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谈剧场舞台的消防设计

文章来源:海西给排水 发布时间:2017-10-01 08:04:51 阅读次数:1057 次 [关闭]

 

王琪海 杨静琨

(华南理工大学建筑设计研究院)

0 引言

剧场舞台的消防设计是剧场建筑消防设计的重点。舞台采用的消防系统最多,其消防用水量决定了整座剧场的消防用水量,对消防系统的投资影响最大。在实际设计中,由于采用消防灭火系统不同,导致不同剧场舞台的消防用水量相差极大。究其原因,一方面在于设计者对雨淋系统设计参数取值的差异;另一方面,在于有关规范条文的不合理性或表述不明确,造成设计者和消防审查部门对规范条文,尤其是对舞台防火分区的理解存在较大的差异,导致对舞台周围是否设置防火分隔水幕产生很大的分歧。

1 舞台的消防系统和消防用水量

常见的大型剧场舞台内部空间形式如图1所示。舞台一般由主舞台、后舞台、左右侧台和主舞台下方台仓构成。中小型剧场可以没有后舞台和台仓,侧台也可以只在单侧设置。大型剧场主舞台上空由于需要布置灯光设备和幕布等,高度通常达到二十多米。由于舞台区域有大量的灯光设备、悬挂的幕布和道具等可燃物品,火灾危险性极大。一旦发生火灾,会迅速蔓延,产生大量的烟气和热量对观众厅的人员威胁极大。所以,舞台区域的火灾需要及时扑灭和隔离,才能保障观众和演职人员的人身安全。

                      

舞台常用到的消防系统有以下几种:①室内消火栓系统;②雨淋系统;③闭式自动喷水灭火系统;④防火冷却水幕系统;⑤防火分隔水幕系统。也有的舞台在葡萄架下采用大空间智能型主动喷水灭火系统代替雨淋系统。

对于室内消火栓和闭式自动喷水灭火系统的设计参照现行《建筑设计防火规范》或《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称“喷规”)以及《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称“建规”)进行,设计用水量和系统的布置形式规范都有明确的规定。对于相近规模的剧场,这两个系统的用水量基本上是一致的,但舞台雨淋和水幕系统的设计,不同剧场相差甚远。

根据文献和笔者收集的一些项目资料,国内2000年后新建和改建的大型剧场舞台消防用水量见表1

 

由表1可看到,不同项目舞台消防设计用水量差别很大,即使剔除最高和最低值(以下均同),大小差值也达到2倍以上。其中舞台雨淋系统的设计用水量相差1.9倍,水幕系统相差2.4倍。并且,也不是剧场规模越大、级别越高,舞台消防用水量就越大。不同设计者对剧场舞台的消防系统设计和参数的取值分歧很大,主要体现在对雨淋系统的作用面积和同时动作的分区数;是否设置防火分隔水幕以及水幕系统的作用时间等。如表1中有的剧场舞台设置了防火分隔水幕,有的却没有设置;另外水幕系统的作用时间有的取1h,也有的取3h。有关舞台消防系统设计已有文章作了较全面的论述,本文主要对舞台水幕和雨淋系统设计存在的问题作进一步的分析。

2 舞台消防给水系统设计合理性分析

2.1防火分隔水幕系统

由表1数据可以得出,导致舞台消防用水量偏高的主要原因是舞台周围设置了防火分隔水幕系统。设计依据是“建规”8.5.2.1条:“特等、甲等或超过1500个座位的其他等级的剧院和…的舞台口,以及与舞台相连的侧台、后台的门窗洞口宜设置水幕系统。”另外根据现行《剧场建筑设计规范》(以下简称“剧场规范”)8.3.4.2条“…超过1500个座位的剧场舞台台口及与舞台相连的侧台、后台的门窗洞口应设防火分隔水幕。”

主舞台与侧台、后台相连的长度一般超过50m,若采用防火水幕分隔,分隔水幕带的设计喷水强度取2L/s,则用水量超过100L/s;若参照防火墙的耐火时间,水幕系统作用时间取3h,则这部分的用水量超过1000m3

根据“喷规”4.2.10条:“…防火分隔水幕不宜用于尺寸超过15m(宽)×8m(高)的开口(舞台口除外)。”另据相应条文解释,该条文旨在限制民用建筑中防火分隔水幕的规模,不推荐采用水幕作为防火分隔措施。近年各地新建的大型会展中心、商品市场及类似高大空间建筑常采用防火分隔水幕代替防火墙,以解决防火分区问题。防火分隔水幕长度达几十米,甚至上百米,造成防火分隔水幕系统的用水量很大。储存大量消防用水,不用于主动灭火,而用于被动防火的做法,不符合火灾中应该积极主动灭火的原则,是一种不合理的设计和浪费。

根据“建规”5.1.11条:“防火分区应采用防火墙分隔。当采用防火墙确有困难时,可采用防火卷帘等防火分隔设施分隔。”可见,规范提倡防火分区应优先采用防火墙,其次采用防火卷帘,最后才是防火分隔水幕。根据“剧场规范”,舞台口与观众厅之间的分隔也是首先采用防火幕,外加冷却水幕保护。只有建筑专业实在无法设置防火幕时,才采用防火分隔水幕。

那么主舞台与侧台、后舞台之间有必要设置防火分隔水幕吗?是否需要设置防火分隔是由防火分区的要求决定的。“建规”5.1.7条:“耐火等级为一、二级的民用建筑防火分区的最大允许面积为2500m2,当设置自动喷水灭火系统时,防火分区的最大允许面积可以增加10倍。”大型剧场主舞台面积一般不超过1000m2,加上侧台和后舞台,舞台区总面积也不会超过2500m2。舞台上空一般设置雨淋系统和闭式自动喷水灭火系统,根据“建规”,舞台区域可按1个防火分区处理。因此,主舞台与侧台、后舞台之间没有必要做防火分隔。

根据“剧场规范”8.1.1条(强条):“甲等及乙等的大型、特大型剧场舞台台口应设防火幕。”8.1.2条:“舞台主台通向各处洞口均应设甲级防火门,或按本规范第8.3.4条设置水幕。”(前一句为强条,后一句不是)。根据相应条文解释,剧场的防火问题关键是将舞台与其他区域,尤其是与观众厅分隔开来。舞台与观众厅的台口通过防火幕分隔,外加水幕冷却保护。主舞台除台口外,还有很多孔、洞、门通向观众厅,如舞台通向面光桥及观众厅闷顶的门洞等,见图1。处理这些防火间隔薄弱环节的方法有:一是加甲级防火门,二是加水幕分隔。另外也必须将舞台和后台分隔开来,办法还是采用防火门和水幕。必须指明,这里所说的“后台”是指舞台后方配套的演职员活动区域,如化妆间、休息室等,而非“后舞台”。后舞台和主舞台同属舞台区域。

从防火分区的概念来讲,对于一定规模和级别的剧场,舞台区域包含主舞台、侧台和后舞台,应划分为一个防火分区;观众厅、后台区域划分为另外的防火分区。设有葡萄架的舞台属于火灾严重危险等级,应把它与人员较多的观众厅和演职员较多的后台区域分隔开来。“建规”和“剧场规范”的建筑篇里都没有要求将主舞台与侧台、后舞台分隔成不同的防火分区。因此,给排水专业也没有依据需要在主舞台与侧台、后舞台之间设置防火分隔水幕。

“剧场规范”8.3.4.2条和“建规”8.5.2.1条中“…与舞台相连的侧台、后台的门窗洞口应设防火分隔水幕。”这句话存在歧义。首先,从舞台通往其他区域的门窗洞口应优先设置防火门;只有无法设置防火门,才需要设置分隔水幕。其次,对于大型剧场,(主)舞台与侧台、后舞台相连处的尺寸一般有20m×10m左右,不能视为“门窗洞口”。该规范条文的用词和表达的意思不够准确,建议修改。剧场舞台是一个较复杂的空间,专业名词较多,如舞台、侧台、后舞台、后台、台仓、升降舞台、马道、葡萄架等,编制规范条文说明时,宜附上示意图,以便于理解。尤其对于防火分区和各类灭火系统的设置宜配置图文说明。

2.2雨淋系统

导致舞台消防用水量偏高的另外一个原因是舞台雨淋系统设计不合理。

据表1中的数据,国内近年来新建的大型剧场舞台雨淋系统用水量最大与最小相差19倍。

根据“喷规”,舞台葡萄架下部为火灾严重危险等级Ⅱ级,喷水强度为16L/min?m2),作用面积为260m2。雨淋系统的设计流量应按雨淋阀控制的喷头流量之和计算。若一个雨淋阀控制的区域刚好为260m2,则雨淋系统设计流量7590L/s。当然规范要求的作用面积和喷水强度是通过大量试验和经验的总结,采用这样的数据设计的雨淋系统能有效控制和扑灭舞台火灾。实际设计时一般根据舞台的平面尺寸采用1个或2个雨淋阀保护超过260m2的舞台面积,在作用面积和喷水强度上预留一定的安全系数。若安全系数取得太大,则必然导致设计流量和用水量偏大,消防水池和消防泵都会相应增大,造成浪费。笔者以为,在舞台消防设计时应合理确定划分雨淋系统的作用面积和进行管网布置,使雨淋系统能有效扑灭火灾及隔离舞台和观众厅。

雨淋系统管网布置及分区可参照文献中的方式,将舞台划分成3~5个作用面积,管网按平行于舞台口边线布置。相邻两个作用面积有一部分重叠,以便火灾发生在交界区域时,启动任何一个雨淋阀控制的区域均能覆盖着火点。建议雨淋控制系统在自动或手动操作时,优先启动控制靠近观众厅作用面积的雨淋阀,以达到灭火和隔离火势的作用,阻止火势向观众厅蔓延。在划分雨淋系统作用面积时,按稍大于260m2为标准进行。这样只要合理设置喷头间距和系统压力,雨淋系统的设计流量就可以控制在合理的范围内。以常用的舞台尺寸30m×26m、舞台面积780m2为例,作雨淋系统管网布置,见图2。图2a是把舞台分为4个区域,一个雨淋阀保护区域(Ⅰ~Ⅳ区)对应一个火灾探测区域(A~D区),相邻两个保护区有2排喷头重叠保护,作用面积为311m2,相当于规范规定作用面积的1.20倍。图2b是把舞台分为5个区域,每个区由一个雨淋阀保护,作用面积为260m2。图2b的布置方法使雨淋系统的作用面积刚好满足规范的规定值,雨淋系统的设计流量较小,缺点是会增加一个雨淋阀。

2.3侧台和后舞台的消防灭火方式

侧台是设在主台的两侧,为迁换布景、演员候场、临时存放道具景片及车台的辅助区域。后舞台设在主台的后面,可增加表演区纵深方向的舞台。从概念上讲,侧台不是舞台,不需要设置复杂的灯光和舞台设备,侧台顶部也不需要设置葡萄架。因此侧台的火灾危险等级达不到严重危险级,在设置自动喷水灭火系统时,设计参数取值最多按中危险等级Ⅱ级设计。从满足使用功能要求侧台净高可不小于7m,故侧台可以采用闭式自动喷水灭火系统。但有时为了外观上一致,建筑上把侧台和主舞台设计成一样高,净高超过12m,这时侧台宜采用大空间智能型喷水灭火系统。

特大型剧场一般都设置后舞台,作为表演区的延伸。后舞台的高度一般为812m,并设置部分吊杆、灯光设备和工作天桥。当后舞台顶部设置葡萄架时,也应按严重危险等级设置雨淋灭火系统。

2.4舞台采用大空间智能型喷水灭火系统时存在的问题

近年来应用于大空间场所的智能型喷水灭火系统和产品得到长足的发展。虽然相关的设计依据尚未有国家设计规范,但《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》(CECS263:2009)以及某些省市的相关规范早已出台。大空间智能型喷水灭火系统也在某些省份允许应用于严重危险等级的剧场舞台区域。但在实际工程应用中存在一些问题,如火灾探测、系统的自动和手动控制转换问题。

必须指出,剧场在有演出时舞台着火的可能性更大,这时剧场内有大量的观众和演职员人员,火灾的危险性也就更大。而当有演出时,为防止误操作,智能型灭火系统要求转换成手动模式,这与快速探测火灾、快速启动灭火系统的初衷是有矛盾的。当舞台设置大空间智能型主动喷水灭火系统时,规范要求采用配置大空间智能型喷水灭火装置的系统,最大开启的灭火装置数量为16个;要求手动准确启动相应着火区域上方的16个大空间智能型喷水灭火装置是有难度的。而相对于常规的雨淋系统,主舞台一般设置34组雨淋阀,发生火灾时启动12组雨淋阀,手动控制比较容易实现。雨淋系统雨淋阀后为开式,一打开雨淋阀,启动消防泵,相应的区域就能喷水灭火,可靠性较高。

那么,当舞台发生火灾时,一经确认,大空间智能型喷水灭火系统是否应马上转换成自动控制模式,由控制系统自动开启相应的灭火装置呢?如何在演出时,快速、准确启动大空间智能型喷水灭火系统建议作进一步研究。

大空间智能型喷水灭火系统也存在可靠性和耐久性方面的问题。所有的电子设备是有一定使用年限的。当舞台上空设置大空间灭火装置的数量较多,每个装置需要配套一个电磁阀,依靠相应的电路来控制开启,并依靠火灾探测器来探测火灾和判别着火点时,大空间智能型喷水灭火系统能否起作用很大程度上依赖于电子产品和操作系统的可靠性。而这在平时是无法对每一个灭火装置进行实际开启喷水测试的。当系统安装若干年后,能否正常运行,如何进行测试与评估,需要实践的检验。

3 结语

在主舞台与侧台、后舞台之间设置防火分隔水幕系统是导致剧场舞台消防用水量偏大的主要原因;设置这种分隔水幕的依据是不充分的,也是不合理的,建议对《剧场建筑设计规范》有关条文进行修订。舞台雨淋系统的设计依据是舞台上空是否设置了葡萄架,系统作用面积及喷水强度应在规范的基础上合理取值,合理划分舞台区域的雨淋系统作用面积,使每个分区稍大于规范规定的260m2即可。大空间智能型喷水灭火系统应用于舞台消防时,应对系统的控制模式、检测方式作进一步的研究。



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