刘龙
中铁上海设计院集团有限公司南京设计院 江苏 南京 210000
摘要：以世博会博物馆新建工程防火设计为例，提出防火规范未覆盖或未明确规定的新颖建筑构造防火设计遵循的路线，为此类建筑设计提供参考。
关键词：新颖建筑，防火，设计，审批
1、概述
建筑防火规范是根据广大科研技术人员、建筑设计人员、建筑物用户、各种火灾案例等大量经验、教训、实验与分析归纳整理而得[1]。经验、教训、实验等数据的有限性决定了现有规范虽然具有一定的科学性和合理性，但不能完全覆盖各种建筑防火设计的需求。特别是随着社会经济的飞速发展和建筑科技的长足进步，具有新的设计概念和结构形式的公共建筑不断涌现，成为城市建设和发展的特色标志[2]。规范的相对滞后对新颖建筑结构构型防火的设计及审批带来了挑战。防火设计中既要满足新颖建筑的安全性对特性和造型美观的需求，也要兼顾安全性和造价的适用性。
《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）总则第一条及其条文说明不仅给出了建筑防火设计规范制定的目的，也提出了建筑防火设计中的原则：“在设计中，设计师既要根据建筑物的使用功能、空间与平面特征和使用人员的特点，采取提高本质安全的工艺防火措施和控制火源的措施，防止发生火灾，也要合理确定建筑物的平面布局、耐火等级和构件的耐火极限，进行必要的防火分隔，设置合理的安全疏散设施与有效的灭火、报警与防排烟等设施，以控制和扑灭火灾，实现保护人身安全，减少火灾危害的目的”，即以主动防火为主，控制火灾蔓延及灭火为辅，以保护人身及财产安全为最终目的。
设计院在制定防火规范未涵盖的新颖构型建筑防火措施时往往需要与消防审批单位协调。本文以世博会博物馆新建工程为例简要介绍中防火设计及审批的思路，为特殊建筑构型设计与审批提供参考。
2、项目概况
世博会博物馆新建工程位于上海世博会地区文化博览区。新建成的世博会博物馆依托陈列展览、文物征集、收藏保护、科学研究、社会教育、学术交流、文献中心等七大功能。本项目总建筑面积46550m3,建筑高度33.8m，按结构类型为3个区：办公区采用混凝土框架结构体系，展厅及附属功能区采用钢框架-支撑结构体系，云厅采用空间网格结构体系。
3、防火设计难点
1）本项目为迄今为止中国国内唯一国际性博物馆，存在珍贵文物展览的可能性，需重点考虑防灭火措施对文物可能造成的损害；
2）建筑空间结构复杂，存在大量的高大空间。
3）云厅构型复杂，对美观要求高。
4消防水系统简介
本工程按一类高层设计，为2013年项目，执行《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045－95（2005年版）、《建筑设计防火规范》GB50016-2006。
4.1 室内消火栓
消火栓系统采用临时高压系统。在地下室消防泵房中设置消火栓泵二台，从两路消防进水管直接吸水供给，消火栓给水管道成环型布置。
本项目存在大量高大空间，除满足一般不小于13m充实水柱外，还需要根据高大空间高度及位置计算栓口压力。经计算设计栓口压力按0.35MPa计。当消火栓栓口动压大于0.50MPa时采用减压稳压消火栓，栓口压力0.35MPa。
4.2 自动喷水灭火系统
自动喷淋系统采用临时高压系统。地下室消防泵房设置自动喷淋泵三台，水幕水泵二台，从环状消防给水管直接吸水供给。大空间主动灭火系统和自动喷水灭火系统合用喷淋泵。除临时展厅、临展库房、消控中心及文献档案室采用预作用喷淋系统，其它区域采用湿式喷淋系统。
本项目主要功能为陈列展览、收藏保护、科学研究，不同区域设计不同自动灭火系统。
8~12m临时展厅展品不固定，存在展览特别贵重文物或展品的可能性，对防水、防消防系统误动作要求高，同时考虑到展厅人员密集、空间大，不适宜使用气体灭火系统，临时展厅在初步设计阶段采用重复启闭预作用系统。重复启闭预作用系统跟常规预作用系统的不同之处，是采用了一种即可输入火警信号，又可在环境恢复常温时输出灭火信号的感温探测器，当其感应到环境温度超过预定温度时，报警并启动供水泵和打开具有复位功能的雨淋阀，为配水管道冲水，并在喷头动作后喷水灭火。在喷水过程中，当火场温度恢复到常温时，探测器发出关停系统的信号，在按设定的条件延迟喷水一段时间后，关闭雨淋阀停止喷水，若火灾复燃，系统则再次启动，直接彻底灭火。该系统既可以起到预作用系统防止误动作作用，同时可以减少灭火过程中水渍对展品的损害。由于国内缺少此类产品，施工图阶段考虑到工程造价的因素，将重复启闭预作用系统改作普通预作用系统，该系统可避免自动喷水灭火误动作对藏品等造成损害。
8~12m常设展厅通过与业主沟通确认无特别贵重展品展出，对防水要求不高。按照规范可采用自动喷淋灭火系统及大空自动扫面射水系统，从经济性及展品安全性考虑，设计选择自动喷水灭火系统。
高度大于12m小于18m常设展厅按照上海市工程建设规范《民用建筑水灭火系统设计规范》，可采用自动喷淋灭火系统，设计最小用水量108 L/s，按此方案本项目消防用水量168L/s。由于本项目消防直接从市政管网抽水，市政可提供最大给水接口为DN300，难以满足168L/s消防用水要求。考虑到自动扫面射水高空水炮在动作过程中对展品冲击可能造成非必要损害，此类展厅本项目采用标准型大空间智能灭火系统。
大于12m中庭及4D影厅采用采用自动扫描射水高空水炮灭火装置，设计流量20L/s,增压泵与自动喷淋灭火系统合用。
云厅顶部钢结构采用增加闭式喷头（自动喷淋灭火系统）保护，喷头选用K=80标准型喷头，动作温度141℃，设置独立的湿式报警阀组。
办公等其他区域设置常规自动喷水灭火系统，自动喷水灭火系统设计参数如表1所示。钢结构保护水幕（设计用水量35L/s）在中庭区（设计用水量35L/s），其流量与中庭自动喷水灭火系统叠加为70L/s。除钢结构保护水幕与中庭自动喷淋灭火系统叠加外，各种类自动喷水灭火系统不同时作用，故系统设计用水量81L/s。
表1 自动喷水灭火系统选型与设计参数
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4.3 钢结构冷却水幕
上海世博会博物馆云厅是钢结构和玻璃幕墙混合结构体系，为了结构安全，经消防审批对高度8米以下（柱底以上8m）区域的钢结构和玻璃幕墙采用水幕系统进行保护。水幕系统可对钢结构和玻璃幕墙进行有效的冷却保护。
4.4 气体消防系统及灭火器配置
博物馆项目存在各种不同种类库房，需要严格控制水进入的库房，采用IG541气体灭火系统。该系统与变配电所（3个）、网络中心（1个）合用一套组合分配式系统。金属库房、中转库房对水要求不高，且《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005规定“两个或两个以上的防护区采用组合分配系统时，一个组合分配系统所保护的防护区不应超过8个。”，该类库房若采用气体消防需要增加一套气体灭火系统，考虑到建设与运营成本，该类库房采用预作用喷水灭火系统。
5 云结构防火设计与审批协调
“欢庆之云”作为本项目的建筑设计亮点建筑结构外观新颖，对防火分隔、防火喷涂及防灭火装置布置的要求高。针对以上设计难点，设计院与消防审批单位进行了有效的沟通，共同提出了最终的云结构防火设计方案。
5.1 云腿防火设计
云腿承担了支撑整个云厅荷载的任务，有钢结构和幕墙组成，云腿中空。1#云腿内设置了观光电梯，底部一半与南门厅相连，一半与室外庭院相连；2#云腿内设置了1部疏散楼梯，底部一半与展厅区走量相接，一半与室外广场相连；3#门厅一半与北门厅相连，一半与室外广场相连。云腿起到了承重与疏散的作用，防火要求高。
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图二 云腿与室内关系示意图
从建筑角度出发，在满足云腿功能的前提下，严格区分室内与室外的划分，在定义为室外的区域，采取建筑措施排除后期运营过程中作为室内使用的可能性。如3#云腿中空，但按照建筑效果的要求需要承担部分观光的作用，在审批沟通后3号云腿底部设置水池，从根本上避免了3#云腿桶内发生火灾的可能性。3根云腿除首层与室内相接外，首层以上部分均与主体建筑分离并设计安全距离，保障主体建筑火灾时不影响云腿。在设计过程中，为加强防火，云腿于门厅（或走道）齐高处设置防火分隔水幕的同时，距筒体3米范围内室内空间不设置可燃物或可燃展品。
在防火措施选择方面，以建筑防火措施为先，在不影响建筑效果的前提下首先选用防火门、防火板、防火喷涂等常规措施进行防火分隔或防火保护。以云腿防火设计为例，首先室内正对筒体处墙体设置为防火墙，确实需开门处设甲级防火门，减小其他区域火灾蔓延至云腿的可能性，其次与云腿连接的门厅或走廊设置防火吊顶，防止室内火灾影响首层以上云腿结构。
在美观要求高的地方采用自动喷水灭火装置配套建筑灭火。2#云腿内设置钢楼梯，在钢楼梯底部设置自动喷水灭火系统，保护2#云腿内部钢制构件。1#云腿二层顶部为观光电梯厅，设置自动扫描射水高空水炮灭火系统。
5.2 云厅防火设计
云厅作为本项目设计亮点，对外观要求高。云厅内采用自动喷水灭火系统对云厅底板进行保护。云厅顶盖采用自动喷水灭火系统，该系统采用独立湿式报警阀，喷头采用动作温度141℃标准喷头。云厅底板下设备夹层内设置自动喷水灭火系统进行保护。
6 结语
随着社会经济的飞速发展和建筑科技的长足进步，在大城市中，各种结构建筑新颖的地标建筑不断涌现规范的相对滞后及部分条文的模糊性就对新颖建筑结构构型防火的设计及审批带来了挑战。在设计中需遵循主动防火为主，控制火灾蔓延及灭火为辅，以保护人身及财产安全为最终目的的设计路线。在满足建筑功能与外观需求的地方，首先考虑建筑对防火区域的处理，严格控制室内与室外，在定义为室外的地方，采取措施消灭在运营的过程中转化为室内的可能行。在防火措施的选择上首先考虑防火分隔、防火门、防火涂料等主动防火措施，辅助以分隔水幕、冷却喷水系统等被动防火措施。
参考文献：
[1] 黄德祥,阳世群.建筑防火性能化评估设计若干问题的分析[J].消防科学与技,2005,24(5):567-569.
[2] 韩新, 沈祖炎,曾杰,陈寒根. 大型公共建筑防火性能化评估方法基本框架研究[J]. 消防科学与技术, 2002 (2): 6-12.