随着2008年奥运脚步的临近,各种设计新颖的奥运体育场馆拔地而起,国家体育场(鸟巢)、国家游泳中心(水立方)、国家体育馆等超大空间建筑成为北京的新地标。
人们在感叹这些建筑气势恢宏的同时,不免心生好奇———特大型场馆是如何做到防火安全和人员及时疏散的呢?
奥运场馆防火系统设计
“奥运体育场馆防火系统设计技术研究”项目针对奥运场馆所及场馆群区建筑火灾特点,研究开发了奥运场馆性能化消防设计程序与风险评估技术,并成功应用于国家体育场、国家游泳中心、国家体育馆、五棵松文化体育中心篮球馆和老山自行车馆等7个奥运体育场馆。
这一奥运科技项目主要包括四部分:奥运场馆性能化消防设计程序与风险评估技术、火灾探测自动定位水炮联动灭火系统、应急决策指挥系统软件和清洁高效细水雾与混合气体灭火系统。
作为核心技术之一的性能化消防设计程序与风险评估技术专门针对奥运场馆及场馆群区建筑火灾特点,为场馆消防安全提供技术支持。另一项核心技术即火灾探测自动定位水炮联动灭火系统,解决了大空间火灾探测与联动灭火的技术难题,已成功应用于五棵松奥运场馆。
性能化防火设计
应用性能化防火设计,即通过量身定制、功能匹配的系统综合分析,形成更有针对性、更经济合理的消防设计方案。鸟巢的结构防火问题可科学、合理、经济地得到解决。
在建筑火灾中,需要确保结构在常规荷载和火场高温综合作用下不塌垮和失效,这是结构防火安全的基本原则。根据各种计算模拟,火灾中鸟巢钢结构外罩受到的温度均在200℃以内,而此时钢材的强度和弹性模量相对变化不大,因此,受温小于200℃的钢材处于安全限值之内。
鸟巢是个半开敞的露天场馆,高达67米。防火所从比赛场地、看台等方面对火灾情景做了多种设计、分析和计算。例如,假设庆祝花车进入体育场表演引发的比赛场地火灾情景,经测算距离地面以上42米的平均温度只有45℃,对钢结构不会有影响。
鸟巢是在观众席的外围,利用大量相互支撑的网络状钢构架“编织”而成的。鸟巢钢框架悬臂的转角处犹如人体胳膊的肘部,受力最大,较为脆弱。如果看台区域发生火灾,接近高层看台的力臂能否承受火灾荷载?计算结果显示,悬臂在火灾发生下的最大应力比为0.7,低于钢架的弹性承载力,也不会影响结构的整体安全。
“经过科学的计算和分析,只要将火控制在一定区域,国家体育场的钢框架外罩的结构是安全的,因此无需采用额外的防火保护。”对此李引擎十分自豪,他说这一项就有可能为国家节省上千万元。