大型美術(shù)館氣滅案例，文章比較完整的介紹了中央展廳自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。各位消防人一起新欣賞下。

　　1 項(xiàng)目簡介

　　總用地面積13 000.2 m2，總建筑面積40 590 m2，其中，地上計(jì)容建筑面積為26 000 m2，地下建筑面積14 590 m2。

　　建筑地下2層，地上4層，建筑高度30 m。建筑性質(zhì)為一類高層建筑，屬于大型美術(shù)館，建筑設(shè)計(jì)使用年限50年，耐火等級一級，7度抗震設(shè)防。

　　各層主要功能布局如下：

　　2層地下室，容納有中央展廳、地下公共大廳。美術(shù)館后勤區(qū)。設(shè)備用房和地下車庫。

　　首層在南側(cè)設(shè)置東西貫通的美術(shù)館入口大廳，在西側(cè)沿濱江大道設(shè)置有車行及貨運(yùn)出入口;同時(shí)在首層還設(shè)計(jì)了展廳空間、美術(shù)館商店、咖啡廳及多功能廳等公共使用功能空間。

　　2~4層為主要的展廳層，設(shè)置7 m高展廳和10 m高特展廳，另外配置有學(xué)術(shù)報(bào)告廳。在建筑北側(cè)集中設(shè)置了后勤服務(wù)區(qū)域，配置有2部貨運(yùn)電梯和展品庫房。此外，3層夾層為主要的管理辦公樓層，設(shè)置有館長辦公、行政辦公和會(huì)議區(qū)。4層配置有固定展廳、美術(shù)館圖書文獻(xiàn)中心及相關(guān)后勤服務(wù)用房。

　　美術(shù)館擁有多個(gè)展廳空間，位于建筑中央位置的中央展廳是美術(shù)館建筑方案中的一個(gè)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)。

　　中央展廳的平面形狀是一個(gè)邊長為17 m的正方形，垂直方向從地下1層一直到建筑屋面天窗，形成了室內(nèi)34 m的展廳凈空高度。除了設(shè)置在地下1層的展廳入口，在中央展廳側(cè)壁的不同高度，設(shè)置有觀察窗和步入式平臺(tái)，可以讓觀眾在參觀美術(shù)館的過程中，從不同的樓層觀察到中央展廳，從多種角度欣賞中央展廳中布置的展品。

　　中央展廳的頂部是玻璃屋面，自然光可以通過屋面直接進(jìn)入展廳。為了讓中央展廳能夠?yàn)椴煌愋偷乃囆g(shù)布展提供更加多樣性的選擇，在展廳的玻璃屋面下方設(shè)置了3層電動(dòng)卷軸軌道式遮陽簾。通過控制遮陽簾的開啟層數(shù)，可以調(diào)節(jié)中央展廳的自然照度。單層遮陽簾面料的透光率經(jīng)過選擇，當(dāng)全部3層遮陽簾全部展開，中央展廳會(huì)成為一個(gè)完全沒有任何自然光線的全黑的布展空間。

　　2 中央展廳消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

　　美術(shù)館中央展廳的建筑設(shè)計(jì)亮點(diǎn)和布展優(yōu)勢，也給自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。

　　本項(xiàng)目屬于一類高層的大型美術(shù)館，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2014，2018年版)的規(guī)定，建筑內(nèi)部除了另有規(guī)定和不宜用水保護(hù)或滅火的場所外，均需要設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，并宜采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

　　中央展廳的室內(nèi)凈空高度34 m，已經(jīng)超過了《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50084-2017，以下簡稱“噴規(guī)”)中規(guī)定的民用建筑中高大空間場所采用自動(dòng)噴水濕式系統(tǒng)的最大凈空高度。

　　對于一般建筑的中庭，或者體育館、航站樓、影劇院等室內(nèi)的高大空間，在室內(nèi)凈空高度超過自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的保護(hù)高度時(shí)，可以選擇固定消防炮或者大空間智能射水裝置。前提是高大空間頂部(在固定消防炮或者大空間射水裝置安裝位置的上部空間范圍內(nèi))無可燃物，沒有火災(zāi)負(fù)荷。代替自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)對高大空間場所的地面及其上方一定高度內(nèi)有火災(zāi)負(fù)荷的空間提供保護(hù)，就可以滿足消防要求。

　　但對于本項(xiàng)目的中央展廳，其超大凈空是展館運(yùn)營單位十分看重的展廳優(yōu)勢，在制定浦東美術(shù)館未來運(yùn)營策略的過程中，重點(diǎn)之一就是能夠提供中央展廳的整個(gè)空間用于藝術(shù)布展。運(yùn)營期間，布展藝術(shù)品可能采用各種材質(zhì)，為此設(shè)計(jì)階段不能限定藝術(shù)品的耐火等級。所以在本項(xiàng)目中，中央展廳的整個(gè)高大空間范圍都有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和負(fù)荷，整個(gè)空間都需要有自動(dòng)滅火系統(tǒng)提供有效的保護(hù)。

　　如何選擇自動(dòng)滅火系統(tǒng)，在適應(yīng)展廳運(yùn)營要求和提供有效消防保護(hù)的條件下，盡量減少對展廳后續(xù)布展的影響，是擺在設(shè)計(jì)面前的一個(gè)難題。

　　3 中央展廳自動(dòng)滅火系統(tǒng)比選

　　對于中央展廳，設(shè)計(jì)考慮可以采用的自動(dòng)滅火系統(tǒng)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、固定消防炮系統(tǒng)、大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)。

　　首先排除氣體滅火系統(tǒng)。由于中央展廳的整個(gè)空間體積接近10 000 m3(17 m×17 m×34 m)，遠(yuǎn)超現(xiàn)有各種介質(zhì)的氣體滅火系統(tǒng)允許的最大防護(hù)區(qū)體積。同時(shí)中央展廳在運(yùn)營過程中會(huì)有大量的參觀人員，即空間使用人數(shù)較多，使用人員不固定。并且美術(shù)館展廳的出入口一般不設(shè)置大門，無法形成封閉空間。綜合以上因素，從適用性和安全性角度分析，中央展廳不適宜采用氣體滅火系統(tǒng)。

　　第二個(gè)排除的是高壓細(xì)水霧系統(tǒng)。中央展廳需要采用全淹沒系統(tǒng)保護(hù)，和前述氣體滅火系統(tǒng)一樣，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的應(yīng)用也面臨保護(hù)空間超出系統(tǒng)允許的最大防護(hù)區(qū)體積的問題。同時(shí)考慮到目前高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在中央展廳這樣的超常規(guī)空間應(yīng)用缺乏規(guī)范依據(jù)。

　　第三個(gè)排除的是固定消防水炮系統(tǒng)。國家標(biāo)準(zhǔn)對固定消防水炮的定義是：水、泡沫混合液流量大于16 L/s、或干粉噴射率大于7 kg/s，以射流形式噴射滅火劑的裝置。消防炮因其流量大(16～1 333 L/s)，射程遠(yuǎn)(50～230 m),在石化工業(yè)場所應(yīng)用較為廣泛。本項(xiàng)目中央展廳雖然凈空高度很大，但平面尺度只有17 m×17 m，消防炮的流量、射程和壓力對于中央展廳而言，都超過了實(shí)際需求，容易在滅火過程中對人員和展品造成二次傷害。

　　大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中的自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置，單個(gè)噴頭流量5 L/s，單個(gè)噴頭標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)半徑≤20 m。與固定消防水炮相比，其噴水強(qiáng)度更加適合于中央展廳的空間尺度。但自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置的安裝高度6 m≤h≤20 m，目前可以選用的具有CCCF認(rèn)證的產(chǎn)品中，最大射水仰角為+30°，即使在最大安裝高度20 m安裝，水炮的保護(hù)范圍也無法涵蓋整個(gè)中央展廳的空間。

　　自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)作為目前使用最普遍的固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)，經(jīng)過國內(nèi)外大量的工程實(shí)踐證明，系統(tǒng)簡單，具有極高的安全性和可靠性。為此設(shè)計(jì)希望盡可能選用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。但面臨的問題是中央展廳的凈空高度超過了“噴規(guī)”規(guī)定的民用建筑中采用濕式系統(tǒng)的最大凈空高度要求。按照自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理分析，直接在展廳頂部吊頂位置安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，無法對下方距離34 m的展廳地面的火災(zāi)進(jìn)行有效控制和撲滅。

　　自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理是冷卻、窒息和水力沖擊。超過噴頭規(guī)定的使用高度安裝，其水力沖擊作用被削弱，噴頭的控火和滅火能力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)噴頭的動(dòng)作時(shí)間也會(huì)被延遲，極大減弱整個(gè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的控火和滅火效果。

　　根據(jù)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果：對于任意公稱動(dòng)作溫度的噴頭，噴頭動(dòng)作時(shí)火源的散熱量與噴頭安裝高度的平方成正比。也就是說，對于同一種噴頭而言，當(dāng)安裝高度增大1倍(即為原來2倍)時(shí)，噴頭動(dòng)作時(shí)的火勢需要增大3倍(即為原來的4倍)。中央展廳的凈空高度34 m，是“噴規(guī)”規(guī)定的民用建筑中噴頭最大安裝高度18 m的約2倍。

　　公安部天津消防研究所在高大凈空場所條件下，開展的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)全尺寸滅火試驗(yàn)，結(jié)果顯示，第一只噴頭的開放時(shí)間至關(guān)重要，如果火不能被開始動(dòng)作的少數(shù)噴頭熄滅的話，將不能被控制住。因此對于高大凈空場所來說，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間是決定能否有效控火、滅火的關(guān)鍵因素。

　　火災(zāi)形成的熱氣流在上升過程中會(huì)逐步飄散，造成熱源在頂部聚集時(shí)間的延長，也可能造成熱源聚集位置偏離下方火源位置。這些不利因素會(huì)隨著火源與噴頭間距離的增大而放大。進(jìn)一步降低自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)控火、滅火的能力。

　　也就是說，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)對火源點(diǎn)的控火及滅火能力與噴頭和火源之間的高差成反比。這也是“噴規(guī)”限定濕式系統(tǒng)可以使用的最大凈空高度的原因。

　　綜合以上分析，可以得到以下結(jié)論：

　　(1)對于中央展廳34 m的展廳室內(nèi)凈空高度以及全空間需要保護(hù)的滅火要求，目前沒有一種自動(dòng)滅火系統(tǒng)可以完全滿足。

　　(2)在吊頂安裝的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)可以對噴頭安裝位置下方18 m范圍內(nèi)的空間提供有效的消防保護(hù)。

　　(3)在展廳地面上方20 m范圍內(nèi)安裝的自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置可以對水炮安裝位置下方及一定仰角范圍內(nèi)的空間提供有效的消防保護(hù)。

　　4 中央展廳自動(dòng)滅火系統(tǒng)方案

　　根據(jù)之前對不同的自動(dòng)滅火系統(tǒng)的比較結(jié)論，考慮在展廳綜合利用2種自動(dòng)滅火系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)方案如下：

　　在中央展廳的頂部安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，為展廳頂部以下18 m高度范圍內(nèi)的空間提供消防保護(hù)。

　　在中央展廳地面以上12 m高度，利用伸出展廳的可移動(dòng)連橋底部位置安裝自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置，為展廳地面以上水炮安裝位置下方及一定仰角范圍內(nèi)的空間提供有效的消防保護(hù)。

　　結(jié)合2種自動(dòng)滅火系統(tǒng)的安裝要求和滅火機(jī)理，對中央展廳的整個(gè)空間提供消防保護(hù)(見圖7)。

　　為滿足中央展廳在超高凈空和全空間使用條件下的消防保護(hù)，設(shè)計(jì)選擇了對一個(gè)高大空間分段采用2種自動(dòng)滅火系統(tǒng)保護(hù)的方案。區(qū)別于一般傳統(tǒng)做法，為此在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)就中央展廳的自動(dòng)滅火系統(tǒng)方案，和業(yè)主方到消防建審部門進(jìn)行專項(xiàng)征詢?；谠摲桨笡]有與現(xiàn)行消防規(guī)范沖突，并且方案設(shè)計(jì)符合采用的消防滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理，得到消防建審部門認(rèn)可。

　　5 中央展廳頂部自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工程技術(shù)難點(diǎn)及對策

　　確定了自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，在具體的設(shè)計(jì)過程中還需要結(jié)合建筑的具體設(shè)計(jì)，進(jìn)一步落實(shí)細(xì)節(jié)才能保證自動(dòng)滅火系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在后續(xù)使用過程中提供有效的消防保護(hù)。

　　下面就中央展廳消防設(shè)計(jì)中遇到的問題和應(yīng)對的技術(shù)措施作簡要的介紹。

　　5.1 結(jié)合運(yùn)營要求采用預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)后火災(zāi)報(bào)警形式的選擇

　　根據(jù)運(yùn)營的要求，為了盡可能提高展品布展的安全性，所有展廳的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)均采用預(yù)作用系統(tǒng)。對于中央展廳34 m的空間高度，溫感的有效探測高度8 m，煙感的有效探測高度12 m，都不能在該場景下作為預(yù)作用系統(tǒng)的火災(zāi)探測手段。經(jīng)過綜合比較，在中央展廳選擇了空氣采樣火災(zāi)探測系統(tǒng)。目前對于空氣采樣火災(zāi)探測系統(tǒng)的最大探測高度還沒有規(guī)范規(guī)定，一般產(chǎn)品的檢測報(bào)告認(rèn)為可以在48 m高度內(nèi)有效使用。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，對于中央展廳34 m的凈高，空氣采樣火災(zāi)探測系統(tǒng)可以有效探測。據(jù)此中央展廳的預(yù)作用系統(tǒng)選用空氣采樣火災(zāi)探測系統(tǒng)作為火災(zāi)探測手段。

　　5.2 玻璃屋頂下方電動(dòng)遮陽簾運(yùn)動(dòng)影響下的噴頭安裝

　　根據(jù)建筑師要求，中央展廳的玻璃頂下方設(shè)置有3層電動(dòng)遮陽簾。

　　遮陽簾全部展開后，可以完全遮蔽光線，所以也會(huì)阻擋煙氣上升;同時(shí)展開的遮陽簾又會(huì)阻擋噴頭布水。所以當(dāng)遮陽簾展開后會(huì)把玻璃頂下方布置的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)與遮陽簾下方的中央展廳空間完全隔斷，使中央展廳上部空間失去自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的保護(hù)。

　　為此設(shè)計(jì)提出了多種方案供建筑師和業(yè)主方選擇。

　　方案一：除了在玻璃頂下方布置的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)以外，在遮陽簾下方，以遮陽簾為吊頂再布置一層自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)。當(dāng)遮陽簾完全收起時(shí)，以玻璃頂下方的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)作為主要保護(hù)措施;當(dāng)遮陽簾展開時(shí)，以遮陽簾下方的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)作為主要保護(hù)措施。

　　方案二：調(diào)整屋頂玻璃頂和遮陽簾的構(gòu)造，在遮陽簾下方增加一層固定的玻璃吊頂。這樣遮陽簾的啟閉動(dòng)作不會(huì)對其下方玻璃吊頂上的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)產(chǎn)生影響，對于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言就和普通吊頂一樣了。

　　方案三：在遮陽簾下方設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)預(yù)留接口。通過和運(yùn)營方溝通，中央展廳的一次布展一般會(huì)持續(xù)較長時(shí)間，遮陽簾作為布展空間光線的調(diào)節(jié)手段，會(huì)根據(jù)布展要求設(shè)定，不會(huì)頻繁啟閉。所以有條件在遮陽簾下方設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)預(yù)留接口，在布展需要展開遮陽簾時(shí)，在遮陽簾下方臨時(shí)安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)，作為消防保護(hù)措施。

　　在經(jīng)過多次討論后，建筑師不同意改動(dòng)屋頂玻璃頂棚和遮陽簾的構(gòu)造，業(yè)主認(rèn)為臨時(shí)安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)會(huì)增加美術(shù)館運(yùn)營維護(hù)難度，所以最終選擇了方案一。

　　在確定采用方案一作為中央展廳的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)布置原則后，又引出一個(gè)工程難點(diǎn)。由于電動(dòng)遮陽簾分為3層，在運(yùn)營過程中會(huì)根據(jù)展廳布展的光線要求，處于全部關(guān)閉，1層展開，2層展開，或者3層展開的不同狀態(tài)。

　　這樣在遮陽簾下方安裝的噴頭就會(huì)面對一個(gè)高度變化不定的吊頂。如何來控制噴頭濺水盤與吊頂之間的間距滿足規(guī)范要求呢?經(jīng)過分析討論，找到的解決辦法是，設(shè)定遮陽簾的展開順序，并寫入給排水設(shè)計(jì)施工說明：“遮陽簾的控制程序中應(yīng)強(qiáng)制要求，遮陽簾的展開順序依次是：底層、中層、上層;關(guān)閉順序依次是：上層、中層、底層?！?/p>

　　作為電動(dòng)遮陽簾的強(qiáng)制技術(shù)要求。這樣保證在有遮陽簾展開的情況下，遮陽簾下方的噴頭總是對應(yīng)底層遮陽簾，以此控制直立型噴頭濺水盤與上方吊頂間的間距不變，滿足規(guī)范要求。