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(jiǎn)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(jí)一級(jí)，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(kù)。

　　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(kù)房。此外，3層夾層為主要的管理辦公樓層，設(shè)置有館長(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng)簾。通過控制遮陽(yáng)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(yáng)簾面料的透光率經(jīng)過選擇，當(dāng)全部3層遮陽(yáng)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(shì)，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(chǎng)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(jiǎn)稱“噴規(guī)”)中規(guī)定的民用建筑中高大空間場(chǎng)所采用自動(dòng)噴水濕式系統(tǒng)的最大凈空高度。

　　對(duì)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(duì)高大空間場(chǎng)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(duì)于本項(xiàng)目的中央展廳，其超大凈空是展館運(yùn)營(yíng)單位十分看重的展廳優(yōu)勢(shì)，在制定浦東美術(shù)館未來運(yùn)營(yíng)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(yíng)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(jí)。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(yíng)要求和提供有效消防保護(hù)的條件下，盡量減少對(duì)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(duì)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(yíng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(guó)內(nèi)外大量的工程實(shí)踐證明，系統(tǒng)簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)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?qǐng)鏊鶙l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(duì)于高大凈空?qǐng)鏊鶃碚f，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(zhǎng)，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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。基于該方案沒有與現(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(duì)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(duì)的技術(shù)措施作簡(jiǎn)要的介紹。

　　5.1 結(jié)合運(yùn)營(yíng)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(yíng)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(duì)于中央展廳34 m的空間高度，溫感的有效探測(cè)高度8 m，煙感的有效探測(cè)高度12 m，都不能在該場(chǎng)景下作為預(yù)作用系統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)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(cè)系統(tǒng)。目前對(duì)于空氣采樣火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的最大探測(cè)高度還沒有規(guī)范規(guī)定，一般產(chǎn)品的檢測(cè)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(duì)于中央展廳34 m的凈高，空氣采樣火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)可以有效探測(cè)。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(cè)系統(tǒng)作為火災(zāi)探測(cè)手段。

　　5.2 玻璃屋頂下方電動(dòng)遮陽(yáng)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(yáng)簾。

　　遮陽(yáng)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(yáng)簾又會(huì)阻擋噴頭布水。所以當(dāng)遮陽(yáng)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(yáng)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(yáng)簾下方，以遮陽(yáng)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(yáng)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(yáng)簾展開時(shí)，以遮陽(yáng)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(yáng)簾的構(gòu)造，在遮陽(yáng)簾下方增加一層固定的玻璃吊頂。這樣遮陽(yáng)簾的啟閉動(dòng)作不會(huì)對(duì)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(duì)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(yáng)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(yíng)方溝通，中央展廳的一次布展一般會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，遮陽(yáng)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(yáng)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(yáng)簾時(shí)，在遮陽(yáng)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(yáng)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(yíng)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(yáng)簾分為3層，在運(yùn)營(yíng)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(yáng)簾下方安裝的噴頭就會(huì)面對(duì)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(yáng)簾的展開順序，并寫入給排水設(shè)計(jì)施工說明：“遮陽(yáng)簾的控制程序中應(yīng)強(qiáng)制要求，遮陽(yáng)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。”

　　作為電動(dòng)遮陽(yáng)簾的強(qiáng)制技術(shù)要求。這樣保證在有遮陽(yáng)簾展開的情況下，遮陽(yáng)簾下方的噴頭總是對(duì)應(yīng)底層遮陽(yáng)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。