膜结构是一种全新的建筑结构形式，它以优良的织物为材料，利用柔性钢索或刚性支撑结构通过弯曲内面力传送，将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度、张力，能够覆盖大跨度空间的结构体系，广泛运用于大型展览馆和体育中心。

然而新的建筑形式对传统的建筑防火设计理念提出了新的挑战。其独特的空间组合在防火分区的划分、疏散距离的确定等方面都超出了现行规范的要求。所以我们提出了性能化的防火设计方法，从建筑物的整体安全性去考虑，合理灵活地选择各项防火措施，确保膜建筑的防火安全性。

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一、膜结构建筑物的特点和火灾危险性

膜结构建筑物最大特点就是建筑体量庞大化，结构用材轻灵化、通透化。它的火灾危险性主要表现在①火灾蔓延快。膜建筑内部有较大和较高的吹拔空间，一旦发生火灾，各种垂直通道将起拔火桶作用，当烟气到达膜面以下时，顶部热气流水平运动，致使火灾横向扩大。②疏散困难。膜空间巨大，疏散距离长，加之火灾时烟雾的干扰，增大了疏散难度。另外，大空间内人员多，疏散时容易发生滞留。③扑救难度大。我们缺乏扑救这类大空间建筑物火灾的实战经验，往往会遇到例如：热辐射强，烟雾浓，火势蔓延速度快、途径多等很多困难，给消防灭火的登高作业、内攻侦察、火场供水等都带来不少困难。

二、膜结构建筑物的防火设计

2.1防火设计的原则

膜结构建筑物按照现行法规很难实现其特殊空间的安全性评价，以及为了提高建筑物整体安全性能，而试图减轻有关防火措施等方面的问题。所以我们提出性能化防火设计，通过计算机模拟和危险评估，在制定膜建筑的防火方案时，综合考虑地区、规模、用途、空间构成、建筑材料等方面，预测火灾时的火势蔓延、烟气流动、疏散、结构的状态等性状并确定评价方法，以得出适应火灾各阶段的防火对策。

2.2建筑防火设计

2.2.1总平面布置

膜建筑通常作为一个城市的标志性建筑，性质重要，占地面积很大，建筑总长度都在220 m以上，根据膜建筑的特点和功能要求很难实现规范要求——设置穿过建筑物的消防车道，所以在设环行消防车道的同时，靠近膜建筑建立一个高标准的消防站是十分必要的。美国的丹佛国际机场在满足国际民航消防救护“两分钟到达跑道终端”要求的同时，将三个消防站分布在膜结构航站楼附近。

2.2.2防火分区划分

国内现行的《建规》和《高规》分别规定，当其设有火灾自动报警系统和自动灭火系统，且采用不燃材料或难燃材料装修时，地上部分防火分区的允许最大建筑面积分别为5000m2和3000m2。膜建筑由于其大空间使用功能的需要，在以展厅或独立的使用空间划分防火分区时，其面积将超出我国现行规范的指标。目前世界上著名的丹佛国际机场(51000 m2)、日本东京TOKYO DOME(46755 m2)均将整个主体膜空间做成一个防火分区，国外消防技术规范对这类使用功能的膜建筑不按固定面积划分防火分区固然有其科学依据，但发达国家的防火灭火技术相对先进，我们不能简单的效仿或等效采用，而只能在执行我国防技术规范的前提下，有选择性的进行借鉴。所以我们通过性能化的设计采取以下几个补救措施。①主体空间可不再作防火分隔，但面积必须严格控制，不能一味的追求“大”。特别是展览中心，宜控制在8000～10000平方米以内。有关资料也表明，一个8000～10000平方米的展馆，足以独立作为任何性质的国际标准展厅使用；②膜空间和与之相连的部分之间必须设置有效的防火分隔设施，防止火势向膜空间以外的其它空间蔓延；⑧防烟分区的划分、排烟设施、疏散诱导系统及疏散出口个数、宽度的设计，应在执行现行规范的基础上，积极借鉴国外同类建筑消防设计的先进做法，优化设计，以弥补面积超标造成的不足。

2.2.3防烟分区划分及防排烟设计

在防火分区面积已经超标的情况下，笔者认为在膜空间内防烟分区的划分及防排烟优化设计比防火分区更加重要。

1．防烟分区的划分

膜建筑在主体大空间内无构造柱与梁，是一个连续完整的空间。所以通常普通建筑中以防火分区划分防烟分区在膜空间内很难适用。所以我们可以针对它特殊的结构体系，按照NFPA9214的烟控系统标准对大空间区域进行防烟设计，利用空间上方结构体系，挂上以耐火纤维为基材的轻质幕布，平时卷起，在火灾报警后自动放下，悬停于一定高度进行防烟分区，划分的面积在1000平方米左右，代替了传统的挡烟垂壁，效果明显。

2．膜空间的排烟

膜空间的排烟主要依靠机械排烟。在高大的空间内热烟气流运动复杂，实践证明在大空间建筑物内若风机安装方式或风量配置不当，反而会造成烟气弥散，扩大烟气的危害范围。

这里我们提出“烟羽流”的概念。在火灾中，随着燃烧的进行，高温燃烧产物在浮力驱动下流向顶棚，在火源上方形成了“烟羽流”。沿着羽流轴线，周围的冷空气受到横向卷吸，冷空气与羽流中的热烟气发生掺混，因而随着高度上升体积增大，羽流质量不断增加，同时羽流的平均温度和燃烧产物的平均浓度不断下降。羽流到达顶棚时将会横向散开，形成上部热烟气层，由于受空气自然流动和机械排风作用，羽流烟气不断向上充填，烟气层的厚度不断增加，在上部烟气层和下部洁净空气层中间出现比较明显的分界面，并且它随着时间的推移慢慢下降。

这类超大空间建筑物的排烟设计可考虑分为三个步骤；第一步是控烟，即通过一定的送风强度将火灾烟气吹向一个固定的空间内，使烟气不会无规则扩散；美国丹佛国际机场膜结构航站楼内上下均设有大功率送排风机，平时送进10％的新鲜空气，火灾时则送进100％的新鲜空气，送风强度很大，经测试，扩散的烟气不会超过20％。第二步是蓄烟，即利用建筑物自身的大空间条件设计“储烟仓”将烟气蓄积，形成距地面有一定高度的无烟层(储烟仓容积的确定要经过计算，太小则上升的烟羽流将迅速充满空间，太大就会使周围的冷空气大量地混入热气羽流，烟雾颗粒和有毒气体的温度和浓度则被降低而失去浮力。)，第三是排烟。国外研究机构通过计算机模拟证明：如果一个烟控系统设计适当，可以防止烟在30～45 min内聚集在距地面3～4m处。这段时间对于人员疏散是极其宝贵的，同时也给灭火创造了有利条件。

一个设计良好的排烟系统在及时排除烟气的同时，应在一定时间内提供适当的无烟气污染层高度。现行建筑排烟量通常按照《高规》提供的换气次数来确定，实验和计算机表明这种方法并不严密，并没有考虑到建筑空间的差异和火灾强度因素的影响。针对膜结构这种超大空间建筑物，我们结合国外先进的研究成果提出以下设计方法：

确定火灾强度和火场大小；

确定烟层高层；

计算烟气上升过程中吸卷入的空气量；(烟气量+吸卷入的空气量＝排风量)

验算由防烟幕布构成的“储烟仓”的深度和面积是否能够承接烟气；

确定排风口部位位置、大小；

分析其他可能影响排烟效果的因素。

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2.2.4安全疏散设计

火灾时期人员能否安全及时地疏散到安全区域是判断建筑物防火设计是否符合要求的重要指标。

针对膜结构展览楼和体育场馆的高大空间场所大部分布置在首层或2层的特点，一层人员可由各个疏散通道直通室外。二层大空间场所的疏散以直通室外地面为最佳方式。即在二楼大厅的四周或两则外墙处设置直通室外地面的大跨度台阶或连廊加台阶，这样可以极大的方便二层室内人员直接疏散到室外安全地带，而不必在慌乱中四处寻找室内的防烟楼梯，沿楼梯下到首层再跑出室外。这样做也分流了一部分疏散人员，减轻了一层疏散压力，争取了疏散时间。如沙特利雅得大学膜结构体育馆在二层看台的两侧位置分别设置了宽度为62.5m、34.5m的大台阶直通室外地面。当然，当二层内疏散距离过长时，在内部适当的位置增设一些防烟楼梯间也是必要的。

疏散时个人的行为在很大程度上受人群内其它人的影响和限制，疏散往往表现为“群体行为”。由于恐慌心理和对疏散路线的不熟悉，疏散过程并不容易，特别是在这种大空间建筑物里，人们往往是按照他们进入的路线疏散而不是去往最近的疏散出口。烟气的能见度对人员的疏散也造成严重的制约，一般浓度的烟气需经100～1000倍的洁净空气稀释才能达到确保安全疏散所必须的最低能见度8m；这说明一旦受到烟气的污染，人员在烟气场中辨别疏散路径的困难很大。所以对于疏散指示标志和诱导装置的设置是非常重要的。

现行规范规定，疏散走道的标志宜设在疏散走道及其转角处距地面1.00m以下的墙面上。而膜空间内没有走道隔墙，其疏散指示标志无法设置，如果在大空间四周墙体上设置，由于空间太大，在烟雾的干扰下，人们也很难看清。所以我们可以参照国外某些大型赌场的做法，在大空间大厅地面醒目位置处设置连续贯穿的、照明度较强的脚印型疏散指示标志灯带，上敷高强度的钢化玻璃保证不被损坏，火灾时发亮，通向各个疏散出口，人们只要踏着脚印即能进入安全区域。

2.2.5火灾自动报警装置和自动灭火系统的设置

通常建筑中所广泛使用的火灾探测器大多数以烟气浓度和温度为信号进行探测的，且大多数为顶棚式安装。普通建筑的楼层高度多数在6m以下，火灾烟气能很快到达顶棚，因此这类探测器是适用的。然而在很高的膜空间中，烟气在上升过程中不断受到冷却和稀释，在达到顶棚时浓度和温度都大大降低，不足以启动火灾探测器。随着火灾自动报警系统技术的不断发展，我们可以采用诸如双波段图象型火灾探测、光截面图象感烟火灾探测、空气采样等先进的火灾探测技术，使膜空间内火灾早期报警难的问题得以解决。

膜空间一般为大跨度无柱空间，沿建筑四壁布置室内消火栓，膜空间中部区域势必得不到两股水柱的同时保护。所以在设置室内灭火系统时，可参照日本巨蛋Big Egg（TOKOY DOEM）的设计，在四周墙壁或看台上设置空气加压移动式消防水炮。它可根据空气加压的大小确定射程，确保膜空间及其中部区域的安全。

另外在大厅四壁适当位置上可考虑设置带架水枪，以便当展厅上半部的横幅、彩带、气球之类的可燃物着火后，可有效的组织扑救。