膜建筑结构形式独特, 建筑空间巨大, 其防火分区面积和疏散距离等均远远超过现行规范的要求。所以, 我们在考虑膜建筑防火安全时就要引进一种新的防火设计方法——性能化防火设计。

烟气往往比火更可怕, 许多火灾案例证明:火灾中烟气是危害人生命的第一大杀手。就膜建筑来说, 其防火分区面积和疏散距离都已超标, 所以进行妥善的防烟设计显得由为重要, 以有效地控制高温烟气的无序流动, 阻止火势的迅速蔓延, 保证人员的安全疏散。

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。所以通常在普通建筑中所采用的防烟方式如挡烟垂壁等在膜空间内就很难适用。

在防烟设计时, 针对它特殊的结构体系, 我们需要采取特殊的处理方式。有关资料表明, 国内外许多著名的大空间建筑物如多伦多国际机场新候机楼、南京国际会展中心等工程均按照NFPA9214的烟控系统标准对大空间区域进行了设计, 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。

由于膜空间的整体性和封闭性, 所以几乎没有开窗, 有也只是很少的固定窗。这样自然排烟就受到很大的限制, 只能主要依靠机械排烟。

在膜空间中进行机械排烟应达到以下目的: (1) 确保人员安全。在火区内部通过机械排烟, 保证人员通行高度以下空间不受烟气污染; (2) 减少财产损失。必要时应按受保护物品的高度控制无烟层高度; (3) 阻止烟气扩散。将烟控制在防烟幕布内, 阻止其向邻近防烟分区蔓延; (4) 协助火灾扑救。通过排烟提高能见度和降低烟气温度将有助于消防人员接近火区扑救。

火灾时期人员能否安全及时的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。

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侧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。

针对膜空间的特点, 我们建议在膜空间内设立“安全通道”。对从大空间主体边缘到室外安全地带这一段距离进行强化防火设计, 如甲级防火门, 正压送风, 不燃材料装修等, 确保绝对安全。也就是说当人们跑到大空间主体边缘地带, 只要一进入“安全通道”就不再受到烟火的威胁。另外, 在有效的自动报警、自动灭火和妥善的防排烟系统的配合下, 其首层和二层大空间场所的一些中央区域疏散距离可参照《建规》规定的50m的指标来执行。

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。所以针对大空间的这一特点, 我们借鉴国外的做法, 在大空间大厅地面醒目位置处设置连续贯穿的, 照明度较强的疏散指示标志灯带, 上敷高强度的钢化玻璃保证不被损坏。国外某些大型赌场的地面上设置了几条醒目的大脚印标志灯带, 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“安全通道”。

良好的火灾自动报警系统对于膜建筑来说非常重要。它能发现火于初期, 灭火于早期, 对疏散人员、保护财产、保护建筑物都有着积极的意义。

大空间建筑, 尤其是存在遮挡和环境干扰, 现行的火灾探测技术难以正常发挥作用。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。然而在膜建筑中就不同了。

膜空间很高, 烟气在上升过程中不断受到冷却和稀释, 在到达顶棚时浓度和温度都大大降低, 不足以启动火灾探测器。所以普通型探测器是不适用于膜建筑的。

新型的火灾报警技术运用于膜建筑, 解决了膜空间早期报警的难题。

通过对火灾的热、色、形、光谱及运动特征的研究, 基于红外影像的频域纹理模型、闪烁模型, 提出了基于彩色影像和红外影像的双波段火灾识别模型, 采用了图像处理、计算机视觉、人工智能等多项高新技术, 实现了大空间建筑早期火灾的探测和真三维空间定位。

采用CCD巡走式摄像机作为探测系统前端, 可实现防火、防盗和一般监控三位一体;采用防火并行处理器, 能同时能对多只双波段摄象机获取的信息进行及时处理;系统监控距离达到了0.5m~60m, 适合膜空间建筑的防火。

光截面图像型感烟探测技术利用主动红外光源作为目标, 结合红外面阵接受器形成多光束红外光截面, 通过成像的方式和利用图像处理的方法, 测量烟雾穿过红外光截面对光的散射、反射及吸收情况, 利用模式识别、持续趋势、双向预测算法实现对早期火灾的识别与判断。

在普通建筑中, 洒水喷头通常是按一定间距沿顶棚分布安装的。当顶棚附近的烟气温度达到喷头的启动温度时水喷头便开始洒水。与火灾探测问题相似, 在20m以上的大空间建筑物内, 这种依靠温度变化而启动的喷头及其顶棚安装方式也不适用。另一方面, 普通喷头喷出的水滴从十几米乃至几十米的高度落下来, 往往到达不了燃烧物的表面, 失有效的灭火作用。有的人认为采用ESFR大水滴压制型快速反应喷头, 可以有效的灭火于早期。但实验证明, ESFR大水滴快速反应喷头在高架仓库 (12.2 m以下) 等高危场合使用效果十分明显, 但把它安装在膜空间内的效果就不是很好。另外, 膜空间一般为大跨度无柱空间, 沿大厅四壁布置室内消火栓, 大厅中部区域得不到两股水柱的同时保护。所以在对膜结构建筑物室内自动灭火装置进行设置时, 可参照本巨蛋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 (其有效射程15~90m) 。

另外在大厅四壁适当位置上可考虑设置新型数字图像自动寻的消防水炮, 其可以根据火焰特性自动寻找火源灭火 (其有效射程0~100m) , 以便当展厅上半部的横幅、彩带、气球之类的可燃物着火或者看台及场馆有明火后, 有效的组织扑救。