1、上海世博会篷房建筑的防火设计原则之初探赵华亮上海市消防局 工程师摘 要：上海世博会是一次历时较长、全球性的重大活动，除建造的展馆和配套用房外，在园区运营中还会使用大量的临时搭建“篷房”。篷房对搭建场地要求低、结构轻巧、便于拆装等特点切合了需求，但篷房临时性、简易性、材料和结构耐火性能差的特征，在消防技术规范标准尚无有针对性的条文可以参照，增加了火灾风险，可谓是利弊参半。本文以最为复杂和典型的马戏帐篷等观演篷房为例进行防火设计原则的分析、探讨，希望本文的观点能对篷房的防火设计起到抛砖引玉的作用，并为世博会安全使用篷房提供消防技术支撑和保障。关键词：上海世博会，篷房，防火设计2010年上海世博会浦2、东园区的游乐场内将拟建一座可容纳2500人的“主题演绎秀”场,这是一个钢结构和膜布围合成的建筑体，主要用于演出使用。世博会在运营期间还可能将使用大量的篷房作为文娱活动、遮阳避雨设施等用房。目前，许多大型活动、赛事以及展览中都广泛使用着临时搭建的篷房建筑体，如太阳马戏的马戏城，上海国际博览中心的简易展厅等等。这些建筑体具有跨度大、耐火极限低、人员密集等特点，消防安全就尤显重要，然而篷房的火灾案例也时有发生, 2006年12月16日晚，巴基斯坦木尔坦市西部某处村庄婚礼现场竖起了两座大帐篷用于婚宴，帐篷失火死亡27人。无独有偶，2009年8月16日，科威特首都科威特城一对新人举行婚礼的大帐篷8月153、日失火，夺取了41人的生命，另有76人受伤。火灾原因目前仍在调查中（见右图）。正由于目前篷房在防火设计上却没有较强针对性的规范条文可以参照执行。对时间跨度184天，吸引7000万参观人次的2010年上海世博会而言，消防安全是重中之重。因此，笔者在世博会游乐场的“主题演绎秀”项目的设计审核的实践中，分析和归纳了一些防火设计原则，以求能为“平安、快乐”的世博会提供安全保障，同时也希望能为类似建筑体提供防火设计的参考。1定义及特点1.1定义为了便于表述，将“篷房”作一个定义，即以轻钢、铝合金等轻质的金属构件和膜布搭建而成，或充气而成的，类似帐篷的临时性建筑体，多用于演出、活动等。除有支承结构并覆膜材4、料的篷房外，还有采用充气式膜结构形式的双层膜结构，双层膜之间的膜柱中充空气后可形成具有一定刚性的膜结构骨架，建成一座充气式的篷房。1.2篷房的特点1.2.1广泛运用于临时性活动。大型活动、赛事、展示以及马戏表演等具有临时性的共性，短则数日、长则数月，为之配套的功能用房仅需提供一个围合的建筑空间，在冬夏季节能够供暖供冷。篷房以其轻便性，便于拆装、租售廉价的优点，被广泛运用于体育活动临时设施、文化娱乐设施、商业设施及商务活动、军事设施和紧急救援设施中。1.2.2具有很强的场地适应性。篷房对于搭建场地的要求不高，一块空旷、平坦的场地、草地等就能完成搭建工程，由于篷房的结构构件承载力和稳定性有限，自重5、轻所以几乎没有基础的要求；篷房对水电等配套设施的要求也很低，在大多数的篷房中只需要满足用电负荷的要求，而无上下水的需要；搭建篷房时无需运输、起重等大型的机械设备，在无机动车道到达的空地上也能完成搭建，因此篷房的用地对机动车道要求不高。1.2.3结构简单轻便易拆装。篷房多采用轻钢结构或者是铝合金结构作为结构体系，用膜布围护形成建筑空间。结构构建为轻质的材料，加工成装配件，在现场由人工组装即可完成。膜布也是定向加工，尺寸、与结构的连接件都预先确定，只要按照顺序安装就能快速、精确地搭建篷房。安装便捷得益于篷房的轻巧、简单，拆除时也是一样，方便操作。2篷房的火灾危险性分析篷房的规模不一，有的仅几十平方6、米极为简单，但有的却是跨度大、面积大，层数上甚至有二、三层的结构。马戏场是最为人所熟知的，也是火灾危险性最大的一种篷房，世博会的“主题演绎秀”场也是设有舞台演出的观演类篷房。以下就以用于马戏、杂技、演出功用的篷房为例进行火灾危险性分析，并提出相应的设计原则。2.1人员密集，难于疏散观演形式的建筑体内人员密集是一个共性，密集的观众坐观表演，在紧急情况下座位、室内的台阶等都是影响疏散的因素，如新疆克拉玛依电影院火灾、河南洛阳东都歌舞厅等群死群伤的火灾案例都给过我们惨痛的教训。特别是马戏表演对于少年儿童具有极大的吸引力，世界各国的马戏表演现场少年儿童都是最主要的观众，少年儿童的身心还未成熟，逃生自救7、能力差，更加需要给予安全关注。2.2材料特殊，耐火性低篷房是在空地上搭建的临时的简易用房。篷房的轻钢结构、铝合金结构体系耐火极限低，钢结构的耐火时间一般为15分钟,在火灾情况下很快便会失去承载力，造成结构垮塌。铝合金构件的耐火极限比钢结构还要低，且目前还没有有效防火喷涂材料进行保护。篷的膜布多为可燃或难燃材料。目前使用的膜布主要有高聚酯纤维PVC膜、PVC涤纶网布、防水牛津布以及尼龙质（PA）、聚氨脂质（PU）和聚乙烯质（PE）类材料等，经防火处理后其耐火性能可达到B1级。有的膜布还具有燃烧熔滴物、延燃性等火灾危险性，仍易造成火势的扩大蔓延，并很快影响结构的支撑结构的安全性。篷房的膜布还易受到8、外来火种的威胁，焰火、烟花的燃放对其安全性也有一定的影响。2.3周边消防设施欠缺篷房对场地的适应性、灵活性，使得其所在的区域可能远离消防车道、消防水源，其所在地块周边消防车道、室外消火栓等的消防基础设施也可能非常欠缺。篷房一旦发生火灾，消防车辆难于到达，周边消防水源不足，都会极大的影响火灾的扑救。2.4表演过程中火灾隐患多篷房内的舞台、演出场会有舞台布景、可燃道具；演出辅助的声、光、电、烟的效果需要有大量大功率电器，增加了电气火灾的隐患；演出中特别是马戏表演中会有不少使用明火的表演形式，也是一大火灾隐患。3篷房防火设计的原则3.1安全疏散第一3.1.1总体布局上要考虑室外的避难疏散场地。篷房大9、部分是单层，有大量安全出口，人员疏散出篷房外要设有避难场地，避难的场地不仅保障了篷房内疏散向外速度畅通不受影响，而且提高了室外人员的安全性。当篷房组团布置时，避难场地的设置还加大了单体之间的间距，形成了防火间距。3.1.2安全疏散设计要以快速、安全为目标。篷房的耐火性能差，可供人员安全疏散的时间很短，因此安全疏散要力求简捷快速，要通过疏散路径的设计、安全出口的布局等来实现。考虑到观众有少年儿童，安全疏散的宽度、距离以及台阶的设计要适当考虑儿童的特点，在疏散时提高行走的安全性，防止摔倒和踩踏发生。3.1.3疏散设施的细节设计。1、安全出口的设计由于是篷房的结构耐火度差，一旦发生火灾，其结构安全很10、快就会有失去稳定性的风险，因此为了提高和保障安全疏散的有效性，在安全出口处应设置不燃烧墙体和顶棚，且墙与顶棚有一定的结构稳定性，并与篷房的结构完全脱离。不燃烧体的墙体和顶棚可以实现以下两种功效：一是安全出口尽可能提高可用于安全疏散的时间，其结构具有独立和一定的稳定性，就可以使安全出口不受篷房局部坍塌的影响，甚至是在安全出口周边的结构失稳，安全出口依然可供疏散使用。二是提高安全出口的安全性，人员经安全出口疏散时不受篷膜熔滴、坠落物等的威胁，也不受安全出口周旁的辐射热影响。2、台阶与坡道在大人流量的疏散路径上，坡道的安全性比台阶要高，有利于人员的快速通过，且降低了人员在通过时的踏空、跌倒等情况。但11、是这里想探讨的是当地面标高差较大时，坡道坡度过大、距离过长所造成的不利影响。坡道坡度大、距离长，在向下疏散时，容易造成行走速度加快，制动难度增加，由于速度快、人体重心前倾等反而容易造成跌倒继而发生踩踏。因此对于高差较的地坪面之间的疏散，坡道未必是好，因此需要作客观的比较和评价后再行确定具体形式。3.2电气防火并重3.2.1照明、音响设备的安装使用的防火设计。大功率的电器设备发热量大，容易引燃贴临的可燃物，此类设备设置的位置应远离可燃物或作有效的防火隔离。大型电气设备、灯具等，也要便于人员的检修和应急处置，可以及时地消除火险隐患。3.2.2电线、电缆的防火阻燃性能。电气线路使用的电线、电缆选型应12、采用低烟、无卤的电线、电缆，消防设备的供电电缆、电线需要为耐火电缆。同时，电气线路的布线、接线等也应规范操作、安全连接，如电线电缆的连接采用压扣方式，电气线路的敷设采用电缆桥架、设置分隔措施等。3.2.3电气线路设置高效的防火保护设备。马戏、杂技等表演中大量使用制造声、光、电等效果的电气设备，还需要卷扬机、甚至可能是舞台升降起重设备等，这些大功率电器设备的电气线路中产生的过热、过载、短路以及漏电等现象均可能造成火灾事故，只是不同的现象成灾的概率有大小之别。因此，对于电气线路设置防火保护设备是必要的，而且这类电气防火保护设备必须是高效的，如果是防火保护设备动作，但电气线路释放的能量仍然足以点燃可13、燃物致灾，则起不到防止电气火灾的作用。电气线路的防火保护需要高效、可靠的设备来保证，而非依靠一般的空气开关。3.3消防设施高效篷房的空间形式特殊，消防设施如何设计、如何能使其发挥出作用，与消防设备的选型、安装都有着密切的关系。同时结合篷房具有临时性、人员密集性和低耐火性的特点，对消防设施的高效性提出了很大的要求。消防设施的设计力求实现小投入、便操作、大效果。 3.3.1火灾探测报警系统要立足于早期报警。篷房内的疏散难度大、安全要求高，加之篷房的火灾危险性较大，火灾探测报警系统就显得尤为重要。篷房设置的火灾报警探测系统时需要早发现、早报警，如吸气式空气采样系统就有早期报警的优势，但是容易受表演时14、产生的烟、尘影响；如红外对射感烟探测系统受到篷房自身形变的影响很大，误报率会大大增加。相比之下，光截面火灾探测报警系统综合的适应性较高。3.3.2人工灭火设施立足于扑灭初期火灾，自动灭火系统立足于控制中期火灾，保护篷房的结构安全。篷房内设置消防水喉、灭火器等轻便、易操作的设施，再配以训练有素的人员就可有效地扑灭火灾事故的苗头。自动灭火系统如消防水炮、大空间射水装置等比较适合使用，虽受到篷房所在区域的消防水源、增压设备等条件限制，但应尽量创造条件设置。对于篷房而言，人工灭火与自动灭火不应由主次之分，但应有先后之分，人工灭火扑灭事故苗头、初期火灾优先，自动灭火设备则是在延长篷房结构安全、争取疏散时15、间上发挥作用。3.4消防环境良好世博会在规划阶段就为其安全性度身定制了防灾规划，具有“五站四点”（消防站、消防驻防点）的消防保护构架，确保园区内三分钟消防车到场处置；各个地块由设置集中的消防水泵房，地块内是稳高压消防给水形式，具有非常优越的消防环境。但是世博园区外的篷房所处地块、使用环境的消防力量配备、水源情况十有八九是不良的，甚至是欠缺的。如何创造一个良好的消防环境，应注重以下三点：3.4.1消防车道、灭火救援操作场地不可少。篷房发生火灾时，篷房内部人员的安全疏散与外部的消防力量灭火救援，时间是最宝贵的。消防车辆快速到达、战斗展开所需要的车道和场地将会决定了火灾扑救的成功与否。消防车道、扑救16、场地还要与人员疏散和室外避难集散场地相协调，避免交叉，互扰。3.4.2重视消防水源的设置。结合所在地块水电配套条件和建设资金情况，采取灵活的形式解决消防水源的问题。市政配套的消防水源、室外消火栓等应充分加以利用。当这些配套设施缺乏时，可以通过设置临时的高位水箱或小型的简易水塔来提供消防水源；也可以设置临时的消防水池和加压泵组来提供室内外的消防水源。世博会的防灾规划对园区内的消防水源进行了科学的规划，世博园区个地块内设有集中的消防水泵房，给地块内的各类建筑提供稳高压消防水源。3.4.3增强消防的内环境。篷房消防安全的内环境指篷房自身的消防安全性，篷房的各个构件的耐火性能的提高，也就会增强篷房的消17、防安全内环境。篷房的围护体膜材料，与其深究材料不仅应尽可能采用难燃材料（B1级），还应该注重膜材料在受火、受热时的熔融性和滴落性，熔融性好又无滴落物的膜反而将不利因素转化为有利因素，在火灾时围护体就像一整张的易熔排烟带，有利于排烟，有利于人员疏散，也有利于降低蓬火内的火场温度，延缓结构破坏的时间。篷房的结构耐火安全性是一个具有争议的问题，轻钢结构或是铝合金结构是否需要采取防火保护措施，对于网壳结构形式的如何确定构件的类别（柱、梁等耐火极限不同）以确定耐火极限，索膜结构的篷房拉索是否进行防火保护等等等。篷房的结构是否采取防火保护应该从使用重要性、经济性、技术可行性等方面来权衡，世博会由于国际性、18、长时间性等特点决定了消防安全力求万无一失，因此篷房的安全性也是要从严求稳考虑，而一般的篷房则可以在保障安全疏散、强化消防管理等方面来弥补结构安全性地的不足。3.5安全经济适度在篷房的防火设计中要把握安全、经济、适用的原则。安全、经济都有具体的衡量标准，但是适用确实涉及一个“度”（程度）的问题。对于这个“度”的把握和控制，不仅要以安全、经济两大目标为参照，而且还要看到其他的诸多重要因素。如世博会是举世瞩目的盛会，影响巨大，其安全性非一般活动可比拟，这个“度”要偏向于安全。又如篷房最大的一个特点即临时性，世博会历时184天，而有的活动仅有几天，篷房稍用即拆，此时这个“度”就要偏向于经济。在“度”的把握中除了技术防范外还有一点不可忽视的就是人的因素，使用者的使用活动的火灾危险性，参观者是儿童、老人的疏散安全，管理、保卫人员的能力和水平的因素，也会对“安全、经济、适用”的把握产生影响。4结语篷房不仅在世博会中会被使用，而且在体育活动临时设施、文化娱乐设施、商业设施及商务活动、军事设施和紧急救援设施中已经广泛运用。因此，也想通过本文的一些观点，抛砖引玉，使得篷房建筑的防火设计不缺失、能有安全、经济、适度的原则可供参考。如不妥之处更欢迎批评指正。5赵华亮，上海市消防局防火部建审处工程师，研究建筑防火设计并从事上海世博会建筑工程建筑消防审核，zhaohl5