世博中心大会堂舞台水消防系统设计 精品

・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 Expo
1　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。

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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6
160
30室内消火栓系统
N/A
栓口压力
0.45MPa
40
3　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
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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
A
AB
B
BC
C
CD
D
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
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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。

所以此方案在后阶段被替换成手动连接方案。

手动连接方案:在大空间洒水系统配水支管上增设控制阀门,在会议状态下,待移动台口移动到位后,将舞台部分的大空间洒水系统与观众席的大空间洒水系统手动连接,舞台大空间洒水系统进入工
作状态。

当需要切换到演出状态时,将舞台的大空间洒水系统与观众席的大空间洒水系统通过阀门分开,然后放空配水支管内的水,将移动台口收缩。

具体的各状态描述及状态切换时阀门控制操作流程见表4。

3.3　自动喷水灭火系统
舞台的自动喷水灭火系统分成两部分:侧台区
域和主舞台顶部区域。

侧台区域的层高为9.6m ,吊顶安装后为8m ,主要作为人员候场区域;主舞台顶部区域主要指舞台上方格栅板至顶板之间部分,净高约7m ,主要是一些卷扬机及幕架吊绳等。

此两部分自动喷水灭火系统设计按照中危Ⅱ考虑,选用标准型K =80喷头,侧台区域喷头间距2.5m ×2.5m (考虑精装要求),舞台顶部区域喷头间距3m ×3m 。

两个区域分别设置水流指示器,作为两个防火分区考虑。

3.4　室内消火栓系统
室内消火栓系统主要设置在舞台区域的地面,
两
表4　各状态描述及状态切换时阀门控制操作流程状态状态描述和状态切换控制阀门操作流程
会议状态　舞台大空间洒水系统处于工作状态;阀门A、B、C、D处于开启状态,阀门E关闭;移动台口1、3与观众席大空间洒水系统通过金属软管连接,固定台口5通过阀门B与观众席大空间洒水系统硬连接
　会议状态切换演出状态　①阀门A关闭,阀门E关闭,阀门B、C、D开启;②金属软管连接事故排放口与消防排水立管(图7中未显示)连接;③开启阀E放水;④放水完毕后,收起放水软管,保持阀门A关闭状态,同时关闭阀门B、C、D、E;⑤卸下连接的金属软管,收缩移动台口至演出状态;⑥金属软管连接1号台口与观众席大空间洒水系统;⑦开启阀门A和阀门D,1号台口进入工作状态
演出状态　移动台口收缩,仅1号台口大空间洒水系统处于工作状态,其余台口大空间洒水处于关闭状态;阀门A、D处于开启状态,阀门B、C、E关闭;移动台口1与观众席大空间洒水系统通过金属软管连接,其余台口连接管均关闭
　演出状态切换会议状态　①金属软管连接事故排放口与消防排水立管(图7中未显示)连接;②关闭阀门A,开启阀E放水;③放水完毕后,收起放水软管,保持阀门A关闭状态,同时关闭阀门D、E;④卸下连接的金属软管,收缩移动台口至会议状态;⑤金属软管连接
1、3号台口与观众席大空间洒水系统,开启阀门
A、B、C、D,舞台大空间洒水系统进入工作状态
个侧台区域。

每个侧台设置2个消火栓,采用减压稳压型消火栓。

考虑到舞台上部区域较高,希望消火栓充实水柱尽量长,能够尽可能保护到舞台上方的幕布。

又由于《高层民用建筑设计防火规范》(G B50045—95,2005年版)规定消火栓出水压力大于0.5M Pa需要设置减压措施,所以此区域消火栓栓前水压设定在0.45M Pa。

4　总结
综上所述,世博中心大会堂(2600人厅)舞台的水消防系统设计针对舞台不同的功能状态选取了2套不同的灭火系统。

演出状态,由于可燃物较多,舞台上部空间较大,考虑以雨淋系统为主的水消防系统,配套自动喷水灭火系统和室内消火栓系统;会议
状态,舞台上部空间高度均在25m以下,而且可燃
物较演出状态大大减少,所以采用大空间洒水系统
为主的消防系统,舞台大空间消防系统接自观众席
的大空间消防系统,采用手动连接方式实现移动台
口与固定消防总管之间的连接。

参考文献
1　张亚峰,冯旭东,张伯仑,等.世博中心水消防系统设计概述.给水
排水,2010,36(5):79～83
※通讯处:200002上海市黄浦江区江西中路246号9
楼华东建筑设计研究院有限公司机电一所
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收稿日期:2010204215
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