ARUP-全球消防工程設計經驗
在歷史上,大型場館火災對生命財產帶來的損失有慘痛的教訓,例如1985年英國Bradford足球場大火造成56人死亡,200多人受傷,這場大火由許多意外造成,包含風勢、材料及引燃點等。三十年過後,現今的技術與消防知識已從過往的教訓中獲得提升,不僅在材料與系統等硬體設備,包含火勢、煙氣及人員逃生等都有更科學化的模擬技術輔助,以擬訂完善的災害疏散計畫。
台灣近年有許多大型場館興建計畫:高雄世運主場館、衛武營藝術文化中心、故宮南院、台中國家歌劇院、臺北藝術中心、北部流行音樂中心及臺北大巨蛋等,複雜的空間機能與量體造型,對消防工程設計是一項非常大的挑戰,尤其是現代都市中的龐然大物,既有的都市紋理擠壓建築物之間空間,對於消防避難也是一大考驗。
一直以來,Arup為世界許多大型場館提供專業的消防工程服務,已在全球設立20多間辦公室,經手案例涵蓋機場、商場、超高大樓及體育設施等,雖然每個國家標準及建築類型不一,每棟建築物及每塊基地都有不同的議題需要面對與克服,我們仍憑藉全球消防工程團隊的知識共用與轉化,提供最先進的技術,為不同類型的建築物設計最優方案,保障未來每一位使用者。以北京國家游泳中心(水立方)為例,當初水立方結構及機能的複雜性導致許多方面無法滿足中國現行消防規範要求,因而需要採用消防安全性能式設計量身訂作一套消防策略以突破現行規範的要求並證明該棟建築的設計足以保障所有人。
圖片說明:北京國家游泳中心(水立方);圖片提供/ARUP
在水立方的設計中,對於安全疏散時間的定義是:從人員開始撤離觀眾席到最後一個觀眾離開觀眾席安全出口,其總時間應小於8分鐘。我們依此疏散時間為目標,以保障人員在火災發展到超過人體承受極限以前能安全逃離火災現場為前提,對賽時的安全疏散提出了性能式設計,包含觀眾的撤離路線、寬度及防火區隔等。
圖片說明:China_Construction_Shenzhen_Design_International;圖片提供/Shenzhen_Design_International
圖片說明:消防疏散模擬圖;圖片提供/ARUP
安全疏散是性能式設計中相當重要的部分,不論採用什麼軟體進行模擬,最重要的是輸入參數的一致性與合理性,例如步行速度與出口通行能力等。
疏散行動時間包含步行與通過出口等候時間,其中,當疏散進入某段人員流動高於該段的通過容量時,自然會出現相應的等候時間,因此,適當的出口及通道寬度設計非常重要。
圖片說明:臺北藝術中心消防疏散模擬;圖片提供/ARUP
圖片說明:出口及通道寬度影響疏散時間 (West Warwick Night Club) ;圖片提供/ARUP
通常,消防性能式設計均採用最大可能的火災規模作為設計參數。在真實情況中,火災並不會立即達到最高熱釋放速率,通常是在著火後有一個增長過程,在可燃物和空氣供應不受限制的條件下,火災的發展即成為一道時間的函數,因此,火災的潛伏期非常難以預測,可從數秒鐘到幾小時,自救式的「噴水滅火系統」也就成為現今最可靠及最普遍的消防系統。一般火災規模也以噴水系統啟動時的火災熱釋放率作為參考,再考慮與之相對應的安全係數以包涵現實中的不確定因數,藉以模擬火災發生時的應對狀況。
我們同時透過CFD進行煙氣模擬分析,確認不同火源位置產煙量、流動路徑及溫度分佈狀況,以觀眾的避難模式調整消防設計內容,確保安全疏散時間內撤離所有人員。
圖片說明:CFD煙氣模擬分析;圖片提供/ARUP
圖片說明:CFD能見度分析;圖片提供/ARUP
消防工程是一門非常專業且不可輕忽的工作,尤其是在大型場館中,它可能牽涉到數幾萬人的安危,在整個過程中,深具經驗的消防工程設計團隊就扮演著十分重要的角色,必須反覆地檢討與安全相關的事項,盡可能保留合理的疏散空間,輔以完善的消防安全計畫以符合當地規範要求,同時滿足建築師的設計想法。
圖文提供:Arup 羅明純、鄭長芳
MingChun.Luo@arup.com
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