新疆藝術(shù)中心項(xiàng)目藝術(shù)大街自然排煙設(shè)計(jì)

侯連建

（筑博設(shè)計(jì)股份有限公司，廣東深圳518042）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高大空間公共建筑越來越多，此類建筑消防設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，為了防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身等財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)重視此類建筑的消防設(shè)計(jì)；自然排煙系統(tǒng)具有可靠性高，不需要專門消防風(fēng)機(jī)和風(fēng)管、風(fēng)口，更易配合室內(nèi)裝修，構(gòu)造簡(jiǎn)單。本項(xiàng)目藝術(shù)大街屋頂是鋼結(jié)構(gòu)，四周都是透明玻璃，不適合設(shè)置消防風(fēng)機(jī)和風(fēng)管，因此采用自然排煙系統(tǒng)；本文將結(jié)合項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行分析。

1 工程概況

本項(xiàng)目地點(diǎn)位于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市，建筑面積78291m2，占地52960.85m2，屬于一類高層，主體3層，局部5層建筑高度為20.00m，局部因展廳運(yùn)輸、展廳凈高要求及設(shè)備房高度要求抬高，屋面上存在 22.00m、23.90m、25.80m、27.00m的建筑高度；東側(cè)和西側(cè)展廳之間由單層30米高藝術(shù)大街連接。負(fù)一層為展廳、車庫(kù)和設(shè)備用房，負(fù)二層為美術(shù)館展廳庫(kù)房及附屬用房、車庫(kù)和設(shè)備用房；設(shè)計(jì)主體為新疆藝術(shù)中心，包含美術(shù)館、文化館、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)研究中心、畫院四個(gè)單位及各功能配套業(yè)務(wù)用房。

2 消防設(shè)計(jì)需要解決的問題

新疆藝術(shù)中心作為一個(gè)典型的現(xiàn)代化的文化展覽建筑，在建筑造型上需要滿足高大、開闊、舒適、功能多樣的使用要求。不同于其他建筑，現(xiàn)代文化展覽建筑在空間和視覺上更加追求通透性，技術(shù)更加追求現(xiàn)代化，展廳以及建筑規(guī)模更加追求大型化。由于現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的很多條款在制定時(shí)并未充分考慮到這類特殊功能建筑的使用要求及特點(diǎn)，導(dǎo)致這類建筑在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)無法解決的技術(shù)難題，進(jìn)而影響到建筑的消防安全水平。

該建筑東側(cè)與西側(cè)展廳之間南北向沿中軸方向設(shè)置了一條貫穿建筑主體的藝術(shù)大街，藝術(shù)大街中部設(shè)置有兩個(gè)下沉式廣場(chǎng)，藝術(shù)大街的通道本身可作為消防車道使用。設(shè)計(jì)中考慮到增強(qiáng)建筑的整體性，加強(qiáng)藝術(shù)大街東西兩側(cè)展廳之間的聯(lián)系，并提高顧客在建筑內(nèi)的舒適度，設(shè)計(jì)時(shí)在藝術(shù)大街通道上方覆蓋頂蓋，平面圖見圖1和圖2。

在設(shè)置頂蓋后，本項(xiàng)目藝術(shù)大街兩側(cè)建筑所處的空間形態(tài)發(fā)生改變，從而對(duì)建筑的疏散策略以及藝術(shù)大街的定性產(chǎn)生影響：

在未設(shè)置頂蓋時(shí)，藝術(shù)大街在空間上與室外連通。根據(jù)煙氣的流動(dòng)規(guī)律，頂部沒有障礙物阻礙煙氣的上升時(shí)，煙氣不會(huì)在該空間內(nèi)滯留和聚集，所以此時(shí)藝術(shù)大街為室外安全空間 （如圖3）。

圖1 首層藝術(shù)大街示意圖

但是在藝術(shù)大街上方設(shè)置頂蓋后，藝術(shù)大街所在空間由室外空間變?yōu)槭覂?nèi)通道，由于頂蓋的阻礙煙氣無法直接排除室外 （如圖4），煙氣可能逐漸積聚，并逐漸向下沉降，影響到藝術(shù)大街疏散人員安全。設(shè)置頂蓋后，藝術(shù)大街不再作為室外安全區(qū)域，按規(guī)范要求必須在該區(qū)域劃分防火分區(qū)，設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)、設(shè)置排煙系統(tǒng)。

圖2 屋面層藝術(shù)大街示意圖

圖3 未設(shè)頂蓋時(shí)通道火災(zāi)延期蔓延示意圖

圖4 設(shè)置頂蓋后通道煙氣蔓延示意圖

并且存在以下消防設(shè)計(jì)問題需要解決：

（1）藝術(shù)大街面積4544平米，防火分區(qū)面積超標(biāo)。

（2）疏散出口不能直接直通室外。

（3）疏散距離超標(biāo)。

3 性能化措施

針對(duì)項(xiàng)目的消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)，藝術(shù)大街為本項(xiàng)目的核心部分，其安全性決定了項(xiàng)目的消防設(shè)計(jì)的可行性。藝術(shù)大街為凈空高度約30m的單層區(qū)域，大街中部設(shè)計(jì)有兩個(gè)下沉式廣場(chǎng)，并在藝術(shù)大街上空9m處設(shè)計(jì)有三條連廊將藝術(shù)大街東西兩側(cè)建筑連接起來。藝術(shù)大街雖然面積達(dá)到4544平方米，但其為一個(gè)單層的高大空間，視野開闊，并且有較強(qiáng)的蓄煙能力；同時(shí)，藝術(shù)大街發(fā)揮著首層部分防火分區(qū)過渡疏散功能和其他樓層部分疏散人員通過疏散樓梯疏散至該區(qū)域，再由該區(qū)域疏散至室外的臨時(shí)過渡疏散功能。根據(jù)藝術(shù)大街本身所具備的視野開闊，逃生路線清晰，蓄煙能力強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中擬將藝術(shù)大街整體劃分為一個(gè)防火分區(qū)，作為人員暫時(shí)避難的準(zhǔn)室外空間，以解決部分疏散出口和疏散樓梯利用該通道進(jìn)行二次疏散的問題。

4 消防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 （BG50016－2014）［1］針對(duì)現(xiàn)代建筑體量大，空間開闊的特點(diǎn)，結(jié)合多年建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了 “步行街”的概念，并對(duì)“步行街”的設(shè)計(jì)提出了具體要求。本項(xiàng)目擬將“藝術(shù)大街”設(shè)計(jì)為 “準(zhǔn)室外空間”，消防性能分析對(duì)于 “準(zhǔn)室外空間”的設(shè)計(jì)要求也是參考規(guī)范中對(duì) “步行街”的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合本項(xiàng)目建筑的具體情況所提出的。

準(zhǔn)室外空間的概念是指，在建筑內(nèi)部劃出一定區(qū)域范圍，在此區(qū)域范圍內(nèi)，通過對(duì)內(nèi)部可燃物進(jìn)行控制，并與周圍鄰近區(qū)域進(jìn)行的嚴(yán)格的防火分隔控制，嚴(yán)格控制火災(zāi)和煙氣侵入該區(qū)域，由此，為人員疏散逃生提供暫時(shí)的過渡空間，并為消防撲救力量偵察并展開火情撲救提供暫時(shí)安全的場(chǎng)所。

從建筑排煙角度考慮，室內(nèi)與室外的區(qū)別在于，對(duì)于室外空間來說煙氣可迅速向高空擴(kuò)散，不會(huì)出現(xiàn)大量積聚導(dǎo)致煙氣濃度過高的情況，對(duì)于疏散人員安全基本不會(huì)產(chǎn)生影響。而對(duì)于室內(nèi)空間來說，煙氣主要依靠機(jī)械排煙系統(tǒng)或小面積比例的自然排煙窗排出煙氣，煙氣在有限的空間內(nèi)出現(xiàn)積聚沉降的可能性較大，所以煙氣對(duì)人員的威脅較大。

在對(duì)本項(xiàng)目準(zhǔn)室外空間內(nèi)的排煙系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，設(shè)計(jì)擬達(dá)到的目的是盡量保證火災(zāi)時(shí)該區(qū)域的排煙條件接近室外空間條件，從而達(dá)到保證人員安全的目的。由此本項(xiàng)目準(zhǔn)室外空間的排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)中制定以下方案：

（1）準(zhǔn)室外空間頂部應(yīng)設(shè)置火災(zāi)時(shí)可開啟排煙窗，若設(shè)置側(cè)窗，則側(cè)窗在準(zhǔn)室外空間頂部東、西、南、北四個(gè)方向應(yīng)均有設(shè)置，側(cè)窗開啟后有效排煙面積不應(yīng)低于準(zhǔn)室外空間首層面積的25%。依據(jù) 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 （BG50016－2014）5.3.6－7“頂棚應(yīng)設(shè)置自然排煙設(shè)施并宜采用常開式的排煙口，且自然排煙口的有效面積不應(yīng)小于步行街地面面積的25%，常閉式自然排煙設(shè)施應(yīng)能在火災(zāi)時(shí)手動(dòng)和自動(dòng)開啟”［1］。側(cè)窗的開啟有效面積也能滿足 《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251－2017中有關(guān)自然排煙的要求［2］。

（2）在準(zhǔn)室外空間排煙系統(tǒng)的控制及聯(lián)動(dòng)方面，頂部側(cè)窗應(yīng)具備系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制、消防控制室遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)就地手動(dòng)控制開啟三種控制方式。

（3）準(zhǔn)室外空間作為本項(xiàng)目人員疏散的過渡空間，應(yīng)盡量避免火災(zāi)時(shí)高火災(zāi)載荷區(qū)域的煙氣對(duì)準(zhǔn)室外空間內(nèi)人員疏散所產(chǎn)生的影響。

5 消防性能化分析結(jié)果

配合 “四川法斯特消防安全性能評(píng)估有限公司”進(jìn)行消防性能化分析，采用FDS軟件模擬火災(zāi)發(fā)展和煙氣蔓延特性，采用了定量和定性分析兩種方式對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了論證和評(píng)估。定性分析部分根據(jù)消防設(shè)計(jì)問題結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范、文獻(xiàn)資料以及相似案例等提出解決方式和工程設(shè)計(jì)要求。定量分析部分則對(duì)特定火災(zāi)場(chǎng)景內(nèi)煙氣蔓延趨勢(shì)和人員疏散狀態(tài)進(jìn)行了比較，以判斷解決方案的可行性，分析結(jié)果認(rèn)為項(xiàng)目中準(zhǔn)室外空間的設(shè)計(jì)方案可行。圖5、圖6為模擬中的數(shù)據(jù)截圖。

消防性能化分析結(jié)果在當(dāng)?shù)叵谰峙e行專家論證會(huì)，最終通過了專家論證會(huì)，以上方案可行。

圖5 煙氣溫度分布圖

圖6 二氧化碳濃度分布圖

6 結(jié)論

對(duì)于一些高大空間建筑，設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)受到限制時(shí)可以考慮自然排煙，本文可以起一定的借鑒作用；類似項(xiàng)目采用自然排煙系統(tǒng)可參考 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》BG50016－2014［1］及 《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251－2017關(guān)于自然排煙部分的章節(jié)［2］；設(shè)計(jì)自然排煙系統(tǒng)要注意自然排煙窗能手動(dòng)和自動(dòng)均能開啟，自然排煙窗要與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，要提資給電氣專業(yè)，自然排煙窗開啟面積要按有效面積計(jì)算，要按開窗角度計(jì)算有效面積。