上海世博文化中心的消防設計(共享)

1、上海世博文化中心的消防設計fire protection design of shanghai world expo culture center殷李革（上海市消防局）yin li geshanghai fire bureau摘要：外形類似飛碟的上海世博文化中心是世博會最重要的永久性場館之一在該建筑的主體演藝中心空 間內(nèi)，通過靈活分隔等技術手段，形成不同規(guī)模和形態(tài)的觀看和演出空間，以滿足大中型綜藝演出、體育 賽事、活動慶典等多功能的使用需求，拓展了演藝中心的文化外延。由于建筑的結構特點和使用功能需求, 在消防安全方面遇到了新的挑戰(zhàn)。文章介紹了世博文化中心的概況和消防安全設計的情況。abstra

2、ct: one of the permanent venues of the 2010 shanghai world expo is the culture center, which is shaped as the seashell. covering 76-thousand square meters, the performance venue contains a central stage surrounded by thousands of seats. the enormous venue can be converted at will to stage performanc

3、es, grand celebrations, concerts, basketball games, or even ice hockey competitions. because of complex and sophisticated in its structure with various art forms and complicated function, engineers face difficulties and new challenges in fire protection designing. this paper introduced the general s

4、ituation of this building and its fire safety design.關鍵詞：上海世博會 文化中心消防設計key words shanghai culture center fire protction design作者簡介：殷李革，女，上海市消防局高級工程師上海世博文化中心（原稱上海世博演藝中心，以下簡稱文化中心）是世博會最重要的永 久性場館之一，中國2010年上海世博會的開幕式就是在這里隆重舉行，更增添了文化中心 的光彩。在該建筑的主體演藝屮心空間內(nèi)，通過靈活分隔等技術手段，形成不同規(guī)模和形態(tài) 的觀看和演出空間，以滿足人中型綜藝演出、體冇賽事、活動慶典等

5、多功能的使用需求。同 時該建筑也為觀眾提供各種餐飲、商業(yè)的特色服務，與觀演空間相通的包廂、餐廳及觀眾休 息壞廊的各種銷售點等也成了人們新的社交活動場所，為觀眾提供了多樣化的服務，拓展了 演藝屮心的文化外延。由于建筑的結構特點和使用功能需求，在消防安全方面遇到了新的挑 戰(zhàn)。1文化中心工程概況1.1建筑概況文化中心位于浦東世博園區(qū)的濱江綠地東部，北臨黃浦江，南至浦明路，西起世博軸, 東至保留成品碼頭東邊界，用地面積為69, 000m2,建筑高度45。文化中心采用集中式布局, 以西北側盧浦大橋作為底景，與世聘慶典廣場有機結合，形態(tài)交融，建筑形體與萬人慶典廣 場可以進行宗內(nèi)外互動、轉換與銜接。柔和的建

6、筑形體融于濱江公園綠地之中，與西側的世 博軸和世博中心、與南側的中國館相呼應，相協(xié)調。世博演藝小心效果圖文化中心總建筑面積125, 945m2,其中地上為單層18000座多功能劇場及環(huán)繞主場館的 周邊六層建筑，建筑面積為73, 941m2；地卜-建筑為兩層，建筑面積為52, 004m2o建設中的世博演藝中心實景圖1.2主要功能地下二層主要為停車庫，屮間部位設有溜冰場。地下二層與地下一層通過位于屮心的 溜冰場連通;地下一層主要為環(huán)形商業(yè)區(qū)域及空調機房等，商業(yè)區(qū)域通過四個開敞的孔洞（其 中三個孔洞內(nèi)設置自動扶梯和開敞樓梯）少首層半環(huán)形商業(yè)區(qū)相通；地上一層為內(nèi)場演出區(qū) 域樓層，包括入口大廳、安檢大廳

7、、比賽內(nèi)場區(qū)域及商業(yè)區(qū)域；地上二層主要為觀眾席池座 及休息壞廊；地上三層和四層主要為vip樓座和包廂及休息壞廊；地上五層主要為觀眾席樓 座及休息環(huán)廊和餐飲區(qū)、辦公區(qū)等；地上六層為觀光樓層，包括俱樂部、電影院、餐廳和酒 吧等。壯博演藝中心內(nèi)場圖文化屮心設有18000屎的多功能劇場，根據(jù)演出模式可分隔為：18000座的屮心舞臺模 式、12000座和8000座的盡端舞臺模式、4000座的伸岀式舞臺模式等?？膳e辦世博會丿犬典、 各種文藝演出、舞蹈和創(chuàng)意秀、百老匯、音樂劇、雜技、魔術、頒獎典禮、小型音樂會和演 唱會、電影、新科技展示、公司活動、新產(chǎn)品發(fā)布等各類演出、文藝和商業(yè)活動。演藝屮心 公共空間及空

8、中觀景平臺充分利用濱江和周邊的景觀資源，通過空間的共享以及室內(nèi)外大型 屏幕和投彫等技術手段，將內(nèi)部的演出氣氛同步傳遞到mjj人慶典廣場及周邊城市空間， 形成內(nèi)外共享并互動的熱烈場景，營造人眾的，高雅的，時尚的文化氛i韋i,激發(fā)整個園區(qū)的 動感活力。1. 3建筑特點設計方案為“時空飛梭”，將18000座演岀大廳、公共文化娛樂區(qū)等多項功能統(tǒng)一于簡 潔的建筑形體z中，形態(tài)新穎別致。它突出了內(nèi)部空間的多樣化和町變性，增強了表演者和 觀眾的互動，室內(nèi)演藝空間得到延伸，構成一幅自然靈動的也而。主演區(qū)靈活多變的功能配 査，滿足了多功能高規(guī)格的演出需求，公共空間及空屮觀景平臺充分利用濱江和周邊的景觀 資源。建

9、筑布局及其衍生功能力求達到場館的后續(xù)利用和長期高效運營的使用口標。文化屮 心其充滿活力的內(nèi)外環(huán)境空間，將成為永不落幕的城市舞臺，并展示和演繹2010年世博會 “城市，讓生活更美好”的主題。2消防設計文化中心的設計屬國內(nèi)首創(chuàng)，設計師參照了位于英國倫敦的02劇院（20000座）的設 計理念，目前我國的高層民用建筑設計防火規(guī)范、建筑設計防火規(guī)范、劇場建筑設計 規(guī)范、體育建筑設計規(guī)范等國家相關標準規(guī)范不能完全適用于該工程的消防設計，其面 臨大空間的防火分區(qū)的劃分、安全疏散的布局、口動消防設施的設置等諸多消防難題。為了 解決這些消防設計難點，保留設計的各利功能和造型，由rja防火專業(yè)顧問公司應用了性能

10、化消防設計方法制定整體消防策略，綜合考慮防火分區(qū)、安全疏散、占動滅火系統(tǒng)、火災白 動報警系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等安全性，使該工程的整體上達到了較高的消防安全水平。2.1消防車道與消防撲救面建筑物外圍與草坡?lián)跬翂間，設置了寬度為7m的環(huán)通消防車道，消防車道與基地南 側、西側、北側與東側的廣場和聯(lián)通，廣場作為消防登高撲救場地，登高車可抵達23. 00m 標髙的主體建筑宗外觀光環(huán)廊?；貣|側設有一永久消防駐防點，有消防車停車位和消防隊 員休息室，當有重大活動時，消防隊可入駐保衛(wèi)。2.2防火分區(qū)地下二層汽車庫、地下一層音樂俱樂部、地上部分的辦公、餐飲服務等均按規(guī)范劃分了 防火分區(qū)。通過性能化分析，地下一層

11、商業(yè)街區(qū)分為4個防火分區(qū)，其屮地下一層內(nèi)側環(huán)廊 與地下二層溜冰場劃作同一防火分區(qū)，地下一層商業(yè)街區(qū)商店均作固定隔斷，與公共通道間 設耐火極限不低于1. ooh的隔墻或防火玻璃隔斷；與內(nèi)庭相通的4個商鋪設耐火極限不低于1. ooh的隔墻或防火玻璃隔斷，使內(nèi)庭成為準安全區(qū)。地上部分將整個18000朋的演出人空 間作為獨立的防火分區(qū)，用防火墻和甲級防火門與四周其他場所分隔開，觀眾廳的安全出口 處設防火墻及甲級防火門與觀眾休息區(qū)作防火分隔；觀眾廳的三層和四層vip包廂后墻及為 環(huán)丿邨相通的門為防火墻及甲級防火門，環(huán)廊與其他區(qū)域之間上采用3h耐火極限的防火墻隔 斷。2. 3安全疏散2. 3.1疏散出口及

12、疏散寬度的設計地下二層車庫設置12座疏散樓梯；地下一層商業(yè)街下沉內(nèi)庭有3座敞開大樓梯直通首 層室外，另外周邊還冇14座疏散樓梯；首層冇4扇加寬的疏散門直通大廳，大廳nj疏散至 室外；二層池座有18扇2. 2m寬的門（總疏散寬度為39. 6m）,疏散至環(huán)廊內(nèi),環(huán)廊內(nèi)有19 個2. 5m寬安全出口（總疏散寬度為47. 5m）疏散aiffl 6. 5m標髙的家外平臺；三層vip觀眾 席內(nèi)的人員通過13扇1.4m寬的疏散門和34扇0.9m寬的疏散門（總疏散寬度為48. 8m）疏 散至110!標高環(huán)廊內(nèi)，環(huán)廊內(nèi)有6部防煙樓梯間和一個敞開樓梯間（總疏散寬度為15. 6m） 直通6. 5m標高的室外平臺；四

13、層vtp觀眾席內(nèi)的人員通過13扇1. 4m寬的疏散門和35扇 0.9m寬的毓散門（總毓散寬度為49. 7m）疏散至15m標高的環(huán)廊內(nèi)，環(huán)廊內(nèi)有7部防煙樓梯 間（總疏散寬度為15. 4m） s通65m標高的室外平臺;五、六層樓座人員通過28扇22m 寬的疏散門（總疏散寬度為61.6m）疏散至19m標高的環(huán)廊內(nèi),環(huán)廊內(nèi)有7部防煙樓梯間和 4部敞開樓梯間（總疏散寬度為33m）直通6. 5m標高的室外平臺。2. 3. 2安全疏散性能化分析'使用exodus軟件，模擬文化中心觀眾廳及地下商業(yè)+首層集散大廳的人員毓散情況，并 計算出人員所需要的疏散時間。通過計算觀眾廳內(nèi)的人員疏散所需的時間，以及與

14、環(huán)境內(nèi)可 以維持的人員耐受的時間進行比較，確定人員是否可以安全疏散，見下圖所示：i margin ofsafety|安全余吊.:iiprimo vement timeiii疏散行對前時間報警時間 recognition tim ；! a為 j火災確認時間期測時|u| alarm time |response time ；atrav - 'iii travel time i 槍散行動時if ii1 a'det.|ii反應時間il jdetectior!w'me ii|ignition detection alarm發(fā)生火災火災探測報警人員安全疏散所需時間i疏散搭成 iev

15、acuaho n ten ability completelimit人員可耐受時間af rsui人員疏散所'需i時間required safe escape time - rsetaf iiuevac evacuafion time 疏散時間人員疏散時間線分析圖觀眾廳內(nèi)人員疏散至環(huán)廊內(nèi)所需的時間，即rseto并將此時間與煙氣控制系統(tǒng)作用下, 環(huán)境可以維持的人員耐受時間aset進行比較。人員疏散所需的時間rset由以下部分纟r成: 探測時間(td)報警時間(ta)、人員的識別時間(to)、人員反應時間(ti)和人員從開 始疏散到安全地點的行動時間(te)：rset=td + ta + t

16、o + ti +kx te 根據(jù)該觀眾廳的具體情況，td取60s； ta取120s； tdelay =( to + ti)120s； k為安 全系數(shù)，一般取1.52,此處取1.5。具體選了五個火災場景：疏散場景一：池座內(nèi)場。模擬結果，觀眾廳內(nèi)人員完全疏散至首層安檢及入口大廳內(nèi)的 時間為2分鐘43秒，即疏散行動時間163秒。疏散場景二：池座二層。模擬結果，觀眾廳內(nèi)人員完全疏散至二層環(huán)廊內(nèi)的時間為3 分鐘51秒，即疏散行動吋間231秒。疏散場景三：樓座。模擬結果，觀眾廳內(nèi)人員在4分鐘時完全疏散至環(huán)廊內(nèi)，疏散行動 時間240so疏散場景四：首層集散大廳。模擬結果，人員在165 s時疏散完畢，即疏散行

17、動時間為 165so疏散場景五：地下商業(yè)區(qū)域。模擬結果，人員在240 s時全部疏散至首層集散人廳準安 全區(qū)域，在248 s時全部疏散至室外安全區(qū)域，即疏散行動時間為248s。表中的實際火災中疏散所需的總吋間rset二探測時間+報警吋間十(人員識別吋間+人員 反應時間)+疏散行動時間二探測時間+報警時間+疏散延遲時間+疏散行動時間：各區(qū)域人員疏散時間總結區(qū)域探測時間(s)報警時間(s)疏散延遲時 間(s)疏散行動時間(s)總疏散 時 間 rset (s)模擬結果x 1.5的安 全系數(shù)池座內(nèi)場60120120163245545池座二層60120120231347647樓座6012012024036

18、0660首層集散 大廳60120120165248548地下商業(yè)182*10120248372684aset為環(huán)境可以維持人員耐受的時間，從以下防排煙性能化分析可以驗證出，aset均 大于rset,即：對大空間下的兩個火災場景進行了模擬分析，驗證大空間內(nèi)設定的排煙和 補風，定量分析得岀，在設定的煙氣控制策略的基礎上，保證：z二28m處，環(huán)境可以提供的 安全疏散時間asetm600s； z=24m處,環(huán)境可以提供的安全疏散時間680s ,其中z：為需 要保持的煙氣清晰高度，煙氣清晰高度應可以保證位于大空間內(nèi)的最高坐位區(qū)的人員安全疏 散。地卜一層商業(yè)區(qū)火災模擬屮商鋪火災20mw,走道內(nèi)4mw火災規(guī)

19、模卜一，可以提供的安全 疏散時間aset& 1200so2. 4防排煙2. 4.1防排煙設計地下車庫、設備用房均利用結構梁格劃分防煙分區(qū)進行機械排煙；對環(huán)形商業(yè)區(qū)域，商 業(yè)內(nèi)設置機械排煙系統(tǒng)，防煙分區(qū)面積不超過2000m2，長邊不超過60m,排煙量應按照上海 市建筑防排朋技術規(guī)程進行設計，每個防煙分區(qū)排煙量不小于42,840m3/h,補風口考 慮空調送風補風；對共亨空間區(qū)域，采用0.5m擋煙垂臂劃為5個防煙分區(qū)，防朋分區(qū)一、 三、五設置機械排煙，每個防煙分區(qū)排煙最不小于47, 880 m3/h,防煙分區(qū)二、四采用白 然孔洞讓煙進入地上一層共享中庭升至首層，由頂棚自然排煙窗排岀。大空間觀

20、眾廳6個機 械排煙窗均勻布置于頂部，機械排煙量總量為58& 000m3/h,設6臺排煙風機(98, 000 m3/h 臺)每個排煙窗的而積為3.10m2；同時，在頂部還設計了 19個肓徑為2m的圓形自然排煙 窗(考慮機械排煙失效后，人工控制開啟)，觀眾廳內(nèi)利用兩臺空調箱的風機作為機械補風, 風口設在座椅下，總補風量為148, 000 m3/h，此外人員疏散時通向環(huán)廊的開啟門作為口然 補風口。2. 4. 2性能化分析1在設計火災場景中，可燃物燃燒性能、通風條件和滅火設施等都影響火災的熱釋放率。 觀眾廳較不利的火災場景為舞臺區(qū)域、觀眾席區(qū)域和v1p包房區(qū)域，在此基礎上設定機械排 煙最，然后

21、利用軟件模擬煙氣蔓延的情況。人空間良好的煙氣控制系統(tǒng)維持煙氣位于屋頂下 方鮫高的位置，減緩煙氣層下降的速度，減小煙氣對于地面層人員的影響。大空間內(nèi)棊木為 燃料控制火。火災場-：樓座座椅火災蔓延，熱釋放率為15mw,通過eds主要輸入?yún)?shù)與模型外 觀,排煙量50, 0000 m3/h,機械補風量148, 000m3/h,模擬結果,火災發(fā)生后,煙氣上升 到頂部后形成頂棚射流沿著天花蔓延：在840s內(nèi)，28m高度以f的空間的煙氣溫度沒有超過60°c；在700s內(nèi)，28 m高度以下的空間的能見度人于15m?；馂膱鼍岸何枧_火災，熱釋放率為20mw,通過fds主要輸入?yún)?shù)與模型外觀，排煙 量5

22、0, 0000 m3/h,機械補風量14, 8000m3/h,模擬結果,火災發(fā)生后，煙氣上升到頂部后 形成頂棚射流沿著天花蔓延：在840s內(nèi)，28m高度以卜的空間的煙氣溫度沒有超過60°c：在600s內(nèi),28m高度以下的空間的能見度大于15m；在650s內(nèi)，24 m高度以下的空間的能見度基木大于15m?；馂膱鼍叭旱叵乱粚由虡I(yè)區(qū)著火后發(fā)生蔓延，火災熱釋放率為20mw；通過fds主耍 輸入?yún)?shù)與模型外觀，排煙量為66000 m3/h,首層自然排煙窗面積120m2,模擬結果：在1200s內(nèi)，除地f層處著火商鋪內(nèi)，其他區(qū)域地板面以上2m水平面以卜的溫度及 能見度等指標均在人體可耐受范圍內(nèi)，

23、溫度低于60°c,能見度大于10m；在1200s內(nèi)，首層地板面2m水平面以下的溫度及能見度等指標均在人體可耐受范圍內(nèi)。地下一層商鋪著火后，煙氣由門洞口及燒穿的防火玻璃竄出，肓接由共享中庭升至首層, 由頂棚自然排煙窗排出，未在地下一層及首層蔓延?；馂膱鼍八暮臀澹旱叵乱粚由虡I(yè)區(qū)走道和地下一層共享空間走道分別發(fā)生火災后，基本 無可燃物，熱解放率均為4側，機械排煙量47880 m3/h,首層自然排煙窗120m2o模擬結果 均為：在1200s內(nèi)，地下一層商業(yè)區(qū)地板面以上2m水平面以下的溫度及能見度等指標均在人 體可耐受范圍內(nèi)，溫度低于60°c,能見度大于10m；在1200s內(nèi)，首層地

24、板而2m水平而以f的溫度及能見度等指標均在人體町耐受范圍內(nèi)。 2. 5消防滅火系統(tǒng)該工程的地下車庫、辦公室、商業(yè)、餐廳、觀眾廳三層和四層的v1p包間、環(huán)酈、設備 用房等場所均按規(guī)范設了口動水噴淋系統(tǒng)，并采用快速響應噴頭。觀眾廳凈空高，沿馬道下 設了帶霧化功能的自動水炮滅火系統(tǒng)；沿屋頂承重主鋼桁架設自動噴淋系統(tǒng)（冷卻鋼結構）, 在馬道上方設白動噴淋滅火系統(tǒng)（保護馬道），在樓座上方的8m-12m標高之間設自動噴淋滅 火系統(tǒng)（保護高部樓座）；在馬道上設了室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。2. 5. 1消火栓系統(tǒng)?；貎?nèi)從市政給水管上引入兩路dn300mm室外消防供水管，并環(huán)通; 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設兩臺加壓泵，一用一備，

25、肓接從基地室外消防供水管上抽水，接18m3的 屋頂消防水箱，水泵設在地下二層的水泵房內(nèi)，并設消火栓系統(tǒng)的穩(wěn)壓泵和氣壓罐。2.5.2自動噴水滅火系統(tǒng)。設噴淋加壓泵兩臺，一用一備，直接從基地室外消防供水 管上抽水，接18m3的屋頂消防水箱，水泵設在地下二層的水泵房內(nèi)，并設噴淋系統(tǒng)的穩(wěn)壓 泵和氣壓罐。鋼屋架噴淋冷卻系統(tǒng)，設單獨的報警閥組。2.5.3氣體火火系統(tǒng)。地下一層35kv/10kv變壓器室、低壓配電室、35kv的配電室和 網(wǎng)絡機房等設tg-541氣體滅火系統(tǒng)保護。六夾層的eps機房設無管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)保護。2. 5. 4消防水炮系統(tǒng)。觀眾廳大空間內(nèi)采用帶霧化功能的消防水炮系統(tǒng)保護。消防水 炮設在馬道下，保證觀眾廳馬道下任一處都能兩股水柱同時保護，根據(jù)舞臺的分隔情況，共 設16門炮，消防水炮系統(tǒng)設加壓泵兩臺，一-用一備，接18ni3的屋頂消防水箱，水泵設在地 下二層的水泵房內(nèi)，并設水炮系統(tǒng)的穩(wěn)壓泵和氣壓罐。2. 6火災自動報警系統(tǒng)該工程的地卜車庫、辦公室、商業(yè)、餐廳、觀眾廳三層和四層的vip包間、壞腐、設備 用房等場所均按規(guī)范設了火災報警系統(tǒng)（