專家探訪奧運場館如何構筑防火墻
發布時間：2010-01-14 共2頁
隨著2008年奧運腳步的臨近，各種設計新穎的奧運體育場館拔地而起，國家體育場（鳥巢）、國家游泳中心（水立方）、國家體育館等超大空間建筑成為北京的新地標。
人們在感嘆這些建筑氣勢恢宏的同時，不免心生好奇——特大型場館是如何做到防火安全和人員及時疏散的？今天，讓專家帶我們探訪一下大型奧運體育場館是如何構筑防火屏障的。
結構——“真金不怕火煉”
沿著北京中軸線往北，集中了眾多奧運場館的北京奧林匹克公園已露出“廬山真面目”。巨大的銀色鋼結構織成的“鳥巢”獨樹一幟，這里是2008年奧運會主體育場，近10萬觀眾將現場見證盛大壯觀的奧運會開幕式。
鋼材耐火性不高，一般承重鋼結構都加以防火保護。但像鳥巢這樣的建筑，如果采用傳統的結構防火保護措施無疑會嚴重影響其建筑效果，而且花費不菲。中國建筑科學研究院建筑防火研究所通過引入新的設計理念，科學地分析了火災可能對該鋼結構框架造成的影響，他們得出結論：在控制可燃物的條件下，鳥巢鋼結構外罩不需要采用防火保護。
“按照現行規范體系，鋼結構防火要采用防火板和防火涂料的辦法，才能達到一定的耐火強度。如果在鋼結構外面釘板，加大了材料的厚度，鳥巢不再輕盈；噴涂防火涂料會使鋼結構變得粗糙難看，破壞了鳥巢的建筑外觀效果。”防火所所長李引擎說，在現行條文式規范框架下，個性化設計與建筑防火似乎成了“魚和熊掌”。
他說，由于傳統的防火設計規范適用于所有類型的建筑，所以有些要求難免粗放和籠統，故無法充分考慮到各個建筑的具體功能和使用情況。因此，嚴格按照規范設計，有時會使得建筑物原有的設計功能無法實現，或是造成建筑物的安全等級過高，造成不必要的浪費，尤其對于超大體量的創意型建筑，傳統規范的適應力較差。
伴隨著建筑設計日益多元化、個性化，國際上正在興起一種/考//新的性能化的防火設計方法，即通過量身定制、功能匹配的系統綜合分析，形成更有針對性、更經濟合理的消防設計方案。在“十五”國家科技攻關計劃支持下，我國也開展了建筑性能化防火設計應用技術研究。該課題成果已開始在一些國家重大工程項目中成功應用，2008年奧運會70%的場館與配套設施采用了性能化防火設計，并已經付諸實施。
應用性能化防火設計，鳥巢的結構防火問題可科學、合理、經濟地得到解決。
在建筑火災中，需要確保結構在常規荷載和火場高溫綜合作用下不塌垮和失效，這是結構防火安全的基本原則。李引擎介紹說，根據各種計算模擬，火災中鳥巢鋼結構外罩受到的溫度均在200℃以內，而此時鋼材的強度和彈性模量相對變化不大，因此，受溫小于200℃的鋼材處于安全限值之內。
鳥巢是個半開敞的露天場館，高達67米。防火所從比賽場地、看臺等方面對火災情景做了多種設計、分析和計算。例如，假設慶祝花車進入體育場表演引發的比賽場地火災情景，經測算距離地面以上42米的平均溫度只有45℃，對鋼結構不會有影響。
鳥巢是在觀眾席的外圍，利用大量相互支撐的網絡狀鋼構架“編織”而成的。鳥巢鋼框架懸臂的轉角處猶如人體胳膊的肘部，受力最大，較為脆弱。如果看臺區域發生火災，接近高層看臺的力臂能否承受火災荷載？計算結果顯示，懸臂在火災發生下的最大應力比為0.7，低于鋼架的彈性承載力，也不會影響結構的整體安全。
“經過科學的計算和分析，只要將火控制在一定區域，國家體育場的鋼框架外罩的結構是安全的，因此無需采用額外的防火保護。”對此李引擎十分自豪，他說這一項就有可能為國家節省上千萬元。
疏散——8分鐘原則
進入“鳥巢”內部，高大宏偉的建筑令人嘆為觀止。國家體育場將容納91000名觀眾，一旦發生火情，觀眾安全疏散需要多長時間呢？
李引擎向記者演示了鳥巢看臺人員安全疏散計算模型，結果是7.5分鐘時最后一名觀眾撤離到安全區域。他說，我國傳統的建筑防火規范沒有特定的疏散時間限制，只是對看臺出口的寬度有指標要求。2008年奧運場館的疏散設計參照國際慣例，經綜合分析最后確定為8分鐘原則。
例如英國《體育場館安全設計指南》建議，每個安全出口的控制疏散時間定為不超過8分鐘，因為以正常速度通過安全出口的時間小于8分鐘時，觀眾一般不會出現激動、焦慮和緊張的情緒。悉尼奧運場館設計就采用了8分鐘的安全疏散標準。
技術人員通過仿真模擬，利用看臺疏散場景的計算機動態計算分析找到體育場各個部分可能影響人員疏散的安全隱患，并對看臺疏散通道寬度和布置反復進行優化設計。
站在看臺高處俯視，鳥巢是碗狀的橢圓形建筑。其實，這是經過改動后的結果，鳥巢最初是設計成相對較短距離兩邊分別帶有4個鋸齒的碗邊。看臺分為上、中、下三層，由于上層看臺區觀眾密集，人員疏散壓力較大，防火所建議減少上層看臺觀眾。隨著奧運“瘦身”計劃的實施和整體結構的調整，碗邊被“削平了尖”，上層看臺的疏散壓力得以緩解。
走上“鳥巢”最高層觀眾席，讓人有“一覽眾山小”的感覺。據介紹，這里高達51米，相當于站在18層樓頂。如果發生火災，高處人多擁擠最容易造成疏散恐慌。“我們把高層看臺的出口由原來通行2列觀眾改成3列，并在中間和兩邊特意加了護欄，以確保人員的安全撤離。”李引擎告訴記者。
出于同樣的原因，樓梯的設計也作了人性化的處理。鳥巢建有6層集散大廳，聯結集散大廳和地面安全區域的是室外大樓梯。這些大樓梯平面長度63米，猶如24條巨龍盤旋在鳥巢外壁。為避免擁擠的人群在混亂中可能發生踩踏現象，科研人員把平直的大樓梯進行了錯位調整，改成了“之”字形，并增加了樓梯扶手，以減少疏散中后方人員對前方的擠壓。可以說，從安全疏散設計的細微之處體現了性能化防火的靈活性和科學性。
人們在感嘆這些建筑氣勢恢宏的同時，不免心生好奇——特大型場館是如何做到防火安全和人員及時疏散的？今天，讓專家帶我們探訪一下大型奧運體育場館是如何構筑防火屏障的。
結構——“真金不怕火煉”
沿著北京中軸線往北，集中了眾多奧運場館的北京奧林匹克公園已露出“廬山真面目”。巨大的銀色鋼結構織成的“鳥巢”獨樹一幟，這里是2008年奧運會主體育場，近10萬觀眾將現場見證盛大壯觀的奧運會開幕式。
鋼材耐火性不高，一般承重鋼結構都加以防火保護。但像鳥巢這樣的建筑，如果采用傳統的結構防火保護措施無疑會嚴重影響其建筑效果，而且花費不菲。中國建筑科學研究院建筑防火研究所通過引入新的設計理念，科學地分析了火災可能對該鋼結構框架造成的影響，他們得出結論：在控制可燃物的條件下，鳥巢鋼結構外罩不需要采用防火保護。
“按照現行規范體系，鋼結構防火要采用防火板和防火涂料的辦法，才能達到一定的耐火強度。如果在鋼結構外面釘板，加大了材料的厚度，鳥巢不再輕盈；噴涂防火涂料會使鋼結構變得粗糙難看，破壞了鳥巢的建筑外觀效果。”防火所所長李引擎說，在現行條文式規范框架下，個性化設計與建筑防火似乎成了“魚和熊掌”。
他說，由于傳統的防火設計規范適用于所有類型的建筑，所以有些要求難免粗放和籠統，故無法充分考慮到各個建筑的具體功能和使用情況。因此，嚴格按照規范設計，有時會使得建筑物原有的設計功能無法實現，或是造成建筑物的安全等級過高，造成不必要的浪費，尤其對于超大體量的創意型建筑，傳統規范的適應力較差。
伴隨著建筑設計日益多元化、個性化，國際上正在興起一種/考//新的性能化的防火設計方法，即通過量身定制、功能匹配的系統綜合分析，形成更有針對性、更經濟合理的消防設計方案。在“十五”國家科技攻關計劃支持下，我國也開展了建筑性能化防火設計應用技術研究。該課題成果已開始在一些國家重大工程項目中成功應用，2008年奧運會70%的場館與配套設施采用了性能化防火設計，并已經付諸實施。
應用性能化防火設計，鳥巢的結構防火問題可科學、合理、經濟地得到解決。
在建筑火災中，需要確保結構在常規荷載和火場高溫綜合作用下不塌垮和失效，這是結構防火安全的基本原則。李引擎介紹說，根據各種計算模擬，火災中鳥巢鋼結構外罩受到的溫度均在200℃以內，而此時鋼材的強度和彈性模量相對變化不大，因此，受溫小于200℃的鋼材處于安全限值之內。
鳥巢是個半開敞的露天場館，高達67米。防火所從比賽場地、看臺等方面對火災情景做了多種設計、分析和計算。例如，假設慶祝花車進入體育場表演引發的比賽場地火災情景，經測算距離地面以上42米的平均溫度只有45℃，對鋼結構不會有影響。
鳥巢是在觀眾席的外圍，利用大量相互支撐的網絡狀鋼構架“編織”而成的。鳥巢鋼框架懸臂的轉角處猶如人體胳膊的肘部，受力最大，較為脆弱。如果看臺區域發生火災，接近高層看臺的力臂能否承受火災荷載？計算結果顯示，懸臂在火災發生下的最大應力比為0.7，低于鋼架的彈性承載力，也不會影響結構的整體安全。
“經過科學的計算和分析，只要將火控制在一定區域，國家體育場的鋼框架外罩的結構是安全的，因此無需采用額外的防火保護。”對此李引擎十分自豪，他說這一項就有可能為國家節省上千萬元。
疏散——8分鐘原則
進入“鳥巢”內部，高大宏偉的建筑令人嘆為觀止。國家體育場將容納91000名觀眾，一旦發生火情，觀眾安全疏散需要多長時間呢？
李引擎向記者演示了鳥巢看臺人員安全疏散計算模型，結果是7.5分鐘時最后一名觀眾撤離到安全區域。他說，我國傳統的建筑防火規范沒有特定的疏散時間限制，只是對看臺出口的寬度有指標要求。2008年奧運場館的疏散設計參照國際慣例，經綜合分析最后確定為8分鐘原則。
例如英國《體育場館安全設計指南》建議，每個安全出口的控制疏散時間定為不超過8分鐘，因為以正常速度通過安全出口的時間小于8分鐘時，觀眾一般不會出現激動、焦慮和緊張的情緒。悉尼奧運場館設計就采用了8分鐘的安全疏散標準。
技術人員通過仿真模擬，利用看臺疏散場景的計算機動態計算分析找到體育場各個部分可能影響人員疏散的安全隱患，并對看臺疏散通道寬度和布置反復進行優化設計。
站在看臺高處俯視，鳥巢是碗狀的橢圓形建筑。其實，這是經過改動后的結果，鳥巢最初是設計成相對較短距離兩邊分別帶有4個鋸齒的碗邊。看臺分為上、中、下三層，由于上層看臺區觀眾密集，人員疏散壓力較大，防火所建議減少上層看臺觀眾。隨著奧運“瘦身”計劃的實施和整體結構的調整，碗邊被“削平了尖”，上層看臺的疏散壓力得以緩解。
走上“鳥巢”最高層觀眾席，讓人有“一覽眾山小”的感覺。據介紹，這里高達51米，相當于站在18層樓頂。如果發生火災，高處人多擁擠最容易造成疏散恐慌。“我們把高層看臺的出口由原來通行2列觀眾改成3列，并在中間和兩邊特意加了護欄，以確保人員的安全撤離。”李引擎告訴記者。
出于同樣的原因，樓梯的設計也作了人性化的處理。鳥巢建有6層集散大廳，聯結集散大廳和地面安全區域的是室外大樓梯。這些大樓梯平面長度63米，猶如24條巨龍盤旋在鳥巢外壁。為避免擁擠的人群在混亂中可能發生踩踏現象，科研人員把平直的大樓梯進行了錯位調整，改成了“之”字形，并增加了樓梯扶手，以減少疏散中后方人員對前方的擠壓。可以說，從安全疏散設計的細微之處體現了性能化防火的靈活性和科學性。
