新疆藝術中心項目藝術大街自然排煙設計

侯連建

（筑博設計股份有限公司，廣東深圳518042）

0 引言

隨著我國經濟的迅速發展，高大空間公共建筑越來越多，此類建筑消防設計比較復雜，為了防止和減少火災危害，保護人身等財產安全，應重視此類建筑的消防設計；自然排煙系統具有可靠性高，不需要專門消防風機和風管、風口，更易配合室內裝修，構造簡單。本項目藝術大街屋頂是鋼結構，四周都是透明玻璃，不適合設置消防風機和風管，因此采用自然排煙系統；本文將結合項目在設計中遇到的問題進行分析。

1 工程概況

本項目地點位于新疆維吾爾自治區烏魯木齊市，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，局部因展廳運輸、展廳凈高要求及設備房高度要求抬高，屋面上存在 22.00m、23.90m、25.80m、27.00m的建筑高度；東側和西側展廳之間由單層30米高藝術大街連接。負一層為展廳、車庫和設備用房，負二層為美術館展廳庫房及附屬用房、車庫和設備用房；設計主體為新疆藝術中心，包含美術館、文化館、非物質文化遺產研究中心、畫院四個單位及各功能配套業務用房。

2 消防設計需要解決的問題

新疆藝術中心作為一個典型的現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，現代文化展覽建筑在空間和視覺上更加追求通透性，技術更加追求現代化，展廳以及建筑規模更加追求大型化。由于現行技術規范的很多條款在制定時并未充分考慮到這類特殊功能建筑的使用要求及特點，導致這類建筑在設計過程中出現一些設計無法解決的技術難題，進而影響到建筑的消防安全水平。

該建筑東側與西側展廳之間南北向沿中軸方向設置了一條貫穿建筑主體的藝術大街，藝術大街中部設置有兩個下沉式廣場，藝術大街的通道本身可作為消防車道使用。設計中考慮到增強建筑的整體性，加強藝術大街東西兩側展廳之間的聯系，并提高顧客在建筑內的舒適度，設計時在藝術大街通道上方覆蓋頂蓋，平面圖見圖1和圖2。

在設置頂蓋后，本項目藝術大街兩側建筑所處的空間形態發生改變，從而對建筑的疏散策略以及藝術大街的定性產生影響：

在未設置頂蓋時，藝術大街在空間上與室外連通。根據煙氣的流動規律，頂部沒有障礙物阻礙煙氣的上升時，煙氣不會在該空間內滯留和聚集，所以此時藝術大街為室外安全空間 （如圖3）。

圖1 首層藝術大街示意圖

但是在藝術大街上方設置頂蓋后，藝術大街所在空間由室外空間變為室內通道，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，影響到藝術大街疏散人員安全。設置頂蓋后，藝術大街不再作為室外安全區域，按規范要求必須在該區域劃分防火分區，設置自動滅火系統、設置排煙系統。

圖2 屋面層藝術大街示意圖

圖3 未設頂蓋時通道火災延期蔓延示意圖

圖4 設置頂蓋后通道煙氣蔓延示意圖

并且存在以下消防設計問題需要解決：

（1）藝術大街面積4544平米，防火分區面積超標。

（2）疏散出口不能直接直通室外。

（3）疏散距離超標。

3 性能化措施

針對項目的消防設計難點，藝術大街為本項目的核心部分，其安全性決定了項目的消防設計的可行性。藝術大街為凈空高度約30m的單層區域，大街中部設計有兩個下沉式廣場，并在藝術大街上空9m處設計有三條連廊將藝術大街東西兩側建筑連接起來。藝術大街雖然面積達到4544平方米，但其為一個單層的高大空間，視野開闊，并且有較強的蓄煙能力；同時，藝術大街發揮著首層部分防火分區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域，再由該區域疏散至室外的臨時過渡疏散功能。根據藝術大街本身所具備的視野開闊，逃生路線清晰，蓄煙能力強的特點，設計中擬將藝術大街整體劃分為一個防火分區，作為人員暫時避難的準室外空間，以解決部分疏散出口和疏散樓梯利用該通道進行二次疏散的問題。

4 消防排煙系統設計

《建筑設計防火規范》 （BG50016－2014）［1］針對現代建筑體量大，空間開闊的特點，結合多年建筑設計經驗，提出了 “步行街”的概念，并對“步行街”的設計提出了具體要求。本項目擬將“藝術大街”設計為 “準室外空間”，消防性能分析對于 “準室外空間”的設計要求也是參考規范中對 “步行街”的設計要求，并結合本項目建筑的具體情況所提出的。

準室外空間的概念是指，在建筑內部劃出一定區域范圍，在此區域范圍內，通過對內部可燃物進行控制，并與周圍鄰近區域進行的嚴格的防火分隔控制，嚴格控制火災和煙氣侵入該區域，由此，為人員疏散逃生提供暫時的過渡空間，并為消防撲救力量偵察并展開火情撲救提供暫時安全的場所。

從建筑排煙角度考慮，室內與室外的區別在于，對于室外空間來說煙氣可迅速向高空擴散，不會出現大量積聚導致煙氣濃度過高的情況，對于疏散人員安全基本不會產生影響。而對于室內空間來說，煙氣主要依靠機械排煙系統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出現積聚沉降的可能性較大，所以煙氣對人員的威脅較大。

在對本項目準室外空間內的排煙系統進行規劃時，設計擬達到的目的是盡量保證火災時該區域的排煙條件接近室外空間條件，從而達到保證人員安全的目的。由此本項目準室外空間的排煙系統設計中制定以下方案：

（1）準室外空間頂部應設置火災時可開啟排煙窗，若設置側窗，則側窗在準室外空間頂部東、西、南、北四個方向應均有設置，側窗開啟后有效排煙面積不應低于準室外空間首層面積的25%。依據 《建筑設計防火規范》 （BG50016－2014）5.3.6－7“頂棚應設置自然排煙設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小于步行街地面面積的25%，常閉式自然排煙設施應能在火災時手動和自動開啟”［1］。側窗的開啟有效面積也能滿足 《建筑防煙排煙系統技術標準》GB51251－2017中有關自然排煙的要求［2］。

（2）在準室外空間排煙系統的控制及聯動方面，頂部側窗應具備系統聯動控制、消防控制室遠程控制和現場就地手動控制開啟三種控制方式。

（3）準室外空間作為本項目人員疏散的過渡空間，應盡量避免火災時高火災載荷區域的煙氣對準室外空間內人員疏散所產生的影響。

5 消防性能化分析結果

配合 “四川法斯特消防安全性能評估有限公司”進行消防性能化分析，采用FDS軟件模擬火災發展和煙氣蔓延特性，采用了定量和定性分析兩種方式對相關問題進行了論證和評估。定性分析部分根據消防設計問題結合國內相關規范、文獻資料以及相似案例等提出解決方式和工程設計要求。定量分析部分則對特定火災場景內煙氣蔓延趨勢和人員疏散狀態進行了比較，以判斷解決方案的可行性，分析結果認為項目中準室外空間的設計方案可行。圖5、圖6為模擬中的數據截圖。

消防性能化分析結果在當地消防局舉行專家論證會，最終通過了專家論證會，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 結論

對于一些高大空間建筑，設置機械排煙系統受到限制時可以考慮自然排煙，本文可以起一定的借鑒作用；類似項目采用自然排煙系統可參考 《建筑設計防火規范》BG50016－2014［1］及 《建筑防煙排煙系統技術標準》GB51251－2017關于自然排煙部分的章節［2］；設計自然排煙系統要注意自然排煙窗能手動和自動均能開啟，自然排煙窗要與火災自動報警系統聯動，要提資給電氣專業，自然排煙窗開啟面積要按有效面積計算，要按開窗角度計算有效面積。