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张家口作为冬奥会举办城市，未来也将被打造为冬季冰雪运动之都。张家口奥体中心既包含了常规的夏季项目场馆，又包含了富有特色的冰上项目场馆，因此夏季与冰上项目场馆在总体布局、功能设计上的兼顾成为新建奥体中心区别于其他城市体育中心的重要特色（图1-1、图1-2）。
张家口奥体中心的体育建筑包括体育场、体育馆、游泳馆、速滑馆，以及训练馆、配套服务设施和室外场地。未来体育场馆可承办国际单项及国内综合性运动会，体育场、体育馆、游泳馆、速滑馆均为甲级体育建筑。因此，本项目的体育竞赛功能要求及相关的体育工艺标准较高。
图1-1 张家口奥体中心效果图
图1-2 张家口奥体中心总平面图
针对张家口奥体中心内体育场、体育馆、训练馆、游泳馆、速滑馆的项目特点，整理总结其特殊消防设计问题，见表1-1。其中防火分区面积的参考标准为5 000 m 2 。
表1-1 张家口奥体中心特殊消防设计问题汇总
（续表）
针对本项目大空间防火分区面积扩大的问题，本小节从火灾烟气控制、人员疏散安全性等方面进行综合分析，认为该空间在消防设施的安全保护下，可达到规范要求的安全水平，该防火分区划分方式可行。
场馆所有人员必须全部逃生至室外才能保证安全，因此本项目人员疏散计算将以全部人员疏散至室外的时间作为安全标准。规范中的计算方法主要用于计算观众厅的出口所需宽度与出观众厅的疏散时间。参照规范对场馆疏散距离、疏散宽度、疏散人数进行校核计算，并用瞬态疏散和步行者移动模拟（simulation of transient evacuation and pedestrian movements，STEPS）软件进行仿真模拟人员疏散过程，分析找出体育中心各个部分可能影响人员疏散的安全隐患。
场馆排烟设计目标是保证人员的安全疏散。因此，排烟系统的设计应保证在疏散过程中烟气不会对人产生危害，这可以通过分析火灾中烟气的蔓延状态、烟气温度与能见度等指标进行判断。烟层应保持的清晰高度（与储烟仓烟气厚度有关）设定为距看台区最高点2 m处，最终实际排烟系统的性能采用计算机模拟验证确定。
体育馆和速滑馆比赛大厅设置包厢、观众服务用房等火灾危险性较高的区域。针对这些区域，提出如下消防设计要求：
（1）敞开包厢应采用不燃烧材料装修，家具采用不燃烧或难燃烧材料制作。
（2）封闭包厢面向大空间采用C类防火玻璃分隔。
（3）观众服务用房按封闭舱设计，墙体采用耐火极限不低于2 h的防火隔墙，顶棚采用耐火极限不低于1.5 h的防火顶板；不能设置墙体的部位应采用耐火极限不低于2 h的防火卷帘或C类防火玻璃等分隔。
（4）以上区域的顶棚下应安装火灾自动报警系统、自动喷淋系统，当房间面积大于100 m 2 ，还需要设置排烟系统。
游泳馆存在疏散距离超长的问题，且该门厅作为大空间外的疏散走道进行设计，其疏散距离为18.5 m（图1-3），超出规范要求的12.5 m。由于门厅空间层高低，不具有大空间的蓄烟条件，因此该门厅按《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）第5.5.17条第2款规定的扩大前室进行设计，从而解决疏散距离超长的问题。
图1-3 游泳馆首层门厅超距离示意
游泳馆楼梯间首层出室外超距离，超距离的楼梯布置如图1-4所示。图中楼梯1难以调整位置，故按《建筑设计防火规范》第5.5.17条第2款规定进行设计，即在首层采用扩大前室，具体设计可参考《建筑设计防火规范》13J811-1改5.5.17图示5（图1-5）。
图1-4 游泳馆楼梯间首层出室外超距离示意
图1-5 《建筑设计防火规范》13J811-1改5.5.17图示5
对于楼梯2、3，可疏散至二层，然后直通室外（图1-6）。该楼梯即便布置在二层，也主要为地下人员疏散服务，因此在楼梯疏散指示标志时，可引导至二层疏散。
图1-6 楼梯2、3在二层可直通室外
体育馆西侧的环路在人员疏散时具有重要的作用，部分人员必须经过环道才能到达室外。因此，该环道必须作为人员疏散的安全空间，即建筑内人员疏散至此即可认为是安全的。
本项目的消防环道在设计时，结合车行流线设置了很多直通室外的开口，环道两个最近开口之间距离最长约80 m（图1-7），这些开口便于环道内发生火灾后的烟气蔓延和扩散，也提高了环道的疏散安全性。为保证西侧环路的消防安全水平，本项目提出如下消防策略：
（1）环道与相邻功能房间之间应采用固定甲级防火玻璃窗，房间门采用甲级防火门，墙体采用耐火极限不低于2 h的防火隔墙进行分隔，防止火灾蔓延。
（2）临近环道功能房间设置自动灭火系统、火灾自动报警系统、机械排烟系统，排烟量参照规范要求设置。
（3）环道两侧为自然开口，对于长度大于60 m的环道，为保证烟气不在环道区域积聚，在环道内设置机械排烟系统，排烟量按地面面积的60 m 3 ／hm 2 计算。
（4）环道为安全通道，在日常使用中严格管理，该区域不应进行商业经营或堆放任何可燃物。当有比赛及相关活动时，该区域不应停放机动车。
图1-7 首层环道开口间最近距离示意（箭头指向处为开口位置）
本项目为重要的体育馆建筑，规模较大，建筑功能复杂，比赛场地观众厅疏散宽度计算按照《建筑设计防火规范》第5.5.20条的规定计算，关键计算值可见规范的表5.5.20-2。比赛场地周边的配套服务用房的疏散宽度按《建筑设计防火规范》第5.5.21条的规定计算，关键计算值可见其中的表5.5.21-1。
根据《建筑设计防火规范》中第5.5.20条：
“5.5.20剧场、电影院、礼堂、体育馆等场所的疏散走道、疏散楼梯、疏散门、安全出口的各自总净宽度，应符合下列规定：
……
3 体育馆供观众疏散的所有内门、外门、楼梯和走道的各自总净宽度，应根据疏散人数按每100人的最小疏散净宽度不小于表5.5.20-2的规定计算确定。”
根据以上规范的要求，确定张家口奥体中心各场馆的疏散宽度指标如下：
（1）体育馆座位大于10 000座，观众厅平坡地面疏散宽度为0.32 m／百人，楼梯疏散宽度为0.37 m／百人。中心场地低于0 m标高的区域疏散宽度按1 m／百人。
（2）训练馆赛后包含多功能演艺、会议、宴会，且主要空间位于－6 m，疏散宽度按1 m／百人。
（3）游泳馆观众席1 407座，疏散门宽度按0.65 m／百人进行设计。
（4）速滑馆观众席3 220座，观众厅平坡地面疏散宽度为0.43 m／百人，楼梯疏散宽度为0.5 m／百人。
（5）观众厅看台，可按看台座椅数量确定观众厅疏散人数。
（6）比赛场地内的疏散人数将视体育馆内举办活动的不同而不同。当举办比赛时，场地内的人员主要由运动员、教练员、随队人员、裁判员及媒体记者组成。对于规模较小的场馆，如游泳馆、热身馆，其比赛时场地内总人数按200人设计；对于规模较大的场馆，如体育馆、速滑馆，其比赛时场地内总人数按300人设计。
（7）场馆内配套的办公区和设备区以及公共区的工作人员假设为观众总人数的5％，包厢区人数按其座椅数确定。
各场馆大空间均采用机械排烟，排烟量应满足现行规范关于中庭大空间的排烟量计算方法，且设置补风系统，补风可采用机械或自然补风方式，见表1-2。排烟量按其体积的4次／h换气计算。
表1-2 各场馆排烟补风系统设置情况
在本项目的火灾烟气模拟中，选取设计方提供的机械排烟量和机械补风量进行计算，机械补风不足的地方利用外门及外窗进行自然补风。
在各场馆外墙设置自然排烟窗，按空间需要并结合建筑设计防火规范，在速滑馆设置消防救援窗，满足消防扑救的需要。
由于各场馆体量较大，体育馆、速滑馆、训练馆场地中心设置冰场功能，地下设置制冷设备，而游泳馆场地中心设置游泳池，因此无法设置消火栓管路。
鉴于各场馆比赛场地空间高大，发生火灾蔓延的风险较低。项目要求比赛场地应设置大空间自动灭火系统，且应两股水柱进行保护；此外，比赛场地周边通往安全通道处均设置了室内消火栓，栓箱内配备消防软管卷盘。在此消防灭火保护方案下，比赛场地场芯区域可不设置消火栓。体育馆地下一层消火栓设置示意如图1-8所示。
图1-8 体育馆地下一层消火栓设置示意
根据《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》（CECS 263：2009）第4.1.2条、7.3.1条可知，智能炮规范要求持续喷水灭火时间应不低于1 h，且全覆盖被保护区域。
根据《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB 50338—2003）第4.2.1条、4.3.3条可知，固定炮规范要求扑救室内火灾的灭火用水连续供给时间不应小于1 h，且室内消防炮的布置应能使两门水炮的水射流同时到达被保护区域的任一部位。
为提高本项目比赛大厅大空间水灭火系统灭火的可靠性，项目要求体育馆、速滑馆设置固定消防炮系统，训练馆、游泳馆设置大空间智能型主动喷水灭火系统，且应有两股水柱进行保护。同时，增大了消防水池容积，对于固定消防炮系统和大空间智能型主动喷水灭火系统，将规范中要求的持续喷水灭火时间由1 h增加到2 h。
为确保水炮在大空间火灾初期启动的及时性，本工程在高大空间设置线型光束感烟火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器、图像型火焰探测器三种不同参数的火灾探测装置，以保证及时联动启动水炮水泵，将火灾控制在初期。
同时，为保证自动喷水灭火系统的可靠性，建议设置消防自动末端试水系统，各馆包厢、设备用房、仓库及公共走道部分自喷系统应采用快速响应喷头。
在体育馆、游泳馆、训练馆、速滑馆满足机械排烟的基础上，在各个场馆设置自然排烟窗，排烟窗应在储烟仓以内或室内净高度的1／2以上且不低于2 m高度设置，按空间需要并结合《建筑设计防火规范》在体育馆、速滑馆设置消防救援窗，以满足消防扑救的需要。
（1）体育馆周边设置自然排烟窗，排烟面积不小于二层体育馆观众厅地面面积的2％；在体育馆三层西北侧和东侧的包厢休息厅设置消防救援窗口，满足消防救援的要求，并做出标识。
（2）训练馆周边设置自然排烟窗，排烟面积不小于训练馆二层门厅地面面积的2％；训练馆二层可直接疏散至室外平台，因训练馆三层为不临外墙的机房，故不设置消防救援窗口。
（3）游泳馆周边设置自然排烟窗，排烟面积不小于游泳馆二层观众厅及首层比赛厅地面面积的2％；游泳馆二层可直接疏散至室外平台，因游泳馆三层为不临外墙的机房，故不设置消防救援窗口。
（4）速滑馆周边设置自然排烟窗，东西两侧自然排烟面积不小于速滑馆首层及二层观众休息厅地面面积的5％，南北侧自然排烟面积不小于首层房间地面面积的2％；速滑馆首层及二层南北观众休息厅处设置消防救援窗口，并做出标识。因速滑馆三层为不临外墙，故不设置消防救援窗口。
针对张家口体育中心场馆特殊消防问题进行评估的总体目标如下：
1）保障人员的生命安全
即建筑物内发生火灾时，整个建筑系统（包括消防系统）能够为建筑内的所有人员提供足够的时间疏散到安全的地点，疏散过程中不应受到火灾及烟气的危害。
2）保护财产安全
通过合理安排可燃物间距、合理策划防排烟系统方案等，控制火灾的蔓延，尽量减少财产损失。
3）保护消防队员的安全
发生火灾后的一段时间内，建筑结构应保证进入建筑物内部进行消防战斗的消防队员的生命安全。
4）烟气蔓延状态的性能指标
建筑的排烟系统应能够将烟气控制在人员活动区域以上的高度；在建筑内部发生火灾，不应产生火灾蔓延的现象；体育馆钢结构应保证结构的安全性能，火灾后一定时间内不能垮塌。
为了保证人员安全疏散，在本项目中将采用以下的性能指标：
（1）如果烟层下降到距离人员活动地板高度2 m以下，烟层的温度不应超过60℃。
（2）距离人员活动地面高度2 m以下的烟气能见度不小于10 m。
本次评估工作选择在国际火灾科学和消防工程学界广泛承认且具有较高可信度的分析工具或分析方法进行性能化设计。
人员疏散到安全地点所需要的时间应小于通过判断火场人员疏散耐受条件得出的危险来临时间，并且考虑一定的安全裕度，则可认为人员疏散是安全的，疏散设计合理。反之则认为不安全，需要改进设计。
即
式中RSET——疏散时间，指建筑内需要进行疏散的全体人员从火灾明燃开始到疏散至安全场所的时间，包括疏散开始时间（ t start ）和疏散行动时间（ t action ）两部分，疏散开始时间可定性分析，疏散行动时间可通过模拟软件进行分析，这里采用STEPS软件进行分析（s）；
ASET——危险到来时间，表示火场中的烟和热的影响直接作用于人，达到人体耐受条件的时间。超过此时间，火场内的条件便会对人员疏散构成危险，这里采用火灾动力学模拟（fire dynamics simulation，FDS）软件进行分析（s）。
1）RSET预测理论
RSET包括疏散开始时间（ t start ）和疏散行动时间（ t action ）两部分。疏散时间预测将采用以下方法：
（1）疏散开始时间（ t start ）：即从起火到开始疏散的时间，一般地，疏散开始时间与火灾探测系统、报警系统，起火场所、人员相对位置，疏散人员状态及状况、建筑物形状及管理状况，疏散诱导手段等因素有关。疏散开始时间（ t start ）可分为探测时间（ t d ）、报警时间（ t a ）和人员的疏散预动时间（ t pre ）。
式中 t d ——探测时间，火灾发生、发展将触发火灾探测与报警装置而发出报警信号，使人们意识到有异常情况发生，或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉系统察觉到火灾征兆的时间；
t a ——报警时间，从探测器动作或报警开始至警报系统启动的时间；
t pre ——人员的疏散预动时间，即人员从接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的这段时间间隔，包括识别时间（ t rec ）和反应时间（ t res ）。
式中 t rec ——识别时间，即从火灾报警或信号发出后到人员还未开始反应的这一时间段。当人员接收到火灾信息并开始做出反应时，识别阶段即结束；
t res ——反应时间，即从人员识别报警或信号并开始做出反应至开始直接朝出口方向疏散之间的时间。与识别阶段相似，反应阶段时间的长短也与建筑空间的环境状况有密切关系，从数秒钟到数分钟不等。
（2）疏散行动时间（ t action ）：即从疏散开始至疏散到安全地点的时间，它由疏散动态模型模拟得到。疏散行动时间预测是基于建筑中人员在疏散过程中是有序进行且不发生恐慌为前提的。
如图1-9所示，考虑到疏散过程中存在的某些不确定性因素（实际人员组成、人员状态等），需要在分析中考虑一定的安全余量以进一步提高建筑物的疏散安全水平。安全余量的大小应根据工程分析中考虑的具体因素，包括计算模拟结果的准确程度以及参数选取是否保守，是否考虑到了足够的不利情况（如考虑在火灾区附近的疏散出口被封闭）等多方面确定。
图1-9 火灾发展与人员疏散过程关系
人员安全疏散计算一般有现场模拟试验测量法、经验公式法、计算机模拟三种方法。现场模拟试验测量的方法主要用于科学研究，但由于资金和试验条件的限制很少用于工程应用；经验公式法是通过大量的试验数据总结出的，由一系列经验公式组成，一般可以通过手工计算进行疏散预测，以日本为代表的一些国家主要采用这类方法；计算机模拟法是通过计算机软件模拟人员疏散的动态过程，来预测人员疏散运动的过程和时间，目前主要有网络模型和精细网格模型两种模型。
2）疏散开始时间确定
关于场馆大空间区域，采用探测报警装置性能进行分析。关于体育场环道区域的疏散开始时间参考“日本避难安全检证法”提供的房间疏散开始时间量化计算方法，其计算方法为
式中 A floor ——建筑面积（m 2 ）。
（1）探测与报警时间。
本项目热身场地区域设置红外对射感烟探测器报警系统，根据相关数据资料显示，设定火灾探测时间 t det ＝60 s。
报警时间 t a 应根据建筑内所采用的火灾探测与报警装置的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模、着火空间的高度等条件，考虑设定火灾场景下，建筑内人员的密度及人员的安全意识与清醒状态等因素综合确定。我国《火灾报警控制器通用技术条件》（GB 4717—1993）规定“火灾报警控制器内或其控制进行的查询、中断、判断和数据处理等操作，对于接收火灾报警信号的延时不应超过10 s”，因此保守考虑设定火灾报警时间 t a ＝30 s。
（2）疏散预动时间（ t pre ）。
疏散预动时间是人员确认火情后至疏散行动开始之前的时间。疏散预动时间可分为识别时间（ t rec ）和反应时间（ t res ）两个阶段。
表1-3给出了不同用途建筑物采用不同报警系统时的人员识别时间。本项目采用应急广播系统，人员处于清醒状态，易于确认火灾报警并找到疏散方向，识别时间参考表中展览馆，取 t rec ＝120 s。
表1-3 不同用途建筑物采用不同报警系统时的人员识别时间
注：1.W1——采用声音实况广播系统。2.W2——预录（非直播）声音系统和／或视觉信息警告播放系统。3.W3——采用警铃、警笛或其他类似报警装置的报警系统。
人员反应时间是人员识别报警信号并开始做出反应至开始朝出口方向疏散之间的时间。与识别阶段类似，人员反应时间的长短也与建筑空间的环境状况有密切关系，从数秒钟到数分钟不等，本项目人员处于清醒状态且建筑空间简单，易于相互通知，因此人员反应时间设定为30 s。
综上，本项目热身场地区疏散开始时间见表1-4。
表1-4 各区人员疏散开始时间表
3）疏散模拟软件STEPS介绍
在本项目中，采用STEPS软件对各场馆人员疏散运动过程与时间进行分析。
疏散模拟软件STEPS专门用于分析建筑物中人员在正常及紧急状态下的人员疏散状况。适用建筑物包括大型综合商场、办公大楼、体育馆、地铁站等。应用项目包括中央电视台新台址、国家体育场、国家网球中心新馆、国家体育馆、哈尔滨万达茂、北京宜家商场望京店等。模型的精确性已与NFPA130：2010有轨列车及铁路客运体系标准（简称“NFPA130标准”）计算结果进行比较。
STEPS疏散模型的运算基础和算法是基于精细的“网格系统”（图1-10），模型将建筑物楼层平面分为细小系统，再将墙壁等加入作为“障碍物”，网格大小取决于人员密度的最大值（本项目网格尺寸为0.5 m×0.5 m）。建筑物中的楼梯用倾斜面或联结接通，只能单向行走。模型中的人员则由使用者加入预先确定的区域中。详细的人员特性输入包括人员种类、人员体积、人员行走速度等。
图1-10 STEPS网格系统模型
模型内的每个个体将会针对所知人员疏散出口计分，计分越低，人员越会选择此出口作为人员疏散方向。人员疏散出口的计分考虑了许多因素，包括：人员到出口的人员疏散距离、人员对此出口的熟悉程度、出口附近的拥挤程度及出口本身单位时间的人员流量。此人员疏散出口的计分是以每人每时段计算。STEPS疏散模拟如图1-11所示。
图1-11 STEPS疏散模拟
与所有其他同类的模型一样，此人员疏散模型有以下假设及限制：
（1）建筑物内疏散通道和疏散出口是通畅的，而火灾区附近的疏散通道或出口则可能被封堵。
（2）模型只模拟有行动能力的人，残疾人士则假设由其他方式逃离，例如经消防队员帮助逃离。
（3）使用者可自行设定人员行走速度及出口流量，进行有序情况下人员疏散模拟。模型本身并不会因拥挤状况而调整设定，但在拥挤情况下，模型中人员会因被前面的人挡住去路而无法继续前进，因此行走速度会间接改变。
（4）在出口处，现实生活中可能发生的人与主流反向而行的情况不做考虑。
（5）模型采用0.09～0.25 m 2 的网格系统。其网格的大小与模型的运作时间有一定的关系，采用更加细小的网格系统将使模型的运作时间相对延长。
（6）模型中人员只能以45°角向八方移动。
（7）计算机模型只分析人员所需的行走时间，不包含火灾探测时间及人员行动前的准备时间。现实生活中，完整的人员疏散时间则需要加上疏散开始时间，即人员疏散时间＝行走时间（计算机模拟）＋疏散开始时间。
（8）模型中所模拟的时间因人员所处位置、人员特性和人员选择出口／人员疏散方向的决定方式带有随机性，因此每次模拟出的人员疏散时间会有所差别。最大偏差值为±3％。
（9）在建模时，建筑本身的计算机辅助设计（computer aided design，CAD）图须首先转换为DXF格式，然后输入至计算机模型作分析。模型中人员行走／逃生途径皆取决于此输入图。所有模型中的平面、墙壁、楼梯间和出口位置都建立在由使用者所界定的“网格系统”中。建筑中的柱子、墙壁等都被界定为障碍物，模型中人员无法通过。模型中的楼梯是以连接线代表，人员在连接线上的行走速度是依据不同地点而调整。模型中的楼梯间将由多条连接线合成，而每一楼层的最后一条连接线将与楼层的水平面连接，连接线与连接线之间设有“出口”（图1-12），使得模型中人员可以顺着楼梯行走。
图1-12 楼梯出口位置
4）FDS烟气蔓延模拟软件介绍
危险到来时间的预测需要分析在所设计的防排烟系统作用下，火灾产生的热烟气在建筑空间内的运动特性。本项目采用FDS场模型进行火灾烟气运动预测分析。
场模型又称为计算流体动力学（computational fluid dynamic，CFD）模型，这种模型一般计算量非常大，通常在工作站或大型机上运行。与区域模型不同，场模型中求解的是基本的守恒方程。在场模型中，所分析的空间被划分成许多的单元体（区域），然后采用守恒方程来求解各单元体之间热量和质量的流动情况。由于场模型中划分的单元体的数量很多，单元体的尺寸又比较小，因此能够进行更精细地分析，并且能够解决不规则的空间形状和特殊的气流运动等在区域模型不能解决的问题。因此，当空间几何形状比较复杂，或需要详细了解诸如空间内温度、速度、烟气组分等参数时一般采用场模型。
FDS是美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）开发的一种燃烧过程中流体流动的CFD模型，此模型为基于有限元素方法下的电脑化的流体力学模型，主要用于分析火灾中烟气与热的运动过程。
在模型的开发过程中，其主要目标始终定位于解决消防工程中的实际问题，同时为火灾和燃烧动力学的基础研究提供一种可靠的工具。对于此模型，现有大量的文件说明，同时有为验证该模型准确性的大规模及仿真的火灾试验数据。
FDS目前最新的是第五版（FDS6.4.0）。迄今为止，该模型的应用一半集中于烟气控制系统的设计和喷淋、火灾探测动作的研究设计，另一半集中于民用和工业建筑火灾的模拟重建。新版的FDS程序对燃烧热释放率、辐射热传导的计算更加精确，降低了模型对网格的依赖性。同时，在网格划分、墙体的热传导、燃烧模型、初始条件设置等方面都更加完善。该模型工具未受到任何具有经济利益及与之相连的其他团体的影响及操纵。
FDS建模模型设置要求如下：
（1）模型尺寸按实际建筑尺寸进行建模。
（2）假设火源采用快速t平方火源。
（3）初始条件是假设流场的初始状态为静止，模拟区域内温度与室外环境温度均为20℃，压力为1 atm（1 atm＝101.325 kPa）。
（4）壁面边界条件是绝热边界条件。
（5）湍流模型是大涡模型（large eddy simulation，LES）。
火灾场景是对一场火灾整个发展过程的定性描述，该描述确定了反映该次火灾特征并区别于其他可能火灾的关键事件。火灾场景通常需要定义引燃、火灾增长阶段、完全发展阶段和衰退阶段，以及影响火灾发展过程的各种消防措施和环境条件。因此，火灾场景的选择要充分考虑建筑物的使用功能、建筑的空间特性、可燃物的种类及分布、使用人员的特征以及建筑内采用的消防设施等因素。设定火灾场景是指在建筑物性能化消防设计和消防安全性能评估分析中，针对设定的消防安全设计目标，综合考虑火灾的可能性与潜在的后果，从可能的火灾场景中选择出供分析的火灾场景。通常，应根据最不利原则选择火灾风险较大的火灾场景作为设定的火灾场景。
1）火灾危险性
张家口奥体中心内各类场馆具备赛时和赛后功能。因此，赛时，比赛场地中心可燃物主要为比赛所用器材；赛后举行大型演出活动时，可燃物主要为舞台布景、演出设备等。场地四周及周围包厢内的可燃物主要为公共空间内的座椅或包厢内的座椅、装修材料等。对于观众休息厅，不进行商业经营或者堆放任何可燃物，大厅内设置的精品商店内的可燃物为观众休息厅的主要火灾荷载。
（1）场馆属于公共聚集场所。投入使用时，通常聚集着大量人员。若发生火灾等紧急事件，人员容易惊惶、拥堵疏散出口。
（2）诱发火灾因素多。大型体育场馆功能完善、结构复杂，内部设置的照明、音响、通信等电器的临建线路较多，易引发火灾；而且场馆正常使用时，场馆内聚集着大量人员，可能存在吸烟、丢弃烟头等现象。除此以外，电器线路老化也是诱发火灾的重要因素。
2）热释放速率
火灾发生的规模应综合考虑建筑内消防设施的安全水平、火灾荷载的布置及种类、建筑空间大小，以及成熟可信的统计资料、试验结果等确定。
火灾发生从起火到旺盛燃烧阶段，释热速率大致按指数规律增长。赫斯凯斯特得（Heskestad）指出，可用如下二次方程描述：
式中
——释热速率（kW）；
α ——火灾增长系数（kW／s 2 ）；
t ——点火后的时间（s）；
t 0 ——开始有效燃烧所需的时间（s）。
在此不考虑火灾的前期酝酿期，即从火灾出现有效燃烧时算起，因此释热速率为
“t平方火”的增长速度一般分为慢速、中速、快速和超快速四种类型。池火、快速沙发火大致为超快速型，托运物品用的纸壳箱、板条架火大致为快速型，其火灾增长系数见表1-5。
表1-5 四种标准“狋平方火”
实际火灾中，热释放速率的变化是个非常复杂的过程，上述设计的火灾增长曲线只是与实际火灾相似。本项目涉及的可燃物包括衣服、沙发、座椅等，均采用快速火进行分析。
3）场馆火灾规模确定
参照国际上通行的水喷淋启动控制火灾规模的方法，计算火灾受到自动灭火设备控制时的火灾规模。即认为自动灭火设备系统启动前，火灾规模按快速型增长；在自动灭火设备启动后，火灾保持恒定规模，不再增长。结合场馆可燃物分布位置，比赛大厅场中央各区域的火灾规模设置如下。
（1）比赛大厅场中央火灾。
场馆设置了智能灭火装置，智能灭火装置在探测到约为0.16 MW火灾规模后，30 s后将水喷出，而快速火增长至0.16 MW需60 s时间，即喷淋启动时间共为90 s，乘以2倍的安全系数，则启动时间为90×2＝180 s，此时火灾规模为0.046 89×180×180＝1.5 MW。当设置水炮时，根据水炮系统的设计资料，从起火后一直到被扑救前（此时火灾已经达到其最大火灾面积）的时间由以下三部分组成：
①起火到火灾发展到可以被探测到时间， t a ＝（0.3／2）／0.006＝25（s）。
②探测报警时间 t b ≤30 s。
③消防炮定位延迟时间 t c ≤120 s。
考虑2倍的安全因子， T ＝2 t ＝2×175＝350（s），此时火源热释放速率为
在比赛大厅场中央火灾的烟气控制系统计算中，赛时选取5 MW火灾进行计算。
（2）舞台火灾。
场馆内赛后如有演艺模式，则对该项目分析时考虑自动灭火系统失效的情况，舞台火的最大热释放速率一般为10 MW，相当于1辆厢式货车或者2到3辆小汽车的火灾规模。
（3）座椅火灾。
美国消防协会（National Fire Protection Association，NFPA）提出了可堆叠的椅子的放热率。一般来说，椅子会有金属腿和金属框架以及在结构材料上的少量可燃填料。这些椅子单个放起来不会有多大风险，而堆叠起来则可能会引起较大危险。12把堆叠椅子的热释放速率峰值可达2 250 kW，相当于燃烧大约17 min的中型火灾。表1-6是一些试验的火灾测试数据。
表1-6 火灾测试数据
表1-6中火灾蔓延速度大部分是在中速和快速之间，大多数接近中速；一个测试的火灾蔓延速度升至高峰比快速蔓延速度还快，而且很快又下降了。此外，火灾在座椅间蔓延是极有可能的，但随着火势蔓延，最初的燃烧物会烧尽。
在奥运会场馆座椅安装过程中，中国建筑科学研究院建筑防火研究所曾针对某场馆使用的座椅进行实体燃烧试验。
火灾试验结果表明：该座椅的材料的燃烧性能为B2级，仍具有一定的阻燃特性。在30 min试验时间内，火灾仅限于着火座椅区域，后排座椅仅有局部变形，前排座椅后背烧损。其试验结果为性能化评估提供了主要论据，座椅试验照片如图1-13所示，座椅热释放速率曲线如图1-14所示。
图1-13 座椅试验照片
图1-14 座椅热释放速率曲线
根据试验可得，座椅火灾规模最大为0.5 MW，炭黑粒子产生率为0.05。
综上所述，可将本项目座椅区的火灾规模确定为2 MW。
（4）包厢火灾。
包厢内的座椅通常为沙发类，其数量不多，且呈离散布置。根据沙发试验（图1-15）可知，一个双人沙发发生火灾时的最大热释放速率为3 MW，如图1-16所示。从安全角度考虑，将本项目包厢内座椅发生火灾时的最大火灾规模确定为3 MW。
（5）休息厅商铺火灾。
在休息厅商铺火灾的烟气控制系统计算中，参考上海市工程建设规范《建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2006），见表1-7，选取喷淋有效的商铺火灾3 MW火灾进行计算。
图1-15 沙发火灾试验照片
图1-16 沙发试验火灾热释放速率随时间变化曲线
表1-7 《建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2006）火灾模型热释放量
（续表）
注：设有快速响应喷头的场所可按本表减小40％。
（6）体育场环道车辆火灾。
体育场首层北侧、东侧、南侧设置有车行环道，环道内可通行大巴和小型汽车。一般来说，大巴的火灾规模高于小汽车。表1-8给出了《公路隧道通风设计细则》（JTG／T D70／2-02—2014）、PIARC—1995（表1-9）、NFPA 502—2017（表1-10）规范中关于隧道车辆的火灾功率数据。环道为单向行车，长度小于100 m，综合这几本规范的车辆火灾规模设计要求，本项目选取20 MW作为环道大巴车辆的设计火灾规模。
表1-8 JTG／TD70／2-02—2014隧道火灾最大热释放率 单位：MW
世界道路协会PIARC—1995年隧道车辆火灾数据及汽车火灾荷载与规模的研究内容如下：
表1-9 PIARC—1995年隧道车辆火灾功率
表1-10 NFPA502—2017中文版车辆火灾功率
（7）体育场环道周围库房火灾。
参考上海市工程建设规范《建筑防排烟技术规程》选取喷淋有效的仓库火灾4 MW火灾进行计算。
综上所述，本项目场馆火灾规模设计的统计情况见表1-11。
表1-11 本项目场馆火灾规模设计的统计情况
1）人员类型
人员类型可以简化并分为：成年男性、成年女性、儿童和长者，见表1-12。根据不同功能区域确定人员类型组成并参照Simulex疏散模型所建议的数值。
表1-12 人员种类及组成 单位：％
2）人员速度
各人员种类的平面最高行走速度参考了英国SFPE Handbook、美国NFPA130规范及Simulex的建议（表1-13）。
表1-13 人员速度和形体特性
人员在楼梯间的行走速度则是基于Fruin建议的安全流量取得。Fruin建议，在有限的空间情况下，楼梯间的人员密度应设计为1.1～2.7人／m 2 以确保安全。基于图1-17 SFPE Handbook中的人员密度与人员移动速度的关系，取得参考平均楼梯间行走速度。
假设在看台走道、坡道和楼梯中的行走速度为平面步行速度的0.6倍。
模型只模拟有行动能力的人员，对于残障人士则假设由其他方式逃离，例如由消防队员或专门人员协助、使用无障碍坡道或消防电梯疏散。
除了人员行走速度外，亦要考虑在出口和楼梯间的人流流量。本项目中门口走道和楼梯间的参考单位宽度人员流量，根据英国SFPE Handbook中的逃生人员流动速率与密度的关系（图1-18），并参考NFPA130和英国《体育场建筑安全设计指南》（简称“《绿色指南》”）提出的人员疏散速度和人流流量数据（表1-14）。
图1-17 人员密度与人员移动速度的关系
图1-18 人员流动速率与人员密度的关系
表1-14 人流流量数据
（续表）
英国体育场《绿色指南》提出的单位人流流量为可能出现的最大单位人流流量。在工程分析中应在此基础上进行一定的折减，本项目采用的最大单位人员流量见表1-15所示。
表1-15 单位宽度人流流量
注：此处取得的宽度为有效宽度。
有效宽度是出口或楼梯间的净宽度减去边界层宽度。根据消防工程学关于人员疏散分析原理，认为在大量人流进行疏散过程中，靠近障碍物的人员通常倾向与障碍物之间留有一条空隙，称之为边界层。边界层的宽度是参考SFPE Handbook中的建议数值，见表1-16。
表1-16 不同出入通道的边界层宽度
将单位宽度人流流量值乘以各个出口及楼梯间的有效宽度，则得到人员疏散行动模拟中各个出口及楼梯间的疏散人流流量，即进而得到疏散通道上模拟的人流流量。
体育场首层环道所在区域共划分为3个防火分区（图1-19），其中北侧防火分区面积最大，连续环道长度最长，选取该防火分区的环道进行火灾场景分析。
图1-19 张家口奥体中心体育场含环道防火分区
1）排烟补风设计概况
北侧防火分区环道与周边功能房间共用排烟风机，排烟量按最大防烟分区的120 m 3 ／hm 2 设计，排烟风机风量为45 000 m 3 。环道最大防烟分区面积为375 m 2 ，同时也为该防火分区内最大的防烟分区面积。
2）疏散设计概况
体育场首层环道北侧防火分区包括室内热身场地，疏散人数最多，为200人。
3）火灾场景设置
体育场北侧防火分区环道及周边球类器材库房内设置了2个火源位置，并考察了环道的火灾安全性。其中库房面积472 m 2 ，火灾场景设计见表1-17，火源位置示意如图1-20所示。
图1-20 张家口奥体中心体育场首层室内热身场地火源位置示意
表1-17 张家口奥体中心体育场火灾场景设计
4）人员疏散时间计算
（1）基本概况。
所分析区域的防火分区面积为3 723 m 2 ，该防火分区内的室内热身场地疏散人数按200人计算。
火灾发生时，人员疏散时间与疏散开始时间有关，也与人的疏散运动时间有关。疏散运动时间的长短与建筑物内疏散通道的长度、宽度，人员的数量和行进速度等参数有关。
（2）疏散开始时间计算。
本场景房间疏散开始时间计算方法，采用《日本避难安全检证法》提供的房间疏散开始时间（表1-18）量化计算方法，其计算方法为
表1-18 房间疏散开始时间
（3）疏散行动时间计算。
热身场地内任一点到达疏散门的距离以及疏散门至室外的距离示意如图1-21所示。其中，疏散至室外的最大直线距离为47 m。
图1-21 张家口奥体中心体育场首层疏散距离（圆半径为37.5m）
人的行进速度与人员密度、年龄和灵活性有关。当人员密度小于0.5人／m 2 时，人群在水平地面上的行进速度可达70 m／min且不会发生拥挤。热身场地面积1 260 m 2 ，疏散人数200人，可得人员密度为0.05人／m 2 （小于0.5人／m 2 ），人群在水平地面上的行进速度可取70 m／min。本场景人员疏散步行时间见表1-19。
表1-19 人员疏散步行时间
（4）出口通过时间。
参考《建筑设计防火规范》中5.3.9的条文说明（规范第238页），平坡地面的每股人员流量为43人／min，阶梯地面的每股人员流量为37人／min，则每分钟每米宽度的人员流量（即流出系数）分别为43／0.55≈78（人）和37／0.55≈67（人）。本项目热身场地与环道地面高度相差很小，按照平坡地面流出系数43／0.55≈78（人）计算。
室内热身场地有三个疏散门，单个疏散门净宽度为1.5 m。三个疏散门均可就近疏散至室外，且该室外开口完全敞开，净宽度为6.7 m。在分析热身场地出口通过时间时仅考虑疏散门。室内热身场地疏散示意如图1-22所示，其疏散宽度见表1-20。
图1-22 张家口奥体中心体育场首层室内热身场地疏散示意
表1-20 张家口奥体中心体育场首层室内热身场地疏散宽度
在计算疏散出口流出时间时对应的疏散宽度为疏散净宽度减去边界层宽度。边界层的宽度是参考SFPE手册中的建议数值，门的边界层宽度为0.15 m，见表1-21。门有两个边界层，边界宽度和为0.30 m。计算可得室内热身场地单个出口的疏散宽度为1.20 m，出口通过时间见表1-22。
表1-21 经典通道的边界层宽度
表1-22 出口通过时间
（5）北侧防火分区内人员安全疏散时间计算。
结合疏散开始时间为122 s，可以得到室内热身场地人员疏散时间为205 s，见表1-23。
表1-23 疏散时间表 单位：s
5）烟气模拟结果
本项目内设置了2个火源位置，每个火源位置均结合自动喷水灭火系统的有效性、排烟系统的有效性设计了不同工况。其模拟结果见表1-24。
表1-24 危险来临时间统计表
6）人员疏散安全性分析
结合中环道内和房间内的火灾场景模拟，环道内发生火灾时，直通室外的敞开口将着火区域隔离出来，其危险来临时间为531 s，相邻的其他环道区域在1 800 s内未出现危险情况。
房间内发生火灾时，烟气溢出房间在环道内蔓延扩散，但环道内1 800 s内未出现能见度低于10 m的危险情况。通过前面的计算，可知室内热身场地人员安全疏散所需时间为205 s，低于环道内发生火灾后的危险来临时间。因此，火灾发生后，室内热身场地人员均可以安全疏散。本项目体育场环道人员疏散安全性对比分析见表1-25。
表1-25 张家口奥体中心体育场环道人员疏散安全性对比分析
1）排烟补风设计概况
体育馆所有不具备自然通风条件的封闭楼梯间，设置机械加压送风防烟系统，地下室防烟楼梯间加压送风，使其处于正压状态（设计参数：防烟楼梯为40～50 Pa，前室为25～30 Pa），以阻止烟气渗入，便于建筑内人员能安全离开。地下室无窗房间排烟时补风由专用补风机补风，补风机与排烟风机连锁启停。
比赛大厅排烟系统按照中庭设置，体育馆比赛大厅体积为365 000 m 3 ，体积大于17000 m 3 ，排烟量按照其体积的每小时4次换气计算，为365000 m 3 ×4次／h＝1460000 m 3 ／h。比赛大厅共设置30台排烟风机，每台排烟量为50 000 m 3 ／h，总计1 500 000 m 3 ／h。其他区域按照规范设计，排烟风机及排烟口设置情况如图1-23所示。
图1-23 比赛大厅排烟口设置位置示意
比赛大厅补风采取机械补风与自然补风方式，机械补风结合空调系统从座椅下方补风，机械补风总量为194625 m 3 ／h，占总排烟量的13％，剩余部分由外门进行自然补风（图1-24），经核算，外门补风速度约为1.29 m 3 ／s。
图1-24 体育馆首层（左）及二层（右）可提供自然补风的外门位置
2）疏散设计概况
（1）疏散宽度统计。
①地下一层（图1-25）为场地中央区域，赛时为比赛场地，赛后为文艺演出场地。赛时主要为运动员、裁判员等人员，赛后为观众区域和舞台区域。因此当赛后模式时，比赛中心场地人员最多。地下一层疏散宽度统计见表1-26。
图1-25 赛后体育馆地下一层平面图（－6.2m）
表1-26 地下一层疏散宽度统计
②首层（图1-26）观众厅人员通过两个疏散门疏散至一层观众休息厅，进而疏散至首层室外空间。赛时观众厅人员最多。首层疏散宽度统计见表1-27。
表1-27 首层疏散宽度统计
③二层（图1-27）为观众主要疏散平台，活动座椅区人员和固定座椅区人员通过观众区疏散走道疏散至二层平台，人员通过二层疏散门疏散至观众休息厅，进而通过二层室外平台和疏散楼梯疏散至室外。赛时观众人数最多。二层疏散宽度统计见表1-28。
图1-26 体育馆首层平面图（0m）
图1-27 体育馆二层平面图（6m）
表1-28 二层疏散宽度统计
④三层（图1-28）为包厢区，包厢内人员通过疏散门疏散至包厢休息厅，通过8部疏散楼梯疏散至室外。三层疏散宽度统计见表1-29。
图1-28 体育馆三层平面图（10.5m）
表1-29 三层疏散宽度统计
⑤四层（图1-29）为临时座椅区，人员从座椅区直接通过8部疏散楼梯疏散至室外。赛时观众人数最多。四层疏散宽度统计见表1-30。
图1-29 体育馆四层平面图（14.5m）
表1-30 四层疏散宽度统计
（2）疏散人数计算。
体育馆比赛场地包含场地中央人员和座椅区人员。分为赛时模式和赛后模式，赛时模式承办国内综合性和国际单项室内赛事（体操、手球、篮球、排球、乒乓球等），同时可兼作为冰上项目（冰球、短道速滑、花样滑冰等）场馆使用，赛后模式可承办文艺演出等活动。
①赛时模式的疏散人数统计（表1-31）。
a.比赛场地人员，举办比赛时，场地内的人员主要由运动员、教练员、随队人员、裁判员，以及媒体记者组成。体育馆规模较大，其比赛场地的总人数是按300人进行设计的。
b.观众区人数，对于观众看台，可按看台座椅数量确定观众厅人数。观众座席数为15 000座（固定座椅5 700座，活动座椅4 300座，临时座椅5 000座）。同时，考虑场馆内配套的办公区和设备区以及公共区的工作人员，假设其为观众总人数的5％。
c.主席台，根据主席台座椅人数计算，并考虑工作人员，人数为100人。
表1-31 赛时模式的疏散人数统计
②赛后模式的疏散人数统计（表1-32）。
a.比赛场地人员，赛后比赛场地为文艺演出使用，比赛场地布置舞台、座椅（图1-30）。其中，座椅为1 200个，则人数为1 200人；舞台面积为353 m 2 ，舞台人员密度为0.5人／m 2 ，因此舞台人员为177人；考虑工作人员为观众人数的5％，因此比赛场地工作人员为60人。共计1 437人。
b.观众区人数，赛后体育馆为演艺模式，由于拆除部分活动座椅，因此活动座椅区人数为2 152人。同时，由于舞台演出视角的问题，部分座椅无法观看演出，因此观众区人数为9 150人。考虑工作人员为观众人数的5％，因此观众区工作人员为458人。共计9 608人。
c.主席台，根据主席台座椅人数计算，并考虑了工作人员，人数为100人。
表1-32 赛后模式的疏散人数统计
图1-30 赛后观众活动座椅和固定座椅的布置
（3）疏散宽度校核（表1-33）。
本项目中心场地疏散宽度按1 m／百人。观众厅平坡地面疏散宽度为0.32 m／百人，楼梯疏散宽度为0.37 m／百人。
表1-33 观众厅防火分区疏散宽度统计
3）火灾场景设置
火灾场景设置见表1-34，B1层、2F层、3F层和4F层火源位置示意分别如图1-31～图1-34所示。
表1-34 火灾场景设置
图1-31 B1层火源位置示意
图1-32-2F层火源位置示意
图1-33-3F层火源位置示意
图1-34-4F层火源位置示意
4）疏散场景设置
疏散场景设置见表1-35，疏散场景S2、S3、S4和S5疏散封堵示意分别如图1-35～图1-38所示。
表1-35 疏散场景设置
图1-35 疏散场景S2疏散封堵示意
图1-36 疏散场景S3疏散封堵示意
图1-37 疏散场景S4疏散封堵示意
图1-38 疏散场景S5疏散封堵示意
5）烟气模拟结果
本项目内设置了6个火源位置，每个火源位置均结合自动喷水灭火系统和排烟系统的有效性设计了不同工况，其模拟结果见表1-36。
表1-36 危险来临时间统计
（续表）
6）人员疏散结果
体育馆STEPS疏散模型的赛时模式俯视、赛时模式和赛后模式分别如图1-39～图1-41所示。
图1-39 STEPS疏散模型（赛时模式俯视）
图1-40 STEPS疏散模型（赛时模式）
图1-41 STEPS疏散模型（赛后模式）
结合火灾场景，疏散场景共模拟了5个场景，根据火源位置及疏散最不利原则，封堵火源附近疏散出口，疏散行动时间和疏散时间统计分别见表1-37。
表1-37 疏散时间统计
（续表）
7）人员疏散安全性分析
本项目在设定的火灾场景与疏散场景下，人员疏散均是安全的。具体的安全性对比分析见表1-38。表1-38中的疏散时间，若无特殊说明，均为各层的整层疏散时间。
表1-38 人员疏散安全性对比分析
（续表）
（续表）
1）排烟补风设计概况
训练馆设置机械加压送风防烟系统和机械排烟系统，补风口和排烟口布置如图1-42所示。
（1）补风。大空间设置初步设计6台15 000 m 3 ／h的空调箱进行补风，一共90 000 m 3 ／h，设置28个补风口。补风量不小于排烟量的50％。
（2）排烟。训练馆大空间排烟系统按照中庭设置，训练馆训练大厅体积大于17000 m 3 ，排烟量按照其体积的4次换气计算，排烟量为150 000 m 3 ／h，训练大厅共设置4个排烟口，其他区域按照规范设计。
图1-42 补风口和排烟口布置
2）疏散设计概况
（1）疏散宽度统计。
①训练馆地下一层主要为热身场地及其配套的运动员更衣室、库房等。热身场地与活动座椅区及门厅划分为一个防火分区，共设有8部封闭楼梯间疏散。篮球赛模式和表演模式的地下一层疏散示意分别如图1-43、图1-44所示。地下一层疏散楼梯统计见表1-39。
图1-43 篮球赛模式地下一层疏散示意
表1-39 地下一层疏散楼梯统计
②训练馆首层主要为热身场地上空，设有8部封闭楼梯间供观众区人员疏散。首层疏散示意如图1-45所示，首层疏散楼梯统计见表1-40。
图1-44 表演模式地下一层疏散示意
图1-45 首层疏散示意
表1-40 首层疏散楼梯统计
③训练馆二层设有健身馆、入口门厅及休息厅，健身馆人员可通过门厅周边的疏散口疏散至室外。本层的8部封闭楼梯间可通过门厅直通疏散口疏散至室外。二层疏散示意如图1-46所示，二层疏散楼梯统计见表1-41。
图1-46 二层疏散示意
表1-41 二层疏散楼梯统计
④训练馆三层为设备机房层，设有4部封闭楼梯间供工作人员疏散。三层疏散示意如图1-47所示，三层疏散楼梯统计见表1-42。
图1-47 三层疏散示意
表1-42 三层疏散楼梯统计
（2）疏散距离统计。
热身场地内任一点到达场地疏散楼梯间的最大直线距离不超过37.5 m。地下一层热身场地内疏散距离如图1-48所示。
二层健身场地到达室外疏散门的最大直线距离不超过37.5 m。二层健身场地内疏散距离如图1-49所示。
通往二层的8部封闭楼梯间通往室外疏散门的距离示意如图1-50所示。
图1-48 地下一层热身场地内疏散距离（圆弧半径为37.5m）
图1-49 二层健身场地内疏散距离（圆弧半径为37.5m）
图1-50 楼梯间通往室外疏散距离示意
（3）疏散人数确定。
训练馆包括热身馆和全民健身馆，赛时热身馆可作为体育馆的热身场地使用，满足竞赛需要，平时也可作为全民健身馆使用。热身馆内设有制冰设施，可作为冰场对外开放。热身馆还可以作为多功能演艺、会议、宴会等空间使用，可容纳近1 200名观众。
由于赛事馆内人员较少，因此本次模拟主要考虑赛后使用时的人员疏散情况，主要分为篮球赛模式和表演模式两种。
①篮球赛模式疏散人数统计（表1-43）。
a.观众席疏散人数，对于观众看台，可按看台座椅数量确定观众厅人数。训练馆篮球赛模式时临时座椅数量总计为1 056座。
b.比赛场地内疏散人数，比赛场地内的疏散人数将视体育馆内举办的活动不同而不同。当举办比赛时，场地内的人员主要由运动员、教练员、随队人员、裁判员，以及媒体记者组成，比赛时场地内总人数通常不会超过200人。办公区和设备区以及公共区的工作人员假设为观众人数的5％。
表1-43 篮球赛模式疏散人数统计
②表演模式疏散人数统计（表1-44）。
a.观众席疏散人数，对于观众看台，可按看台座椅数量确定观众厅人数。训练馆表演模式时临时座椅数量总计为1 200座。
b.演出场地内疏散人数，比赛场地内的疏散人数将视体育馆内举办的活动不同而不同。当举办文艺演出时，根据《建筑设计防火规范》中规定，其他歌舞娱乐放映游艺场所的疏散人数应按该场所的建筑面积0.5人／m 2 计算确定。比赛场地内舞台面积为352 m 2 ，由此计算得到场地内疏散人数为176人。办公区和设备区以及公共区的工作人员假设为观众人数的5％。
表1-44 表演模式疏散人数统计
（4）疏散宽度校核。
地下一层热身场地所在防火分区的人数详见5.2.2.5节，考虑人数最多的演出模式，观众席1 200座，工作人员考虑5％，舞台演出人员176人，共计1 436人，见表1-45。
表1-45 宽度校核统计
3）火灾场景设置
本项目设置了4个火源位置，其中部分火源位置结合灭火系统的有效性、排烟系统的有效性设计了不同工况，考察训练场地的安全性。火灾场景设置见表1-46，篮球赛模式和表演模式的火灾场景示意分别如图1-51、图1-52所示。
表1-46 火灾场景设置
（续表）
图1-51 篮球赛模式火灾场景示意
4）疏散场景设置
人员疏散场景主要考虑所有出口可用和某主要出口附近发生火灾被封闭的情况，疏散场景列举见表1-47。
疏散场景S2、S3、S5、S6示意分别如图1-53～图1-56所示。
图1-52 表演模式火灾场景示意
表1-47 疏散场景列举
图1-53 疏散场景S2示意
图1-54 疏散场景S3示意
图1-55 疏散场景S5示意
图1-56 疏散场景S6示意
5）烟气模拟结果
本项目内设置了4个火源位置，其中部分火源位置结合灭火系统的有效性、排烟系统的有效性设计了不同工况，其模拟结果见表1-48。
表1-48 危险来临时间统计
6）人员疏散结果
结合训练馆的建筑平面及火灾场景，共设置了6个火灾场景，分别考虑了赛后的篮球赛模式（疏散场景S1、S2、S3）及舞台表演模式（疏散场景S4、S5、S6），RSET见表1-49。
表1-49 人员RSET汇总
（续表）
根据表1-49可知，由于篮球赛模式时临时座椅为阶梯形式，观众需要从阶梯式座椅向上或向下疏散至各层后进入封闭楼梯间，而表演模式为平层疏散，因此虽然篮球赛模式人数小于表演模式人数，但从疏散时间上看，篮球赛模式的疏散时间要略大于表演模式的疏散时间。
7）人员疏散安全性分析
本项目在设定的火灾场景与疏散场景下，具体的人员疏散安全性对比分析见表1-50。
表1-50 人员疏散安全性对比分析
（续表）
1）排烟设计概况
接下来主要介绍防火分区D-F1～2-F01的排烟补风设计原则。
（1）排烟方式的选择：采用机械排烟，在大厅上部设置机械排烟口，其剖面图如图1-57所示。
图1-57 机械排烟的剖面图
（2）排烟窗面积／排烟量设计原则：排烟风机设在机房排烟机房内，大空间排烟系统按照中庭设置，大厅体积大于17 000 m 3 ，排烟量按照其体积的4次换气计算。观众厅体积为140 000 m 3 ，设计机械排烟量为600 000 m 3 ／h。
2）疏散设计概况
（1）疏散宽度统计。
①首层主要为泳池，该防火分区共设有两个疏散出口直接对外，泳池所在大厅共设有四个出口，其中两个疏散到相邻分区。首层疏散示意如图1-58所示，首层疏散宽度统计见表1-51。
图1-58 首层疏散示意
图中的箭头为比赛大厅借用出口
表1-51 首层疏散宽度统计
②游泳馆二层主要是观众区及观众休息厅，共设有5个疏散出口直接疏散到二层室外平台，疏散宽度统计见表1-52。
表1-52 二层疏散宽度统计
（续表）
（2）疏散人数确定。
游泳馆二层赛时布置活动座椅，在赛后将布置羽毛球活动场地，对外开放，相对赛后，赛时场地内人员数量更多，疏散难度更大。因此，本次模拟主要考虑赛时的人员疏散情况。疏散人数统计见表1-53。
①观众席疏散人数，对于观众看台，可按看台座椅数量确定观众厅人数。座椅数量总计为1 407座。
②比赛场地内疏散人数，场地内的人员主要由运动员、教练员、随队人员、裁判员，以及媒体记者组成，比赛时场地内总人数通常不会超过200人。
③工作人员，公共区的工作人员假设为观众人数的5％。
表1-53 疏散人数统计
（3）疏散宽度校核。
考虑活动座椅满布的情况，观众席1 407座，工作人员考虑5％，比赛场地内人员200人，共计1 678人。疏散宽度校核见表1-54。
表1-54 疏散宽度校核
3）火灾场景设置
本项目设置了3个火源位置（图1-59），其中部分火源位置结合灭火系统的有效性、排烟系统的有效性设计了不同工况。经对本项目各区域的火灾危险源辨识和危险性分析，本项目火灾场景设置见表1-55。
表1-55 火灾场景设置
图1-59 火源位置示意
4）疏散场景设置
人员疏散场景（图1-60）主要考虑所有出口可用和某主要出口附近发生火灾被封闭的情况，见表1-56。
图1-60 疏散场景示意
表1-56 疏散场景列举
5）烟气模拟结果
本项目设置了3个火源位置，每个火源位置均结合自动喷水灭火系统的有效性、排烟系统的有效性设计了不同工况。其模拟结果见表1-57。
表1-57 危险来临时间统计
（续表）
6）人员疏散结果
通过人员疏散模拟（图1-61），各疏散场景的疏散时间见表1-58。
图1-61 STEPS疏散模型
表1-58 人员疏散行动时间汇总
通过表1-58对比分析可知，不同疏散场景的疏散时间相差不多。通过对比疏散过程，以及疏散宽度等疏散参数，本场馆疏散宽度远大于规范的规定。本场馆限制疏散时间的主要因素是人员行走时间，在疏散出口处人员排队现象不明显，因此，虽然部分场景封堵了疏散出口，但疏散时间相差不大。
7）人员疏散安全性分析
本项目在设定的火灾场景与疏散场景下，人员疏散均是安全的。具体的人员疏散安全性对比分析见表1-59。表1-59中疏散时间，若无特殊说明，均为各层的整层疏散时间。
表1-59 人员疏散安全性对比分析
1）排烟补风设计概况
速滑馆所有不具备自然通风条件的封闭楼梯间，设置机械加压送风防烟系统，地下室防烟楼梯间加压送风，使其处于正压状态（设计参数：防烟楼梯为40～50 Pa，前室为25～30 Pa），阻止烟气渗入，以便建筑内人员能安全离开。
大空间比赛大厅采用机械排烟，补风形式为观众座椅区下方机械补风和下部门窗洞口自然补风。
机械排烟量：比赛大厅及南北两侧观众休息厅机械排烟量按照比赛大厅体积的换气次数4次／h计算，比赛大厅体积为420 000 m 3 ，设计机械排烟量为171 m 3 ／h。其他区域按照规范设计。东西两侧观众休息厅自然排烟，有效排烟面积不小于地面面积5％。
场馆观众厅设机械补风及自然补风门窗，且门窗处自然补风风量大于3 m／s会对人员疏散造成影响，因此，自然补风口风速不应大于3 m／s。
2）疏散设计概况
（1）疏散出口分布。
首层为比赛大厅，赛时为比赛场地，主要人员为运动员、裁判员等；该区域共设有8个疏散出口直接对外，首层疏散出口分布如图1-62所示，首层疏散宽度见表1-60。
图1-62 首层疏散出口分布
表1-60 首层疏散宽度统计
二层主要为看台区和观众休息厅，该区域人员从看台疏散至观众休息厅，再通过封闭楼梯疏散至室外，或通过开敞楼梯疏散至首层观众休息厅，然后通过观众休息厅疏散至室外。二层疏散宽度统计见表1-61。
表1-61 二层疏散宽度统计
三层主要为包厢区，该区域人员从包厢出来通过封闭楼梯疏散至室外。三层疏散宽度统计见表1-62。
表1-62 三层疏散宽度统计
（2）疏散人数（表1-63）。
①比赛场地人员，举办比赛时，场地内的人员主要由运动员、教练员、随队人员、裁判员，以及媒体记者组成。速滑馆规模较大，其比赛场地总人数按300人进行设计。
②观众区人数，对于观众看台，可按看台座椅数量确定观众厅人数。速滑馆二层座席数总共为3 093座，三层座席数总共167座。同时，考虑场馆内配套的办公区和设备区以及公共区的工作人员，假设其为观众总人数的5％。
表1-63 赛时疏散人数统计
（3）疏散宽度校核。
参考《建筑设计防火规范》，本项目中心场地疏散宽度按0.65 m／百人。观众厅平坡地面疏散宽度为0.43 m／百人，楼梯疏散宽度为0.5 m／百人。观众厅防火分区疏散宽度统计见表1-64。
表1-64 观众厅防火分区疏散宽度统计
3）火灾场景设置
（1）火源位置。
本项目设置了4个火源位置，每个火源位置均结合灭火系统和排烟系统的有效性设计了不同工况，考察场地设备的安全性。
位置1（图1-63）：二层座椅区，座椅起火。
位置2（图1-64）：三层包厢，包厢内沙发等设施起火。
位置3（图1-65）：二层商业区，可燃商品及装修等起火。
图1-63 二层座椅区火源位置示意
图1-64 三层包厢火源位置示意
图1-65 二层商业区火源位置示意
（2）火灾场景。
本项目速滑馆的火灾场景设置见表1-65。
表1-65 火灾场景设置
（3）物理模型（图1-66）。
为验证排烟方案能否满足所有火灾情况下的排烟要求，根据设计提供的图纸，利用火灾动力学软件FDS对排烟效果进行模拟，并给出验证结果和模拟结论。
图1-66 FDS模型
网格大小为1m×1m×1m，火源区网格精度为1m×1m×0.5m，网格总数为1250352
4）疏散场景设置
疏散场景的设计总体原则是：找出火灾发生后，最不利于人员安全疏散的情况。本项目人员疏散场景设置见表1-66。
表1-66 人员疏散场景设置
其中，疏散场景S2疏散示意如图1-67所示。
图1-67 疏散场景S2疏散示意（2F）
5）烟气模拟结果
本项目的速滑馆内设置了4个火源位置，每个火源位置均结合自动喷水灭火系统的有效性、排烟系统的有效性设计了不同工况。其模拟结果见表1-67。
6）人员疏散结果
STEPS疏散模型如图1-68所示，人员疏散行动时间汇总见表1-68、表1-69。
表1-67 危险来临时间统计
图1-68 STEPS疏散模型
表1-68 人员疏散行动时间汇总（一）
表1-69 人员疏散行动时间汇总（二）
7）人员疏散安全性分析
本项目在设定的火灾场景与疏散场景下，人员疏散均是安全的。具体的人员疏散安全性对比分析见表1-70。表1-70中疏散时间，无特殊说明，均为各层的整层疏散时间。
表1-70 人员疏散安全性对比分析
本项目包括体育场、体育馆、游泳馆、训练馆和速滑馆。存在室内场馆、比赛场地、观众厅防火分区扩大、疏散距离超长以及环道用于人员疏散通道的问题。因此，结合国内外规范设计要求，对本项目从防火、疏散、排烟、灭火设计等方面进行梳理、研究，提出对应的消防策略。在本次评估提出的消防策略及人员疏散安全性分析的基础上，本项目的平面布局及消防设计方案可行。张家口奥体中心消防设计问题汇总见表1-71。
表1-71 张家口奥体中心消防设计问题汇总
1）加强大空间内火灾危险性较高区域防火设计要求
体育馆和速滑馆比赛大厅设置包厢、观众服务用房等火灾危险性较高的区域。针对这些区域，提出如下消防设计要求：
（1）敞开包厢应采用不燃烧材料装修，家具采用不燃烧或难燃烧材料制作。
（2）封闭包厢面向大空间采用C类防火玻璃分隔。
（3）观众服务用房按封闭舱设计，墙体采用耐火极限不低于2 h的防火隔墙，顶棚采用耐火极限不低于1.5 h的防火顶板；不能设置墙体的部位应采用耐火极限不低于2 h的防火卷帘或C类防火玻璃等分隔。
（4）以上区域的顶棚下应安装火灾自动报警系统、自动喷淋系统，当房间面积大于100 m 2 ，还须设置排烟系统。
2）排烟补风设计原则
各场馆大空间均采用机械排烟，排烟量应满足现行规范关于中庭大空间的排烟量计算方法，且设置补风系统，补风可采用机械或自然补风方式。排烟量按其体积的4次／h换气计算。各场馆排烟系统和补风系统设置情况见表1-72。
表1-72 各场馆排烟系统和补风系统设置情况
3）疏散宽度设计原则
体育馆中心场地、训练馆疏散宽度按1 m／百人进行加强设计，其他区域疏散人数及宽度严格按照现行规范执行。
4）灭火系统设计原则
由于各场馆体量较大，体育馆、速滑馆、训练馆场地中心设置冰场功能，地下设置制冷设备，而游泳馆场地中心设置游泳池，因此无法设置消火栓管路。
鉴于各场馆比赛场地空间高大，发生火灾蔓延的风险较低。要求本项目比赛场地应设置大空间自动灭火系统，且应两股水柱进行保护；此外，比赛场地周边通往安全通道处均设置了室内消火栓，且栓箱内配备消防软管卷盘。在此消防灭火保护方案下，比赛场地场芯区域可不设置消火栓。
根据《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》CECS 263：2009第4.1.2条、7.3.1条可知，规范要求智能炮持续喷水灭火时间不应低于1 h，且全覆盖被保护区域。
根据《固定消防炮灭火系统设计规范》第4.2.1条、4.3.3条可知，规范要求固定炮扑救室内火灾的灭火用水连续供给时间不应小于1 h，且室内消防炮的布置应能使两门水炮的水射流同时到达被保护区域的任一部位。
为提高本项目比赛大厅大空间水灭火系统灭火可靠性，要求本项目体育馆、速滑馆设置固定消防炮系统，训练馆、游泳馆设置大空间智能型主动喷水灭火系统，且应两股水柱进行保护。同时，增大了消防水池容积，对于固定消防炮系统和大空间智能型主动喷水灭火系统，将规范中要求的连续给水时间由1 h增加到2 h。
为确保水炮在大空间火灾初期启动的及时性，本项目在高大空间设置线型光束感烟火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器、图像型火焰探测器三种不同参数的火灾探测装置，以保证及时联动启动水炮水泵，将火灾控制在初期。
同时，为保证自动喷水灭火系统的可靠性，建议设置消防自动末端试水系统，各场馆包厢、设备用房、仓库及公共走道部分自喷系统应采用快速响应喷头。
5）人员疏散安全性分析与验证
对于各场馆超规范的大空间区域，针对大空间内可能出现的可燃物及其布置位置，设置对应的火灾场景与疏散场景。采用烟气数值模拟软件和疏散软件进行分析，模拟结果显示，在设定的边界条件基础上，各场馆的人员疏散均安全。体育场环道、体育馆、训练馆、游泳馆、速滑馆的人员疏散安全性对比分析分别见表1-73～表1-77。
表1-73 体育场环道人员疏散安全性对比分析
表1-74 体育馆人员疏散安全性对比分析
（续表）
（续表）
表1-75 训练馆人员疏散安全性对比分析
（续表）
表1-76 游泳馆人员疏散安全性对比分析
表1-77 速滑馆人员疏散安全性对比分析
针对游泳馆楼梯间首层出室外超距离的问题，按《建筑设计防火规范》第5.5.17条第2款规定进行设计，即在首层采用扩大前室，具体设计可参考《建筑设计防火规范》13J811-1改5.5.17图示5。另外两部楼梯可直接疏散至二层，然后直通室外。在楼梯疏散指示标识设计时，应注意引导人员疏散至二层。
游泳馆存在疏散距离超长的问题，且该门厅作为大空间外的疏散走道进行设计，其疏散距离为18.5 m，超出规范要求的12.5 m。由于门厅空间层高较低，不具有大空间的蓄烟条件，因此要求该门厅按《建筑设计防火规范》第5.5.17条第2款规定的扩大前室进行设计，从而解决疏散距离超长的问题。
体育馆西侧的环路在人员疏散时具有重要的作用，部分人员必须经过环道才能到达室外。因此，该环道必须作为人员疏散的安全空间，即建筑内人员疏散至此即可认为是安全的。
本工程消防环道在设计时，结合车行流线设置了很多直通室外的开口，环道两个最近开口之间距离最长约为80 m，这些开口便于环道内发生火灾后的烟气蔓延和扩散，也提高了环道的疏散安全性。为保证西侧环路的消防安全水平，提出如下消防策略。
（1）环道与相邻功能房间之间应采用固定甲级防火玻璃窗，其隔墙应至少具有1 h耐火极限，防止火灾蔓延。
（2）临近环道功能房间设置自动灭火系统、火灾自动报警系统、机械排烟系统，排烟量参照规范要求设置。
（3）环道两侧为自然开口，对于长度大于60 m的环道，为保证烟气不在环道区域积聚，在环道内设置机械排烟系统，排烟量按地面面积的60 m 3 ／hm 2 计算。
（4）环道为安全通道，在日常使用中严格管理，该区域不应进行商业经营或者堆放任何可燃物。当有比赛及相关活动时，该区域不应停放机动车。
在体育馆、游泳馆、训练馆、速滑馆满足机械排烟的基础上，在各个场馆设置自然排烟窗，排烟窗应在储烟仓以内或室内净高度的1／2以上且不低于2 m高度设置，按空间需要并结合建筑设计防火规范在体育馆、速滑馆设置消防救援窗，以满足消防扑救的需要。
（1）体育馆周边设置自然排烟窗，排烟面积不小于二层体育馆观众厅地面面积的2％；在体育馆三层西北侧和东侧的包厢休息厅设置消防救援窗口，满足消防救援的要求，并做出标识。
（2）训练馆周边设置自然排烟窗，排烟面积不小于训练馆二层门厅地面面积的2％；训练馆二层可直接疏散至室外平台，因训练馆三层为不临外墙的机房，故不设置消防救援窗口。
（3）游泳馆周边设置自然排烟窗，排烟面积不小于游泳馆二层观众厅及首层比赛厅地面面积的2％；游泳馆二层可直接疏散至室外平台，因游泳馆三层为不临外墙的机房，故不设置消防救援窗口。
（4）速滑馆周边设置自然排烟窗，东西两侧自然排烟面积不小于速滑馆首层及二层观众休息厅地面面积的5％，南北侧自然排烟面积不小于首层房间地面面积的2％；速滑馆首层及二层南北观众休息厅处设置消防救援窗口，并做出标识。因速滑馆三层为不临外墙，故不设置消防救援窗口。
建立消防安全培训与管理措施。做好相应各种情况的应急疏散预案，定期进行疏散演练。
定期测试、维护消防设施，从而确保任何时候消防系统均能有效运行。