・上海世博会场馆华东建筑设计研究院设计专栏・世博中心大会堂舞台水消防系统设计张亚峰 冯旭东 张伯仑 陈立宏 梁 超 赵 雷(华东建筑设计研究院有限公司,上海 200002) 摘要 世博中心大会堂(2600人厅)有两种功能:演出和会议,舞台通过4块移动的台口完成这两种功能的切换,形成两种状态:演出状态和会议状态。
根据舞台的两种状态,设计了4套水消防系统,包括:室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、大空间洒水系统、舞台雨淋系统;针对移动台口的形式,研究与比选消防系统的控制与连接方案;综合考虑舞台火灾的起火形式及舞台火灾探测方式,设计雨淋系统的喷头布置形式,确定雨淋阀的个数。
关键词 世博中心 移动舞台 大空间 水消防系统 雨淋系统 上海世博会W ater f ire2f ighting system design for the Expo Center Zhang Yafeng,Feng Xudong,Zhang Bolun,Chen Lihong,Liang Chao,Zhao Lei (East Chi na A rchitect ural Desi gn&Research I nstit ute Co.,L t d.,S hang hai200002,Chi na) Abstract:Expo Center(2600persons capacity)has two functions:performance and conference.By moving four mobile prosceniums,the hall stage can switch between these two modes:performance mode and conference mode.According to two modes,four set s of fire2fighting systems were designed, including:indoor hydraulic system,automatic sp rinkler system,large2space sp rayer system,stage deluge system.Based o n t he style of moving p rosceniums,t he control and co nnection of fire2 preventio n system were st udied and compared.Grounded on comprehensive consideration of t he stage fire styles and detection met hods,t he sp rinkler layout of t he deluge system and t he deluge valve number were determined.K eyw ords:Expo Center;Mobile pro sceniums;Large space;Water fire2fighting system;Deluge system;Shanghai Expo1 背景资料1.1 舞台功能简介世博中心大会堂(2600人厅)又称作红厅,兼有演出和会议两大功能。
功能的切换,通过舞台的4个移动台口完成(注:共5块台口,其中一块是固定的)。
舞台分为1个主舞台和2个侧舞台,主舞台为升降式,尺寸约为44m×24m×32.4m,其中44m为台口宽度,24m为舞台进深(包括6m左右的演员跑道),32.4m为舞台台面至格栅层的高度。
格栅层上部为起吊设备层,高约7m,靠近观众席侧为升降式乐池;主舞台的两侧为侧舞台,侧舞台尺寸约为15m×13m×9.6m,主要用作演员候场,舞台平面详见图1。
演出状态:4块移动台口收缩,层叠在一起,在舞台两侧各形成5m的遮挡,形成32m左右的演出台口,露出舞台上方的天桥、幕架、幕布以及灯光等;会议状态:4块台口展开,将主舞台完全笼罩在4块移动台口所形成的穹顶下方。
移动台口的装修与观众席一致,展开的移动台口与观众席联成一体,此时大会堂的顶部高度从观众席中部的26.6m向前后两侧下降,到达舞台台口时的高度为22.2m,然后每块台口以1.25m的高度下降,最后一个台口的高度为17.2m。
舞台剖面具体形式见图2。
86 给水排水 Vol136 No16 2010给水排水 Vol 136 No 16 201087 图1 舞台平面图2 舞台剖面1.2 舞台火灾特点及危害作为演出的平台,舞台上可能堆积大量的可燃、易燃物,舞台上方电气线路复杂,照明灯具距可燃物(幕布)近,所以引起火灾的危险性较大。
另外,舞台上部的体积较大,一旦发生火灾事故,其火场温度上升的速度和火势扩散的速度都较快。
同时,观众席内的人员众多,疏散困难。
若不能有效地将火灾控制在萌芽状态,将造成难以想象的后果。
如1994年12月8日中国新疆克拉玛依市友谊馆火灾,据查,起火原因是舞台正中偏后北侧上方倒数第二道光柱灯(1000W )与纱幕距离过近,高温灯具烤燃纱幕,而舞台着火后又未能及时控制,导致烧伤130人,烧死323人。
本工程舞台水消防设计以及时发现、及时控制为宗旨,根据舞台的不同功能状态下可能的火灾形势,设计合理有效的消防系统。
2 系统概况2.1 系统设计概况设计的主要依据为《世博中心消防性能化设计评估报告》(见文献[1])及相关的规范。
根据大会堂舞台的特点及可能的火灾形式分析,在满足规范规定的前提下,在舞台的不同区域设置了不同的消防系统,各个区域的消防系统见表1。
表1 舞台各部位消防系统设置消防系统名称设置部位雨淋系统主舞台(演出状态)大空间洒水系统主舞台(会议状态)自动喷水灭火系统侧台区域和主舞台格栅板上方室内消火栓系统舞台区域地面 其中雨淋系统与大空间洒水系统不考虑同时动作;雨淋系统(或大空间洒水系统)、自动喷水灭火系统与室内消火栓系统考虑同时动作。
2.2 系统消防水量以上各系统的设计参数及消防水量见表2。
舞台可能的最大消防水量为:雨淋系统、自动喷水灭火系统和室内消火栓系统的水量之和,为180L/s 。
表2 各系统设计参数与消防水量消防系统名称危险等级喷水强度/L/(min ・m 2)作用面积/m 2消防水量/L/s雨淋系统严重危险Ⅱ级16400110大空间洒水系统高大净空1240080自动喷水灭火系统中危险Ⅱ级616030室内消火栓系统N/A栓口压力0.45MPa403 系统设计3.1 舞台雨淋系统舞台雨淋系统主要保护主舞台区域,扣除后台区域及舞台上部设置卷扬机的部分,需要保护的主舞台面积约为720m 2。
采用8组雨淋阀并联供水。
每组雨淋阀保护面积为90m 2(满足《自动喷水灭火88 给水排水 Vol 136 No 16 2010图3 雨淋系统保护区域及喷头布置平面系统设计规范》(G B 50084—2001,2005年版)不大于260m 2的要求),选用流量系数K ≥190的开式喷头。
保护区域及喷头布置见图3。
如图3所示,根据火灾探测形式,舞台区域被分成A 、B 、C 、D 四个区域,每个区域与舞台同长,宽约4.5m 。
探测器沿南北向探测,每个区域设置2组雨淋阀,每组雨淋阀控制14只喷头,同一雨淋阀所控制的喷头沿舞台南北向布置,间距3m 。
舞台的四个区域不是完全独立的,相邻的两个区域有探测点重合现象,所以将探测区域又划分为A 、AB 、B 、BC 、C 、CD 、D 七个区域。
若有一处着火点发生在两个区域的中间(如AB ),则有可能同时动作两个区域的雨淋阀。
具体的探测区域与雨淋阀开启的组合关系见表3。
表3 探测区域与雨淋阀开启的组合关系阀分类探测区域AABBBCCCDD雨淋阀1雨淋阀2雨淋阀3雨淋阀4雨淋阀5雨淋阀6雨淋阀7雨淋阀8 注:阴影部分为探测区域对应开启的雨淋阀。
从表3可以看出,在舞台火灾仍处于可控状态时,最不利情况就是着火点发生在探测点重合区域(如AB 等),此时开启的雨淋阀为4个,保护面积为360m 2。
通常情况下,雨淋阀后的管网没有水,在探测到火灾后,对应的雨淋阀开启,并向管网充水、灭火。
为了减少雨淋系统充水时间,本工程将雨淋阀设置在2层紧邻舞台的部位。
另外,由于每个雨淋阀控制的喷头成线性布置,为了达到布水均匀的效果,在设计管网时,将主干管从配水支管的中间接入,干管管径D N 150,根据计算结果,配水支管最末端两只喷头给水支管管径为D N 50,其余为D N 70。
各喷头压力关系曲线见图4。
图4 每个喷头的压力关系曲线从图4中可以看出,若采用D N 50支管,起端喷头压力(0.44M Pa )与最末端喷头压力(0.35M Pa )之比为1.26;采用D N 50+D N 70支管,起端喷头压力(0.38M Pa )与最末端喷头压力(0.35M Pa )之比为1.08。
3.2 大空间洒水系统舞台的大空间洒水系统主要是在会议状态保护舞台区域。
系统接自大会堂观众席的大空间洒水系统,洒水喷头间隔布置在四块移动台口其中的两个上。
会议状态下,随着移动台口的展开,洒水喷头均匀分布在舞台上方,具体的舞台洒水喷头布置见图5。
图5中显示五个台口,自上向下分别编号:1、2、3、4、5(5号为固定台口,1、2、3、4号为移动台口)。
收缩的时候1、2、3、4号台口层层叠加,最后收缩到5给水排水 Vol 136 No 16 201089 图5 舞台大空间洒水喷头布置平面图6 金属软管连接方案图7 手动连接方案号台口下方,在舞台与观众席之间形成拱形的台口;展开的时候1、2、3、4号台口一起向后移动,4号台口先移动到位,1、2、3号台口再继续向后移动,依次是3号、2号、1号台口到位。
大空间洒水喷头分别布置在5、3、1号台口,喷头间距在6～7m 。
大空间洒水系统自带火灾探测装置(区别于雨淋系统的火灾探测装置),喷头与火灾探头的关系为一一对应。
单只喷头的流量为8L/s ,保护面积为40m 2。
洒水喷头的配水支管设置在移动台口的顶部,可以与台口一起移动。
为减小配水管的管径,系统设置环状供水。
配水支管(移动台口)与供水干管(观众席上部)的连接方案是本工程舞台水消防设计的难点。
针对移动台口的形式,通过多次方案对比,最终锁定:金属软管连接方案和手动连接方案两个方案。
其中金属软管连接方案(见图6)作为实施方案,手动连接(见图7)作为备选方案。
软管连接采用8根4m 长的金属软管,金属软管间以半圆形镀锌钢管连接。
但是当现场金属软管安装后,软管的柔度没有预想的好,台口移动时金属软管的拉伸不是很顺畅,对台口的移动有阻碍作用,而且外观效果也不够理想。