相邻防火分区之间的防火墙上的防火门可作为第二安全出口，但每个防火分区必须设一个直通室外的出口。当一个房间的建筑面积不大于50㎡时可设一个疏散出口。当安全出口数量和位置受条件限制时还可设计避难走道。
        3.3、安全出口之间的距离
        安全出口之间应按不同的方向分散布置，但同向布置时相邻两个安全出口或疏散出口最近边缘之间水平距离不应小于5米。对于较大的防火分区，人员较多，为了避免疏散时出现拥堵的现象，相邻两个安全出口或疏散出口最近边缘之间水平距离应小于5米的要求太低，NFPA101中关于两出口间最小距离规定为至少为该建筑物或其服务区域的最大对角线的1/2。如500平方米的防火分区，最好的情况是正方形，两出口间最小距离要求也是15m以上。所以对于较大的防火分区，人员较多，两出口最小间距应大于15m。
        3.4、安全疏散距离
        房间的最远点至房间门的距离不应大于15米，房间的门至最近安全出口或防火墙***的最大距离为40米。
        3.5、疏散人数
        地下公共娱乐场所的最大容纳人数为每个厅和房的建筑面积乘于人员密度指标来计算，根据我国的实际情况，录像厅、放映厅人员密度指标为1.0人/㎡,其它为0.5人/㎡。地下公共娱乐场所的人员密集，每个安全出口疏散人数不应大于250人。
        3.6、安全出口的疏散宽度
        地下公共娱乐场所安全出口的疏散宽度应按容纳总人数乘以疏散宽度指标计算确定，疏散宽度指标为每一百人不小于0.75m并且不小于规范的最小值1.5m。
        3.7、疏散楼梯的设置
        设有地下公共娱乐场所的建筑当其地下层数为三层及三层以上，以及地下层数为一层或二层且其室内地面与室外出入口的地坪高差大于10m时，均应设置防烟楼梯间，其他的地下公共娱乐场所可设置封闭楼梯间，其楼梯间的门应用不低于乙级的防火门。疏散楼梯的阶梯不宜采用螺旋楼梯和扇形踏步，但踏步上下两级所形成的平面角小于100且每级离扶手0.25m处的踏步宽大于0.22m时，可不受此限；地下公共娱乐场所不应与地上建筑共用楼梯间，当必须共用时，应在首层与地下层的出入口处，设置耐火极限不低于2.00h的隔墙和乙级的防火门隔开，并应有明显标志。如果没有进行有效的分隔，容易造成地下层火灾蔓延到地上建筑。
        3.8、应急照明设计
        火灾发生后，电源就切断了，就使室内陷入了一片黑暗，虽然消防法规定公共娱乐场所工作人员在火灾紧急情况下有引导人员疏散的责任，但是在火灾发生并快速蔓延的情况下，很难做到这一点，这时应急照明就发挥了作用。在疏散走道和其它主要疏散路线地面或靠近地面墙上，应设置发光疏散指示标志而且指示标志要带有中英文和图案；疏散方向标志等应设置在疏散走道、楼梯间及其公共转角处等部位，并宜距室内地坪1.00米以下的墙面上，其间距不宜大于15米；火灾疏散照明灯最低照度不应低于5lx，应急照明的备用电池连续供电时间不少于30分钟。安全出口标志应设在安全出口处，其位置宜在出口上部的顶棚下或墙面上。疏散照明灯和疏散标志灯是不能互相代替的，因为两者所起的作用和作用时间是不一样的，疏散照明灯安装比较高，发挥作用是在火灾初期，而随着火灾的发展上升的烟气将其遮挡，这时只能靠疏散标志灯，它对人员匍匐逃生前进有积极的作用。
        3.9、火灾警报装置的设计
        地下公共娱乐场所的人员多，噪声大，有时发生了火灾而没有及时通知室内人员，错过了疏散的时间造成了严重的损失。地下公共娱乐场所应设置自动报警装置，火灾应急广播系统。特别是在卡拉OK厅及其包房，应当设置声音或视像警报，保证在发生火灾初期，将各卡拉OK房间的画面、音响消除，播送火灾警报，引导人员安全疏散。
        四、消火栓和自动喷水灭火系统的设置
        地下公共娱乐场所发生火灾后，升温快，人员疏散困难，主要立足于建筑物内部灭火设备的自救。最基本的灭火设备是室内消火栓和自动喷水灭火系统
        4.1、消火栓的设计
        设置消火栓时必须保证相邻两个消火栓的充实水柱同时达到被保护范围的任何部位而且充实水柱不应小于10米。为了避免发生火灾时消防安全出口堵塞或关闭，消火栓没有发挥应有的灭火作用，其保护范围不能跨越防火分区。消火栓应设计在明显易取的地点，出水方向宜与设计消火栓的墙面垂直，栓口离地坪高度宜为1.10米且应有明显的标志，与室内装修材料的颜色区分开来，同一公共娱乐场所应采用统一规格的消火栓、水***和水带，并且每根水带的长度不应大于25米。当消防用水量大于10L/s时，应在室外设置水泵结合器，并应设置室外消火栓，水泵结合器和室外消火栓应设置在便于消防车使用的地点并有明显的标志。
        4.2、自动喷水灭火系统设计
        自动喷水灭火系统控制和扑灭建筑初期的火灾是非常有效的。自动喷水灭火系统中，一个很关键的问题是，喷头类型的选定和安装位置的确定。
        4.2.1喷头类型的选定
        地下公共娱乐场所最好选用快速响应喷头，因为快速响应喷头的热敏性能明显优于标准响应喷头，在火灾初期其感温元件就能较好吸收热气流热量。在相同的条件下，快速响应喷头将超前开启，将对更小规模的初期火灾实施喷水，减少开启喷头数量，降低灭火用水，降低了火灾烧毁与水渍污染的损失，但是大部分进行室内装修时都采用具有装饰作用的下垂型喷头。
        4.2.2喷头的安装位置
        喷头的安装位置是否得当直接影响了灭火的效果，对封闭吊顶而言，喷头溅水盘与吊顶、楼板、屋面板的距离不宜小于75mm，并不宜大于150mm;当楼板、屋面板为耐火极限等于或大于0.5h的非燃烧体时，其距离不宜大于300mm。
        许多地下公共娱乐场所设计了网架或栅板类通透性吊顶，这样就会出现了不正确的安装方式。首先是将喷头直接安装在网架或栅板类通透性吊顶下，闭式喷头是靠火灾中产生的热量来开启的，当安装喷头的室内吊顶是不通透，发生火灾时，在吊顶下的高温对流层很快就能达到300mm,  闭式喷头安装在此范围就能很快启动喷水。但是如果喷头安装高度大于300mm时，由于喷头的周围热量聚集较慢，加上屋顶和金属架的吸热作用，将降低喷头开启速度，特别是当自动喷水灭火系统与火灾自动报警系统及机械防排烟系统共同作用使用时，排烟系统将聚集在屋板下的热流及烟雾排出，就更难使喷头及时打开，起到有效灭火作用。因此采用网架或栅板类通透性吊顶的公共娱乐场所不应将喷头直接设在网架或栅板下面。根据规范直立型下垂喷头距顶板的距离不应大于150mm，边墙型喷头距顶板的距离不应大于300mm的要求，对于设在网架下的喷头距顶板也不应超过以上的距离。其次将喷头直接安装在网架或栅板类通透性吊顶内部的顶板下也是错误的。这种情况会由于网架或栅板对经过喷头溅水盘射出的水流分隔、反射和阻挡，减弱水流的强度，也会使水流在保护面积内无法均匀分布，达不到规范的要求，特别是网架上悬挂了一些装饰物，更影响喷头的灭火作用。
        解决喷头在网架或栅板类通透性吊顶的安装既能满足喷头的响应时间，又能满足射出的水流强度，可选用快速响应喷头安装在网架或栅板吊顶下部，在喷头上方的网架或栅板处加设正方形金属集热板，集热板的面积不小于0.12㎡，或半径不小0.2m的圆形金属集热板，金属集热板的四边弯边，弯边的下沿与喷头的溅水盘平齐，这样使用闭式喷头既能快速开启，又能使水流不受阻挡，达到规范中喷头洒水量均匀的要求，达到快速控火灭火的目的。
        五、防排烟设计
        地上建筑发生火灾时烟气上升人员往下层逃离，烟气在垂直方向的扩散流动路线与人员疏散活动的路线相反，当人员逃到着火层以下的地方就比较安全，地下建筑则不然。烟气上升人员往上层逃离，人员在垂直方向上的疏散速度大大低于烟气上升速度。如果人员在水平疏散中对火灾的反映迟缓，或心理紧张，或认不清疏散方向而延误了时间，是十分危险的。防排烟设计是十分重要的。
        5.1、防烟分区的划分
        地下公共娱乐场所楼板下管路密布，考虑装饰美观，一般都采用了吊顶，由于吊顶下仍需用挡烟垂壁进行划分防烟分区，挡烟垂壁又占去房间0.5m的高度，为了顾到空间效果，可选用平时收起，火灾时联动下垂的活动型挡烟垂壁。防烟分区的建筑面积不应大于500㎡，但当从室内地坪至顶棚或顶板的高度在6米以上时，可不受此限；防烟分区不得跨越防火分区。
        5.2、排烟方式的选择
        地下公共娱乐场所必须采取机械排烟方式，这是又地下建筑的特点决定的。为了使地下公共娱乐场所取得较好的排烟效果，地下公共娱乐场所机械排烟宜采用全面送风排烟方式，而且排烟和进气形成一个良好的对流循环系统。
        5.3、送风排烟量的确定
        机械排烟系统担负一个或两个防烟分区排烟时，排烟量不小于60m3/h.㎡,  但排烟风机的最小排烟量不应小于7200  m3/h；为了节约投资，常常采用一台风机担负三个或三个以上防烟分区的排烟任务，这时应按其中最大防烟分区面积每平方米不小于120  m3/h计算，送风量不小于排烟量的50%且必须小于排烟量,使着火房间处于负压，送风的速度规范规定为小于7m/s，送风速度过大会破坏着火房间内烟气和空气分层，使空间下部的空气和烟气混合，威胁到滞留人员的安全。
        5.4、送排烟口的布置
        5.4.1排烟口的尺寸和布置位置
        排烟口的尺寸和布置位置在很大程度上影响排烟的效果。由于烟气层浮在房间的上部，因此排烟口应设在顶棚平面上或离顶棚较近的高度。过低会吸入室内下部的空气，使排烟量减少。排烟口的流速不宜过大，否则会卷吸大量的空气，降低排烟的效果，排烟口的流速不宜大于10m/s，对于大面积的房间，可分散布置多个排烟口。排烟口离房间最远点的水平距离不大于30m，过大距离的排烟，会吸不到远处的烟气，排烟口的位置不宜太靠近疏散出口。在排烟通道中，条缝形排烟口对整个排烟口都是有效的，而矩形排烟口则不容易排掉通道两则的烟气。通常排烟口的最小面积一般不小于0.04㎡。在设置排烟口的时候，注意应使排烟方向与人员疏散方向相反。
        5.4.2机械送风与机械排烟的配合
        许多公共娱乐场所都是将排烟口送风口布置在吊顶上，送风排烟多采用联动控制，某地下公共娱乐场所的防排烟系统设计。其送风口设在顶部中心，排烟口设在顶部靠墙。  防排烟送风系统启动时，新鲜空气从中间送风口向下流，排烟口周围的空气向排烟口流动。这种设计方法存在很大的缺陷，不能有效的排除火灾烟气。如果没有排烟送风系统，火灾烟气在浮力的作用下向上升起，遇到楼板改为水平扩散，。当烟气被冷却到一定温度，向下流动.  比较图3和图4，烟气流动路线和送风系统产生的气流路线相反，火灾烟气会蔓延整个空间。排烟口宜布置防烟分区的居中位置，离疏散出口两米以上。对有多个防烟分区怎样组织烟气流动？可采取通过控制送风支管上阀门只向同一防火分区中未探测到火灾的防烟分区送风，排烟口则仍在排烟防火阀的控制下动作。
        从B区和D区进入C区的风速比送风口处低。空气流动路线与火灾烟气流动路线不冲突，当火灾蔓延到B、D区时。B、D区的送风口关闭，排烟口启动，C区的排烟口关闭，A、E区送入的风从开口A、E区进入到B、C、D区，B、D区的排烟口排出烟气从而实现了控制烟气，选择送风形式更有利于排烟。
        5.5、机械排烟系统与通风空调合用
        地下公共娱乐场所中有时为了充分发挥投资效益，可将机械排烟系统与通风空调系统合用，设计时应将通风空调系统按排烟系统的要求去设计。注意烟气不能通过空调器、过滤器，排烟口应设有防火阀（作用温度等于和小于280度）和遥控自动切换的排烟阀。钢制风管的壁厚要符合排烟管道要求，一般不小于1.5mm。并且风管的保温材料包括胶粘剂必须采用不燃烧材料。
        六、结束语
        通过对地下公共娱乐场所防火设计的探讨，目前地下公共娱乐场所防火设计规范的依据只能以《高层建筑设计防火设计规范》、《建筑防火设计规范》、《人民防空工程防火设计规范》中部分条文，没有专门的规范。条文中有些指令性太强，防火设计有时只能满足规范的要求，达不到实际的使用目的。就安全疏散而言，传统的设计方案虽然可以比较有效的控制建筑的出口宽度数量以及最大疏散距离，但是对分析疏散过程中可能发生意外情况时，如某些出口堵塞，特别是某些比较复杂的地下公共娱乐场所，疏散路线是否合理却比较难给出正确的答案。如果引入了性能化设计，可以分析疏散过程中一些特殊的现象，分析不同极端情况下，可能出现的疏散，设计出比较合理的路线，达到优化设计的目的。况且现有的规范又是一统全国，我国的幅员辽阔，地理条件，气候条件，经济发展相差较大。一项规范适用各地难免出现了一些难以执行的情况。如今，我国相关的技术法规与技术标准已与国际接轨，所以未来地下公共娱乐场所的防火设计将要出现专门的性能化规范，具有较强的操作性和灵活性，是必然的发展趋势。

        参考文献：
        [1]《中国火灾统计年鉴》，中国人事出版社
        [2]《中国火灾统计年鉴》，中国人事出版社
        [3]  公安部《公共娱乐场所消防安全管理规定》
        [4]  蒋永琨主编，《中国消防工程手册》
        [5]  王学谦  刘万臣  主编，《建筑防火设计手册》
        [6]  王学谦主编，《建筑防火禁忌手册》，中国建筑工业出版社
        [7]  赵国凌等，《防排烟工程》，天津科技翻译出版公司
        [8]  杜红  编，《防排烟工程》，中国人民公安大学出版社
        [9]《地下公共娱乐场所火灾烟气防治》公安部上海消防科研所  叶瑞标等，
        [10]《关于自动喷水灭火系统喷头安装问题探讨》杨欣等，
        [11]《国内外防排烟技术研究的现状和研究方向》公安部四川消防科学研究所  兰彬等，