论岛式舞台水消防系统设计

论岛式舞台水消防系统设计

杨 敏

天津拈花湾设计有限公司上海分公司 200041

摘要：本项目总建筑面积约9万平方米，其中剧场及其附属设备用房面积约2.3万平方米，舞台的设计非传统的镜框式舞台，而是采用新型岛式舞台，因此带来了各专业消防系统设计的不同难度的挑战，比如舞台区演职人员的疏散、防火幕及防火分隔水幕的取舍、消防排烟量的计算以及排烟口的设置等，其中水消防系统与建筑紧密结合，本篇对舞台区域设置的水消防系统包括室外消火栓系统、室内消火栓系统、雨淋系统、防火分隔水幕系统、钢屋架自动喷淋系统进行了介绍。重点分析了净空高度为18m的岛式舞台防火分隔水幕系统的设计，在超规范的条件下借鉴了《大空间场所防火分隔水幕应用技术试验研究》中的试验数据。

关键词：舞台；防火分隔水幕；雨淋系统

1、项目概况

本项目包含博物馆区和大会堂区，总建筑面积约9万平方米。其中大会堂区地上部分共2层，地下部分共3层，入口层标高-6.0m，-6.0m标高以上总建筑面积约9300平方米，-6.0m标高以下总建筑面积约14000平方米，总计建筑面积约23300平方米。大会堂区建筑高度为24米。主要功能为剧场，采用岛式舞台，其中观演区座位数为1191座，根据规范定性为中型乙等剧场。其平面图及剖面图分别见图1和图2。

图1 平面图

图2 剖面图

2、舞台防火分隔水幕及防火幕设置的取舍

根据《剧场建筑设计规范》（JGJ57-2016）总则条文说明，本规范主要以箱形舞台、镜框式舞台为基础编制的，对伸出式舞台及岛式舞台，仅作出一些基本规定，这些规定在国外实践证明是成熟的，对于我国的国情，还要有一段探索、结合的时间^[1]。这意味着规范对于类似于本项目的岛式舞台需要结合实践再做规定。

本项目舞台净空高度18m，中心式舞台承载演员人数约80人。根据《剧场建筑设计规范》（JGJ57-2016）及公消（2016）113号文件解读，舞台若设置防火幕，则本项目舞台需设置18m刚性防火幕。经多方咨询研讨，本舞台设置防火幕存在多个问题：（1）防火幕厂家要求防火幕2min之内需落下且下降速度不得超过7.5m/min。按照防火幕高度18m，则按照规定速度落下时间为2分24秒，超过规定时间。（2）刚性防火幕阻隔舞台演员的疏散路径。（3）现状剧场防火幕使用率并不高，且大部分已停用，新建剧场都还未设置防火幕。（4）防火幕安装箱需占用室内顶部2mX2m的吊顶空间，室内斗拱造型设计受到影响，部分演出团队的设备安装设置受限。以上问题直接影响舞台实际消防效率，影响演出效果及演员疏散路径。

为加强大会堂区人员安全，当地消防局要求舞台与观众席间设置防火分隔水幕。因建筑将观众区与舞台区划分为一个防火分区，防火分隔水幕的火灾延续时间可按1h。

3、舞台水消防系统设计

根据规范，本项目舞台设置有室外消火栓系统、室内消火栓系统、雨淋系统、防火分隔水幕系统、钢屋架自动喷淋系统。各系统消防用水量如表1：

表1：舞台消防用水量

本项目地下一层消防泵房内设置室内消防水池，储水1700m³（含3h室内消火栓、1h雨淋系统、1h防火分隔水幕系统、1.5h钢屋架自动喷淋系统）。消防泵房距室外地面深度不大于10m。在地下夹层设置室外消防水池，储水360 m³。在屋顶设有有效容积为36 m³的高位消防水箱，供火灾初期消防用水。各消防系统均按规范在室外设置相应数量水泵接合器，每套水泵接合器流量按10~15L/s，供火灾时消防车向消火栓管网供水。

3.1 室外消火栓系统

根据项目周边市政条件，市政给水为一路进水，室外消火栓采用临时高压消防给水系统，在地下夹层设置室外消防水泵房，消防水池设计有效储水量360 m³，设置室外消火栓加压泵两台（40L/s，一用一备），供水压力保证火灾时最不利室外消火栓的出水流量，满足消防要求。为保证平时运行工作压力，设置室外消火栓稳压泵组一用一备及稳压罐一台。室外消火栓加压泵启动及室外消火栓稳压泵组启停由水泵出水管上压力开关控制。室外消火栓稳压泵启泵压力为0.55MPa，停泵压力为0.62MPa，室外消火栓主泵启泵压力为0.48MPa。

3.2 室内消火栓系统

室内消火栓系统采用临时高压消防给水系统，设置室内消火栓加压泵两台（40L/s，一用一备）。每支水枪最小流量5L/s，消火栓水枪的充实水柱不小于13m。当栓口压力大于0.5MPa时，采用减压稳压消火栓，栓口压力为0.4MPa^[3]。暗装在防火墙上的消防箱应在其后和侧面由土建设置相应耐火等级的隔墙。

3.3 防火分隔水幕系统

本项目舞台中心区域净空高度为18m，即喷水点高度（18m）大于12m，超过现行规范《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017）5.0.14条取值范围^[2]。经与当地消防局沟通，现参考《大空间场所防火分隔水幕应用技术试验研究》中试验数据：当喷头安装高度为18m时，应将防火分隔水幕系统的喷水强度提高至至少2.2L/(s.m)，以确保其单位面积上的喷水强度和防火隔热性能等指标不低于喷头安装高度为12m、喷水强度为2.0L/(s.m)时的性能指标^[5]。结合工程实际情况，本工程采取设计参数如下：设计喷水强度按2.2L/(s.m)，作用长度为76m；火灾延续时间按1h（因建筑取消防火幕，将舞台和观众区划分为一个防火分区，故火灾延续时间按1h），喷头工作压力为0.10MPa，设计流量168L/s。

水幕系统采用开式洒水喷头，各水幕系统设置雨淋阀，雨淋阀间就近设置。防火分隔水幕加压泵设于室内消防水泵房内，由泵房内室内消防水池吸水，加压泵四台（56L/s，三用一备）。

3.4、雨淋系统

舞台葡萄架下部设置雨淋自动喷水灭火系统，按照严重危险级Ⅱ级设计，设计喷水强度为16L/min.平方米，设计作用面积为260平方米，持续喷水时间为1h^{[2] [4]}。雨淋自动喷水灭火系统加压泵设在地下一层消防水泵房内，由泵房内室内消防水池吸水，加压泵四台（56L/s，三用一备）。

雨淋系统分区图如图3，共分成5个区，A、B、C、D、E的面积分别为56.5平方米、107 平方米、126 平方米、107 平方米、56.5 平方米，各区分别对应一个雨淋阀A、B、C、D、E，雨淋阀就近设置。红外探测器a动作，A+B失火，雨淋阀A、B动作；红外探测器b动作，A+B+C区失火，雨淋阀A、B、C动作；红外探测器c动作，B+C+D失火，雨淋阀B、C、D动作；红外探测器d动作，C+D+E失火，雨淋阀C、D、E动作。由此得出，雨淋系统实际作用面积最大为B+C+D=107 平方米+126 平方米+107 平方米=340 平方米。

此区域内任意红外探测器动作，水幕系统的雨淋阀动作。

图3 雨淋系统分区图

雨淋系统选用下垂型开式喷头，流量系数K-115，最不利喷头工作压力P=0.1MPa。雨淋系统通过水力计算进行系统管道设计，水幕系统和雨淋系统的喷头布置如图4。最不利情况下，B、C、D三个区域的雨淋阀同时启动，共开启56个喷头。根据水力计算，B、C、D作用面积：340平方米，总流量:122.4L/s，平均喷水强度：21.6L/min.平方米。系统设计流量按130L/s。

图4 雨淋系统喷头布置图

3.5 钢屋架自动喷淋系统

钢屋架按中危险级Ⅰ级设计，系统设计流量为21L/s，加压泵设在地下一层消防水泵房内，由泵房内室内消防水池吸水，加压泵两台（21L/s，一用一备）。

4、结语

本项目舞台采用较为新颖的岛式舞台，同时舞台中心净空高度为18m。按照国家规范设置相应水消防系统。本项目的难点在于舞台中心净空高度18m，若采用刚性防火幕分隔舞台和观众席，存在诸多问题，特别是阻碍了演员的疏散路径，存在安全隐患。若采用防火分隔水幕，18m也超过了规范对防火水幕系统喷水点的极限高度12m。虽然规范对于中等乙型剧场设置防火幕的要求为“宜”，但考虑到此处为人员密集区域，且舞台演出时有大量幕布、音响等设备，同时顶部有各种造型、灯具、装饰等材料，为加强此区域人员安全，通过与当地消防局沟通，通过提高喷水强度的措施来设置防火分隔水幕系统。

舞台葡萄架按规范设置雨淋系统，结合规范对严重危险级Ⅱ级的设计作用面积为260平方米的规定，合理划分雨淋系统的分区，预布置喷头后进行喷水强度的验证，反复演算后确定最终分区。同时本项目舞台区高度为18m，不适合选用典型感烟火灾探测器，所以每个雨淋分区选择相对应的火焰探测器——红外探测器，当中间某个分区红外探测器（例如红外探测器c）报警时，系统无法准确判断着火点是否在两个分区的哪个边界处（可能在B与C，或C与D的边界），为保证雨淋系统的实际有效性，考虑两侧相邻雨淋系统同时作用（B+C+D同时启动雨淋系统）。

参考文献：

[1] JGJ 57-2016，剧场建筑设计规范[S]

[2] GB 50084-2017，自动喷水灭火系统设计规范[S]

[3] GB 50974-2014，消防给水及消火栓系统技术规范[S]

[4] GB 50016-2014（2018年版），建筑设计防火规范[S]

[5] 杨丙杰，倪照鹏，尹亮等，大空间场所防火分隔水幕应用技术试验研究[J]，给水排水，2018（5）