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滅火系統(tǒng)的設計過程。各位消防人一起新欣賞下。

　　1 項目簡介

　　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，建筑設計使用年限50年，耐火等級一級，7度抗震設防。

　　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)。設備用房和地下車庫。

　　首層在南側(cè)設置東西貫通的美術(shù)館入口大廳，在西側(cè)沿濱江大道設置有車行及貨運出入口;同時在首層還設計了展廳空間、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，設置7 m高展廳和10 m高特展廳，另外配置有學術(shù)報告廳。在建筑北側(cè)集中設置了后勤服務區(qū)域，配置有2部貨運電梯和展品庫房。此外，3層夾層為主要的管理辦公樓層，設置有館長辦公、行政辦公和會議區(qū)。4層配置有固定展廳、美術(shù)館圖書文獻中心及相關(guān)后勤服務用房。

　　美術(shù)館擁有多個展廳空間，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設計亮點。

　　中央展廳的平面形狀是一個邊長為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，設置有觀察窗和步入式平臺，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入展廳。為了讓中央展廳能夠為不同類型的藝術(shù)布展提供更加多樣性的選擇，在展廳的玻璃屋面下方設置了3層電動卷軸軌道式遮陽簾。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，當全部3層遮陽簾全部展開，中央展廳會成為一個完全沒有任何自然光線的全黑的布展空間。

　　2 中央展廳消防設計難點

　　美術(shù)館中央展廳的建筑設計亮點和布展優(yōu)勢，也給自動滅火系統(tǒng)的設計帶來了新的挑戰(zhàn)。

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

　　中央展廳的室內(nèi)凈空高度34 m，已經(jīng)超過了《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(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)凈空高度超過自動噴水滅火系統(tǒng)的保護高度時，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，沒有火災負荷。代替自動噴水滅火系統(tǒng)的自動滅火系統(tǒng)對高大空間場所的地面及其上方一定高度內(nèi)有火災負荷的空間提供保護，就可以滿足消防要求。

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

　　如何選擇自動滅火系統(tǒng)，在適應展廳運營要求和提供有效消防保護的條件下，盡量減少對展廳后續(xù)布展的影響，是擺在設計面前的一個難題。

　　3 中央展廳自動滅火系統(tǒng)比選

　　對于中央展廳，設計考慮可以采用的自動滅火系統(tǒng)有自動噴水滅火系統(tǒng)、固定消防炮系統(tǒng)、大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)、高壓細水霧系統(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空間體積接近10 000 m3(17 m×17 m×34 m)，遠超現(xiàn)有各種介質(zhì)的氣體滅火系統(tǒng)允許的最大防護區(qū)體積。同時中央展廳在運營過程中會有大量的參觀人員，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)。

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

　　第三個排除的是固定消防水炮系統(tǒng)。國家標準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(50～230 m),在石化工業(yè)場所應用較為廣泛。本項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。

　　大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)中的自動掃描射水高空水炮滅火裝置，單個噴頭流量5 L/s，單個噴頭標準保護半徑≤20 m。與固定消防水炮相比，其噴水強度更加適合于中央展廳的空間尺度。但自動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，水炮的保護范圍也無法涵蓋整個中央展廳的空間。

　　自動噴水滅火系統(tǒng)作為目前使用最普遍的固定自動滅火系統(tǒng)，經(jīng)過國內(nèi)外大量的工程實踐證明，系統(tǒng)簡單，具有極高的安全性和可靠性。為此設計希望盡可能選用自動噴水滅火系統(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。按照自動噴水滅火系統(tǒng)的滅火機理分析，直接在展廳頂部吊頂位置安裝自動噴水滅火系統(tǒng)，無法對下方距離34 m的展廳地面的火災進行有效控制和撲滅。

　　自動噴水滅火系統(tǒng)的滅火機理是冷卻、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到設計要求。同時噴頭的動作時間也會被延遲，極大減弱整個自動噴水滅火系統(tǒng)的控火和滅火效果。

　　根據(jù)自動噴水滅火系統(tǒng)試驗結(jié)果：對于任意公稱動作溫度的噴頭，噴頭動作時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，當安裝高度增大1倍(即為原來2倍)時，噴頭動作時的火勢需要增大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，開展的自動噴水滅火系統(tǒng)全尺寸滅火試驗，結(jié)果顯示，第一只噴頭的開放時間至關(guān)重要，如果火不能被開始動作的少數(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，自動噴水滅火系統(tǒng)的反應時間是決定能否有效控火、滅火的關(guān)鍵因素。

　　火災形成的熱氣流在上升過程中會逐步飄散，造成熱源在頂部聚集時間的延長，也可能造成熱源聚集位置偏離下方火源位置。這些不利因素會隨著火源與噴頭間距離的增大而放大。進一步降低自動噴水滅火系統(tǒng)控火、滅火的能力。

　　也就是說，自動噴水滅火系統(tǒng)對火源點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的滅火要求，目前沒有一種自動滅火系統(tǒng)可以完全滿足。

　　(2)在吊頂安裝的自動噴水滅火系統(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。

　　(3)在展廳地面上方20 m范圍內(nèi)安裝的自動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。

　　4 中央展廳自動滅火系統(tǒng)方案

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

　　在中央展廳的頂部安裝自動噴水滅火系統(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。

　　在中央展廳地面以上12 m高度，利用伸出展廳的可移動連橋底部位置安裝自動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。

　　結(jié)合2種自動滅火系統(tǒng)的安裝要求和滅火機理，對中央展廳的整個空間提供消防保護(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，設計選擇了對一個高大空間分段采用2種自動滅火系統(tǒng)保護的方案。區(qū)別于一般傳統(tǒng)做法，為此在項目方案設計階段，設計就中央展廳的自動滅火系統(tǒng)方案，和業(yè)主方到消防建審部門進行專項征詢?；谠摲桨笡]有與現(xiàn)行消防規(guī)范沖突，并且方案設計符合采用的消防滅火系統(tǒng)的滅火機理，得到消防建審部門認可。

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

　　確定了自動滅火系統(tǒng)的設計方案后，在具體的設計過程中還需要結(jié)合建筑的具體設計，進一步落實細節(jié)才能保證自動滅火系統(tǒng)滿足設計規(guī)范要求，在后續(xù)使用過程中提供有效的消防保護。

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

　　5.1 結(jié)合運營要求采用預作用自動噴水滅火系統(tǒng)后火災報警形式的選擇

　　根據(jù)運營的要求，為了盡可能提高展品布展的安全性，所有展廳的自動噴水滅火系統(tǒng)均采用預作用系統(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作用系統(tǒng)的火災探測手段。經(jīng)過綜合比較，在中央展廳選擇了空氣采樣火災探測系統(tǒng)。目前對于空氣采樣火災探測系統(tǒng)的最大探測高度還沒有規(guī)范規(guī)定，一般產(chǎn)品的檢測報告認為可以在48 m高度內(nèi)有效使用。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，對于中央展廳34 m的凈高，空氣采樣火災探測系統(tǒng)可以有效探測。據(jù)此中央展廳的預作用系統(tǒng)選用空氣采樣火災探測系統(tǒng)作為火災探測手段。

　　5.2 玻璃屋頂下方電動遮陽簾運動影響下的噴頭安裝

　　根據(jù)建筑師要求，中央展廳的玻璃頂下方設置有3層電動遮陽簾。

　　遮陽簾全部展開后，可以完全遮蔽光線，所以也會阻擋煙氣上升;同時展開的遮陽簾又會阻擋噴頭布水。所以當遮陽簾展開后會把玻璃頂下方布置的自動噴水滅火系統(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噴水滅火系統(tǒng)的保護。

　　為此設計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噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)。當遮陽簾完全收起時，以玻璃頂下方的自動噴水滅火系統(tǒng)作為主要保護措施;當遮陽簾展開時，以遮陽簾下方的自動噴水滅火系統(tǒng)作為主要保護措施。

　　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作不會對其下方玻璃吊頂上的自動噴水滅火系統(tǒng)產(chǎn)生影響，對于自動噴水滅火系統(tǒng)設計而言就和普通吊頂一樣了。

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

　　在經(jīng)過多次討論后，建筑師不同意改動屋頂玻璃頂棚和遮陽簾的構(gòu)造，業(yè)主認為臨時安裝自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)會增加美術(shù)館運營維護難度，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噴水滅火系統(tǒng)布置原則后，又引出一個工程難點。由于電動遮陽簾分為3層，在運營過程中會根據(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面對一個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，設定遮陽簾的展開順序，并寫入給排水設計施工說明：“遮陽簾的控制程序中應強制要求，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>

　　作為電動遮陽簾的強制技術(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。