IMAX影厅防火设计方案探讨
易云贤
（东莞公安消防支队南城大队，广东 东莞）
摘要：本文针对某商业综合体内IMAX观众厅项目在消防设计中存在的设计难点，根据建筑的使用功能要求及设计的特殊性，提出了消防安全策略。通过对原设计进行消防安全性的定性和定量分析，以保护生命安全、减少财产损失为消防安全目标，得出该观众厅项目的消防安全评估结论。从火灾烟气控制、人员疏散分析结果来看，在采取了加强措施后，其安全性达到了与规范规定相等同的消防安全水平。
关键词：IMAX，性能化，防火设计
1 引言
IMAX（Image Maximum），意指最大图像，为一种能够放映比传统荧幕更大和更高分辨率的电影放映系统。标准的IMAX荧幕尺寸为22m×16.1m，但其还可以在更大的荧幕播放。IMAX是大屏幕高分辨率及需要在特定场馆播放的电影放映系统中最为成功的［1］。
随着城市建设中服务业项目的增多和不断发展进步，提供高端视听享受的电影服务及相关娱乐项目的层次也不断提升，为向观众提供更高舒适度和更加震撼的视听效果的选择，各大电影院及商业广场纷纷推出诸如IMAX厅等具有超大荧幕的影厅，此类巨幕影厅屏幕巨大且效果更加震撼，因为其能够提供更好的视觉效果。但由于其本身的技术所限及投资回报等的因素影响，其面积往往超过400m2，其可容纳的观众数量也相应增多，其商业价值相比于传统的影厅有较大提升。根据国内现已建成的较具有代表性的IMAX影厅来看，影厅建筑面积多为535～900m2，座位数为315～466位，且其多设在建筑的四层及以上。
《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）5.4.7规定：剧场、电影院、礼堂宜设置在独立的建筑内；采用三级耐火等级建筑时，不应超过2层；确需设置在其他民用建筑内时，至少应设置1个独立的安全出口和疏散楼梯，设置在一、二级耐火等级的多层建筑内时，观众厅宜布置在首层、二层或三层；确需布置在四层及以上楼层时，一个厅、室的疏散门不应少于2个，且每个观众厅或多功能厅的建筑面积不宜大于400m2。由此可见，商业地产类项目中，IMAX影厅的设计往往难以满足规范的要求。
为了满足巨幕电影放映厅的技术需要，同时能够保证其消防安全性能，在实际应用中往往采用消防性能化设计的方法进行设计。根据巨幕影厅厅室面积大，人员密集的特点，其消防性能化设计的主要目的是满足人员疏散的要求。性能化设计的论证标准是该消防设计是否不低于现行规范规定的同类建筑的消防安全水平。只要满足现行规范对于该类建筑的消防安全水平要求，建筑设计者可自行对建筑进行消防安全设计［2］。
本文针对某商业综合体中影院部分所存在的电影院所在楼层较高，观众厅面积过大，疏散距离过长和净空高度过高导致常规灭火设施、火灾自动报警设施无法使用等问题开展研究，探讨消防设计方案。
2 工程概况
某IMAX影厅位于商业综合体七层防火分区四中，防火分区划分情况如图1所示。
图1 七层防火分区图
IMAX影厅建筑面积为537.51m2，本工程存在的主要消防安全问题如下。
（1）影院位于该商业综合体的七层，IMAX电影厅面积超过400m2。
（2）IMAX电影厅安全出口距疏散楼梯距离超过9m。
（3）厅室净空高度超过12m，常规的自动喷水灭火设置难以起到作用。
3 消防安全策略
该工程在使用过程中，既要控制火灾危险性、保证人员的安全疏散，又要兼顾电影院的使用功能和商业性质。结合IMAX影厅多年来的消防设计经验，可考虑以下安全策略。
（1）控制观众厅内人数。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）规定，放映厅疏散人数应按1.0m2/人计算，所以建筑面积400m2的观众厅最多容纳人数为400人。若建筑面积超过400m2的观众厅，控制观众厅内座位数在400座以内，消防安全水平即可等同于面积400m2的观众厅。本工程IMAX观众厅的建筑面积537.51m2，最多可容纳人数537人，设计座位数为341座，实际使用人数显著减少，且座椅数量减少，可增加观众厅内疏散通道宽度，减少疏散时间，满足设计需求。
（2）保证观众厅的安全疏散要求。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）5.5.16规定，观众厅的疏散门至少为两个，同时在5.5.17中对安全疏散距离进行了规定，本工程IMAX观众厅疏散出口设计如图2所示。
图2 IMAX观众厅七层疏散口示意图
该影厅的疏散门为三个，疏散宽度7.2m，而该影厅实际人数为341人，需要的疏散最小宽度为3.4m。因此，影厅自身安全疏散设计符合规范要求。但由图可见，该影厅疏散距离明显过长。
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）规定，观众厅位于袋形走道时，其厅室的疏散门距最近安全出口的直线距离不应大于9m，在装有自动喷水灭火系统时，可在原规定的基础上增加25％，即11.25m。
本工程观众厅位于袋形走道，其疏散距离已超出11.25m，因此本工程将该影厅所在防火分区内的安全出口由三个增加到四个，新加的防火门位于IMAX观众厅前侧，可将厅内的人员疏散到六层楼顶面，并通过楼梯进入六层商业区，以保证疏散距离满足规范要求。
修改后的疏散口示意图如图3所示，经测量此安全出口通向屋面楼梯2#入口的距离为21.7m，小于25m，符合《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）第5.5.17条规定，同时要求观众厅新增安全出口至六层屋顶楼梯入口之间的屋面要进行防滑处理、增设夜间照明和栏杆扶手等安全措施，从而保证观众厅人员生命安全。
图3 六层楼梯2#延伸屋面疏散示意图
（3）防火分隔。将IMAX观众厅作为一个独立的消防分区单元。独立的防火分区可防止观众厅发生火灾时烟气向走道蔓延，人员的疏散也相对安全。商业区与影院区也划分为两个独立的防火分区，影院一侧的影院预留区应用于商业和办公场所。防火分区隔墙应采用耐火极限不低于3.0h的实体墙进行分隔，楼板的耐火极限不低于1.5h。其中，隔墙可有设有甲级防火门的开口；IMAX观众厅疏散门应设置为甲级防火门；商业和办公场所设有自动喷水灭火系统，设置场所为中危险级Ⅱ级，并按照《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2001）（2005版）第5.0.1条规定进行系统的设计。同时，影院南侧的办公区域层高9m，超过《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2001）（2005版）表6.1.1中民用建筑采用自动喷水灭火闭式系统的最大净空高度，因此建议在此办公区域加设封闭式吊顶，使房间层高不大于8m，并加设自动喷水灭火系统，设置场所为中危险级Ⅱ级，并按照《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2001）（2005版）第5.01条规定进行系统的设计。
（4）控制观众厅可燃物等级。控制观众厅内可燃物的燃烧等级，座椅阻燃处理达到B1级，顶棚装修材料达到A级；墙面、地面材料应采用B1级；窗帘及帷幕不应低于B1级；观众厅内吸声、隔热、保温材料不应低于A级；疏散走道采用不燃材料。
（5）观众厅内设置机械排烟系统。将观众厅单独设置为一个防烟分区，根据《影剧院设计规范》中观众厅排烟量的算法可知，大型观众厅排烟量按90m3/（m2·h）或体积换气13次/h计算后取较大值设计［3］。
本工程中，影厅实际体积为：
537.51m2×12m=6450.12m3（地面面积×吊顶高度）（1）
根据面积法算出排烟量为：
90m3/（m2·h）×537.51m2=48375.9m3/h （2）
根据换气次数法算出排烟量为：
6450.12m3×13次/h=83851.56m3·次/h （3）
在《防排烟系统设计规范》（讨论稿）中，系统机械排烟量的计算方法为最小清晰高度法，根据该方法，计算排烟量。
最小清晰高度：
Hq=1.6+0.1H=1.6+0.1×12=2.8m （4）
式中，Hq为最小清晰高度，m；H为排烟空间的建筑净高度，m。
火灾热释放量：
Q=at2=0.12×1202=1728kW （5）
式中，Q为火灾热释放量，kW；t为排烟系统启动时间；a为火灾增长系数。
烟缕质量流量
取Z值为3m，则有：
（6）
式中，Qc为热释放量的对流部分，一般取值为0.7Q，kW；Z为燃料面到烟层底部的高度，m，取值应大于等于最小清晰高度；Mρ为烟缕质量流量，kg/s。
烟气平均温度与环境温度的差：
ΔTp=Qc/MρCp=1209.6/26.49×1.02=44.76℃ （7）
式中，ΔTp为烟气平均温度与环境温度的差，℃；Cp为空气的定压比热，一般取1.02，kJ/（kg·K）。
排烟量为：
V=MρT/ρ0T0=26.49×（273+44.76）/1.2×273=25.69m3/s （8）
式中，V为排烟量，m3/s；ρ0为环境温度下气体的密度，kg/m3，通常t0=20℃，ρ0=1.2kg/m3；T0为环境的绝对温度，K；T为烟气的绝对温度，K，T=T0+ΔT。
换算为每小时排烟量为：
V=25.69×3600=92484m3/h （9）
经计算得出的排烟量为92484m3/h。
因此，本工程机械排烟量应不小于92484m3/h。同时，根据《防排烟系统设计规范》（讨论稿）中要求，地上密闭建筑设置机械排烟系统时，要同时增设补风系统，以调节室内外压差。补风形式可分为自然补风和机械补风。本工程中由于条件所限，自然补风无法满足要求，在该观众厅内，应设置机械补风设施，补风口要距排烟口水平距离5m以上，补风量不小于排烟量的50％。
（6）观众厅内设置大空间智能型主动喷水灭火系统。由于IMAX观众厅有着高大的净空高度，对于我国现行的《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2001）（2005版）已不适用，一些常规的自动喷水灭火设施，也无法在此类建筑中发挥其最大效力［4］。针对于此类建筑，我国科技人员自主研发了一种适用于高达空间建筑的自动喷水灭火系统-大空间智能型主动喷水灭火系统。大空间智能型主动喷水灭火系统将红外传感技术、计算机技术、信号处理技术和通信技术等多种科技集于一体，可主动完成探测火灾、判定火源位置、启动系统、精准射水灭火、持续喷水和间歇射水等过程，全程都由电脑控制，无需人员操作。其组成装置有：智能型灭火系统装置、信号阀组、水流指示器等组件以及管道、供水设施等。该系统核心装置为自动扫描高空水炮，该装置由智能型红外探测组件、自动扫描射水高空水炮、机械传动装置和电磁阀组组成。保护半径=20m，喷水流量=5L/s，工作压力0.60MPa，安装高度最大可达25m。这种装置射程远、流量大、适合安装在影剧院等场所。相比于常用的自动喷水灭火系统，大空间智能型主动喷水灭火系统自动化程度更高，火点判断更为精准，相比于一般的湿式喷淋系统，其在火灾探测和扑救早期火灾上，有着前者不可比拟的优越性。该系统在已建成的国内外建筑中已有大量使用先例，经实践证明，其探测及灭火功能十分优越［5］。
（7）影院需设独立的疏散楼梯。大型电影院属于公众聚集场所，其营业时间与商场部分有差异，疏散时间难度较大。当其建于四层及以上楼层时，无疑增加在火灾时的危险性。《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）要求当电影院未设置于独立建筑内时，至少应设置1个独立的安全出口和疏散楼梯。根据《电影院建筑设计规范》（JGJ 58—2008）中规定：综合建筑内设置的电影院应有单独出入口通向室外，并应设置明显标示。说明在商业综合体内设置的电影院要有独立于其他商业部分疏散楼梯之外的独立的疏散楼梯。而根据《广东省公安厅关于加强四层及四层以上大型电影院消防监督管理的若干意见》中有关条文规定：影院区域应设置不少于两部独立使用的疏散楼梯。
由于本工程影院部分面积较大，且设有IMAX观众厅，其火灾危险性要高于一般的电影院，加之其影院部分设置于整个商业部分的七层，设置楼层较高，也增加其疏散难度，因此，影院区应至少设置一部独立的疏散楼梯。
（8）观众厅内设置火灾自动报警系统和应急照明系统。根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116—2013）规定，当室内净空高度大于12m时，宜设置两种以上不同探测原理的火灾探测器［6］。由于IMAX观众厅其室内净高较高，且室内空间上部无遮挡物，在报警器的选用上，首选是线型光束感烟火灾探测器，该探测器采用红外对射原理，由红外发光器和收光器组成，当烟气蔓延至探测高度且烟气浓度达到一定程度时，烟气中的粒子将会阻碍红外光线的传播，红外收光器接收不到红外光，就会发出报警信号。线型光束感烟火灾探测器具有安装高度较高、探测范围较大、在湿度较大的特殊环境中反应速度较快等特点，适用于高大空间建筑中的火灾探测。
在本工程中，由于观众厅面积过大，为保证建筑的消防安全性，提高火灾监测的能力和速度，在火灾探测器的选用上，可选用技术较为先进的极早期空气采样火灾探测器。该探测器是近年来发展起来的新型火灾探测器，其原理是在工作过程中不断吸入室内空气，进行采样分析。当室内发生火灾时，空气中烟粒子浓度变高，探测装置就能够及时分析样本空气，以报告火警。该探测器相比于传统感烟探测器，灵敏度更高，安装位置更为灵活，误报率较低，具有后者不可比拟的优越性。针对于高大空间建筑、火灾烟气产生较慢的场所和必须不间断生产的场所最为适合。
在应急照明方面，观众厅内所有照明灯具需为双电源供电，火灾情况下可应急点亮，并在各出入口、疏散走道等处设置自带镉镍电池的灯具，保证火灾情况下应急照明照度不小于5lx，且其持续供电时间不少于60min，走道内设置自发光疏散指示标志。各出入口、疏散走道装设疏散指示灯，间距小于3m；指示灯采用带镉镍电池的灯具。
（9）设置消防救援口。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）中规定，在高层建筑中，为了保证火灾发生时消防队员能及时营救被困人员，建筑外墙每层应设置可供消防救援人员进入的窗口，窗口的净尺寸不小于0.8m×1.0m，窗口下沿距室内地面不宜大于1.2m；救援口若设置为窗户形式，则应采用易于破碎的玻璃；若救援口在建筑日常使用中为保证建筑外观风格一致，采用非透明材质封闭，则应采用易于拆除的材料，同时需在建筑外墙明确标示救援口位置。
（10）使用无卤阻燃电缆。根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116—2013）第11.2.2条规定，火灾自动报警系统的供电线路、消防联动控制线路应采用耐火铜芯电线电缆，报警总线、消防应急广播和消防专用电话等传输线路应采用阻燃或阻燃耐火电线电缆。由于IMAX观众厅人员多，大空间，电气线路复杂，所以消防电气电缆选用无卤阻燃电线电缆。
4 火灾发展蔓延及人员疏散的模拟分析
通过设计最不利情况、灭火设施不能全部有效启动等具有代表性的火灾场景和疏散场景，模拟火灾烟气蔓延和人员疏散情况，判断消防安全水平。
考虑到火灾对人员疏散的最不利影响，将火源设置在距离疏散出口比较近的位置，考虑自动喷水灭火系统和机械排烟系统是否有效的四种情形，根据国际标准ISO/TS 16733中定义的4种t2火灾发展曲线，结合影厅内可燃物种类、布置等分析火灾增长速率，依据上海地方标准《防排烟技术规程》确定最大火灾功率，最终设定了火灾场景。通过使用FDS用于各个火灾场景的模拟，确定了可用人员疏散时间。
疏散场景的确定首先确定疏散人数、人员类型组成、人员行走速度等疏散参数，然后再作为初始边界条件建立各疏散场景的人员疏散模型。疏散场景设计原则为火灾发生后，最不利人员疏散的情况，通常考虑火灾发生在某一疏散出口附近，使得该出口堵塞而不能用于人员疏散。通过对报警时间TA、人员响应时间TR和疏散行动时间TM的确定，最终确定必需疏散时间。
将各火灾场景下的人员可用疏散时间和对应的人员必需疏散时间进行比较，可对人员疏散安全性进行判定，可以得到人员疏散安全性判定结论。
结果表明，该影厅的防火分隔和排烟措施能有效地控制火灾及火灾烟气的蔓延，设计的疏散设施能保证人员在危险来临前疏散至安全区域。因此，本文提出的设计方案能满足IMAX影厅人员安全疏散要求。
5 结论
本文针对某商业综合体内IMAX观众厅项目在消防设计中存在的设计难点，根据建筑的使用功能要求及设计的特殊性，提出了消防安全策略。通过对原设计进行消防安全性的定性和定量分析，以保护生命安全、减少财产损失为消防安全目标，得出该观众厅项目的消防安全评估结论。从火灾烟气控制、人员疏散分析结果来看，在采取了加强措施后，其安全性达到了与规范规定相等同的消防安全水平。认为该观众厅在加强消防设施的有效保护下，可达到规范要求的安全水平，该IMAX观众厅设置在七层且建筑面积扩大可行。
参考文献
［1］ 涂宗豫.某IMAX巨幕电影厅消防性能化设计.消防科学与技术，2014，33（10）：531-533.
［2］ 倪照鹏.国外以性能为基础的建筑防火规范研究综述.消防技术与产品信息，2001，（9）：3-6.
［3］ JGJ 58—2008.
［4］ 朱光明.电影院消防安全事故教训经验谈.现代电影技术，2012（12）：32-35.
［5］ 隋军，邵喜振，孙永克.大空间智能型喷水灭火系统及其应用.城市建设理论研究，2014（5）：16-19.
［6］ GB 50116—2013.