北京大学100周年纪念讲堂消防给水设计

blackbear · 发表于 2007-12-17 21:33:10

简介：介绍了北京大学100周年纪念讲堂工程中消防设计的有关问题，提出了做法。
关键字：舞台自动喷水雨淋水幕讲堂
相关站中站：消防系统设计及设备自动喷水灭火装置

Anti-Fire Design of the Centennial Auditorium of Peking University

Liu Peng

　　Abstract: The fire-system design of the centennial auditorium of Peking university is discussed and the scheme of it is presented.

1　工程概况
　　北京大学100周年纪念讲堂座落于北京大学校园中心地带，北临图书馆，南接三角地。总建筑面积约12 000m2。地下1层、地上部分主体2层，局部6层，建筑高度超过24m，是北京大学为纪念100周年校庆投资建造的一座现代化大型讲堂。主要功能是集会、观影，亦作为芭蕾、交响乐及文艺节目的演出场所。讲堂内设有舞台、侧台，容纳2 300余座位的观众厅、纪念大厅、观众休息厅、贵宾接待厅、能承接小规模国际学术会议和小型文艺演出的多功能厅、排练厅以及管理办公用房、供演员使用的化妆室、咖啡厅和因校方需要而建的北大学四食堂厨房(约900m2)。众多的使用功能，使整个建筑成为一座大型综合性剧院建筑。
　　讲堂的主舞台设计为升降式舞台，进深约21m，面积约580m2，台上总共设有悬挂幕布用的吊杆34道，主台部分葡萄架下高度约21m，设有2层马道。乐池为升降式乐池，观众厅内有2层楼座。
　　本设计完成于1997年10月。在进行本工程设计的过程中，我们对北京市周围大部分近年新落成的剧场、礼堂、戏院等建筑进行了参观考察，在此将本次设计的消防部分设计思路及方法单独提出来，与大家共同探讨。

2　消防灭火系统的设置
　　在本工程中，建筑物内的消防灭火系统设置见表1。

表1　消防灭火系统设置

灭火系统名称	设置部位
室内消火栓系统	全楼
湿式自动喷水灭火系统	观众厅、纪念厅、厨房、化妆间等
雨淋系统	主舞台、侧台
水幕系统	舞台口钢制防火幕(宽约21m)
手提式灭火器	全楼

　　由于《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)的适用范围中明确提出不适用于剧场的设计，而《剧场建筑设计规范》(JGJ57-88)中对消防部分提出的要求又较少，所以整个消防部分的设计并没有明确的规范条文可以依据。本工程各部位危险等级的确定、灭火设施的设置等，设计中消火栓系统依据《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)，而喷洒系统、雨淋和水幕系统按照《自动喷水灭火系统设计规范》(GBJ84-85)进行设计。
2.1　消防用水量的确定
　　表2是建筑物内各灭火系统的设计用水量。

表2　灭火系统设计用水量

灭火系统名称	危险等级	设计喷水强度 L/(min . m2)	设计作用面积/m2	消防用水量/L/s
室内消火栓				15
湿式自动喷水系统	中危险级	6	200	30
雨淋系统	严重危险级	15	300	97.5
水幕系统		0.5(L/(s . m))	21(m)	1.1

　　考虑舞台经常堆放各种道具、幕布等，所以雨淋系统喷水强度按严重危险级储存建筑物设计。
　　考虑建筑物内消防按一处起火设计，经过分析后认为，消防用水的最不利情况是舞台起火。当火灾发生时，消火栓系统、水幕和雨淋系统同时投入工作。这种情况的小时用水量是以上3种系统用水量的叠加，即123.5L/s。
2.2　消防贮水池、消防水箱及水泵接合器的设置
2.2.1　消防贮水池中各消防系统的贮水时间
　　本工程室内消火栓系统贮水时间为2h，雨淋和水幕系统均为1h。
　　水池中雨淋系统的贮水时间在《自动喷水灭火系统设计规范》中并没有明确的词句提出，据考察已有的剧场类建筑物中，由于规模、建设时间等原因，按1h贮水的并不多见。经分析研究后，本工程雨淋系统的贮水时间依然参照湿式自动喷水灭火系统按1h存贮，即存贮水量351m3。
　　现在，《自动喷水灭火系统设计规范》修编的报批稿中，雨淋系统贮水时间已明确规定为60min，不久这个系统的设计贮水时间可能可以找到明确依据。但就本工程而言，主舞台和侧台总面积约850m2，高度20余m，考虑舞台上可燃物性质，起火可能性虽大但火灾持续时间不长，况且设计喷水强度早已超过特大暴雨的强度(特大暴雨降雨量范围是一天内总量＞200mm或半天内总量＞140mm)。虽然没有任何试验依据，观点不具备足够的说服力，但笔者还是认为为剧场舞台设计的雨淋系统按作用时间1h设计偏大，带来的问题是水池的容积要增大，消防时建筑内的水患更严重。
2.2.2　消防水箱
　　由于本楼舞台和观众厅的屋面结构采用钢网架，不易支撑高位水箱，所以在设计过程中征得北京市消防局认可，未设屋顶水箱，消防系统除水幕外，其余系统在地下室水泵房均设置了稳压泵维持压力。
2.2.3　消防水泵接合器
　　本工程为消火栓系统、自动喷水灭火系统设置了墙壁式消防水泵接合器。雨淋系统由于用水量太大，室外管网不能提供如此大量的消防用水，所以在征得北京市消防局认可后，未设置雨淋系统的消防水泵接合器。

3　舞台部分的消防设计
　　与舞台有关的水消防系统包括消火栓、水幕和雨淋系统，在此仅探讨其中部分问题。
3.1　水幕系统的自动控制
　　水幕系统设置在舞台口的钢制防火幕旁，作用是火灾时为防火幕降温。所以本工程中水幕系统的自动控制设计为与防火幕连锁。经分析，火灾时防火幕的工作过程为两个阶段：当火灾发生时，防火幕首先下落到其全部行程的一半，此时作用一是隔烟，二是供人员逃生；经一定延时后，防火幕完全下落，此时作用是隔火。火幕的自动控制与防火幕连锁：防火幕完全下落，信号送至消防中心，水幕系统加压泵自动启动，喷水降温。由于采用这种自控方式，所以水幕系统未设计稳压泵和空气压缩机，管道内平时无水。
3.2　舞台上雨淋作用区域的划分
　　本工程的主台、侧台上设置了雨淋系统，主台面积约580m2，侧台面积约270m2。于是在主台上分作两个分区，侧台作一个分区，每个分区均不超过300m2。
3.3　雨淋系统自动控制
　　本工程雨淋系统设计了内充压缩空气的传动管网，传动管网上采用普通闭式喷头。当火灾发生时，温度升高，闭式喷头破碎后造成传动管网泄压，空压机工作。当管网压力持续下降到一定数值时，雨淋阀开启。此时如果自动启动雨淋加压泵，舞台起火的分区将喷水。有资料显示，国内外设计开式系统的舞台，发生火灾后造成人员伤害的主要原因并非火灾本身，而是喷头喷水后，水滴喷到正在使用的舞台灯光上，使高温的灯泡玻璃爆炸，碎片造成人员伤害。考虑以上因素，在舞台有演出和无演出两种情况下，雨淋加压泵的启动采用不同的控制方式。无演出时，雨淋阀开启后，阀前压力下降，稳压泵启动管网压力仍持续下降至一定数值后，自动启动雨淋加压泵向舞台喷水；有演出时，雨淋阀开启后，不开启水泵，而是等待舞台火灾报警系统的温感、烟感、红外线感应装置等返回的信号以及舞台现场消防人员的报警信号，确认火灾后在消防中心手动开启雨淋加压泵，这种方式可在火灾发生后，最大限度地保护舞台上人员的生命安全。在管理上，演出时，现场应有专门的消防人员；消防中心的消防控制柜具有手动、自动控制的切换功能，所以以上控制要求能够得以实现。
3.4　雨淋系统手动控制阀门的设置位置
　　考虑系统可靠程度，雨淋设计了整套手动控制方式，其中包括手动控制阀门。当现场消防人员在现场发现火灾后，开启设在附近的连续传动管网的手动阀门，可以使传动管网在闭式喷头不破碎的情况下完成开启雨淋报警阀的动作。手动阀门要设置在舞台附近。本工程将手动阀门放置在侧台的舞台监控室处。

4　其它问题
4.1　消防水排水　　根据消防用水量的计算，当最不利处发生火灾后，消防用水量可能达到123.5L/s，即445m3/h，本工程中整个地下室和舞台下的机械部分空间总面积约2 600m2，即消防1h地下室将产生平均170mm深的积水。这样大量的积水如不及时处理，一定会导致水害。于是本工程在舞台下和升降乐池底部各设计了一个消防专用排水泵井，总排水能力达260m3/h，另外地下室泵房内的排水泵井在积水时能同时工作，设计最大排水能力为67m3/h。
4.2　消防泵的自动巡检
　　因本工程的具体情况，未设置屋顶水箱和雨淋系统的水泵接合器。当火灾发生时，消防主泵是否能正常启动成为是否能正常完成灭火问题的关键。
　　本设计中，在泵房内增高了一套消防泵自动巡检装置。这种装置，可以使水泵每日逐个以低于300转的转速运转10min。据考察，这种转速对管网系统压力变化产生的影响很小，又能在水泵不能正常运转时发出报警。使用这种装置，以确保消防泵平时的维护水平，提高楼宇的防灾水平。
　　以上是在北京大学100周年纪念讲堂工程消防设计中的一些体会，目的是与大家共同探讨，有不妥之外敬请批评指正。

　　作者通讯处：100044北京市车公庄大街甲19号
　　　　　　　　　建设部建筑设计院三所
　　　电话：(010)68349837

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[学术论文] 北京大学100周年纪念讲堂消防给水设计