設(shè)計(jì)總包模式下超大空間的特殊消防設(shè)計(jì)

劉欣華（華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200011）

1 設(shè)計(jì)總包中的技術(shù)挑戰(zhàn)

1.1 設(shè)計(jì)總包的優(yōu)勢

近年來，隨著建筑設(shè)計(jì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，對項(xiàng)目品質(zhì)要求日益提高，設(shè)計(jì)專項(xiàng)細(xì)分內(nèi)容也隨之增加，項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作除了主體設(shè)計(jì)還包括專項(xiàng)設(shè)計(jì)、顧問咨詢、造價(jià)控制、審核審批、進(jìn)度計(jì)劃、現(xiàn)場配合等等諸多內(nèi)容，設(shè)計(jì)技術(shù)的綜合管控對項(xiàng)目品質(zhì)保障、進(jìn)度實(shí)現(xiàn)、造價(jià)控制等多方面核心工作至關(guān)重要。基于提高設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)服務(wù)的需求，設(shè)計(jì)總包已經(jīng)成為市場普遍接受的模式，對于功能復(fù)雜、技術(shù)難度高的大型公共建筑尤其適合，因?yàn)樵O(shè)計(jì)總包模式有利于設(shè)計(jì)總包方主動(dòng)協(xié)調(diào)各專業(yè)、各專項(xiàng)，從項(xiàng)目整體出發(fā)，及時(shí)解決各階段核心技術(shù)問題。

1.2 設(shè)計(jì)總包中的技術(shù)挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)總包模式對設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出了更高的要求，包括技術(shù)實(shí)力、管理能力、服務(wù)意識(shí)等等，而技術(shù)綜合管控能力是完成設(shè)計(jì)總包任務(wù)的根本基礎(chǔ)。大型公共建筑需要更多的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和技術(shù)引領(lǐng)，經(jīng)常面臨多方面的挑戰(zhàn)，從實(shí)踐中我們深刻體會(huì)到，攻克這些技術(shù)難關(guān)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的重點(diǎn)，甚至是設(shè)計(jì)創(chuàng)意成立與否的關(guān)鍵，其中消防問題是我們經(jīng)常遇到的“攔路虎”。消防策略的選擇往往會(huì)改變大部分專業(yè)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，如不能及時(shí)解決，會(huì)成為項(xiàng)目推進(jìn)的巨大障礙，設(shè)計(jì)總包的工作目標(biāo)也必然無法實(shí)現(xiàn)，但另一方面看，設(shè)計(jì)總包模式又為第一時(shí)間解決技術(shù)難題提供了有利條件。

鑒于大型公共建筑的消防難題大多出現(xiàn)在大尺度、大進(jìn)深空間范圍，本文以北京副中心圖書館項(xiàng)目為例，著重闡述超大尺度空間消防設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和解決途徑，這個(gè)項(xiàng)目作為大型公共文化建筑，采用了典型的設(shè)計(jì)總包模式。

2 超大空間與特殊消防設(shè)計(jì)

2.1 超大空間消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

大型公共建筑（尤其是文化類公建）由于創(chuàng)意或功能的需要，設(shè)置超大尺度的公共空間的情況越來越多，超大尺度空間對消防設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）超大空間尺度，疏散距離過長。超常規(guī)尺度的建筑內(nèi)部公共空間，帶來的是超過規(guī)范要求的安全疏散距離，寬敞舒適的大型室內(nèi)空間難以滿足防火設(shè)計(jì)規(guī)范對防火分隔的嚴(yán)格嚴(yán)格要求。例如，赫爾辛基頌歌圖書館的頂層設(shè)計(jì)為全開敞的超大空間，這里成為眺望整個(gè)城市的條形觀景窗，但隨之而來的就是消防疏散距離過長，消防分區(qū)受限的問題。

（2）公共建筑的超大空間范圍，往往是人員密集區(qū)，疏散危險(xiǎn)性高。大型公共建筑在日常使用時(shí)，人員密度較高，如果防火安全缺乏保障，一旦發(fā)生火災(zāi)，安全疏散得不到及時(shí)有效的引導(dǎo)，就很容易造成人員傷亡。另外，圖書館、博物館、檔案館等大型文化類建筑，如遭遇火災(zāi)，還會(huì)帶來難以挽回的經(jīng)濟(jì)、文化損失。例如著名的盧浮宮博物館，巨大的客流量需求其入口金字塔下方設(shè)計(jì)巨大的集散空間，對于這樣人流密集的超大空間，消防設(shè)計(jì)成為重中之重。

（3）建筑體量大，豎向交通首層疏散困難。對于平面尺寸寬大集中的公共建筑，其豎向交通在首層向室外的疏散，會(huì)成為設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，如果首層是超大空間，將會(huì)更加困難，設(shè)置首層疏散樓梯到室外安全出口的疏散途徑，會(huì)給超大空間完整的平面功能布局帶來很多麻煩。

以上問題，僅僅依照建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，無法滿足設(shè)計(jì)創(chuàng)意和復(fù)雜功能的要求。在保證空間設(shè)計(jì)效果的前提下，按照國家相關(guān)規(guī)定，采取特殊消防設(shè)計(jì)成為解決大型公共建筑超大空間消防技術(shù)難題的有效手段。

2.2 特殊消防設(shè)計(jì)

特殊消防設(shè)計(jì)的概念基本衍生于消防設(shè)計(jì)性能化的概念，是基于火災(zāi)科學(xué)和消防工程原理，對于某特定建筑物進(jìn)行定量分析和評估，設(shè)計(jì)出一套針對特定的建筑物防火設(shè)計(jì)方案，從而為建筑安全提供保障的消防設(shè)計(jì)。相對于以普適性要求出發(fā)的建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范，特殊消防設(shè)計(jì)是一種更為綜合、更具針對性的消防設(shè)計(jì)選擇。對于選擇特殊消防設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，都需要研究項(xiàng)目具體情況，發(fā)現(xiàn)消防問題、分析消防策略，提出定制化解決方案，在滿足安全保障的同時(shí)，采用多種設(shè)計(jì)工具，綜合運(yùn)用多種防火防災(zāi)的手段，提升防火防災(zāi)的效率。

針對這些年在大型復(fù)雜公建以及其它特殊建筑工程中遇到的消防難題，政府主管部門先后出臺(tái)了相應(yīng)規(guī)范和規(guī)定。2009 年，我國頒布了《建設(shè)工程消防性能化設(shè)計(jì)評估應(yīng)用管理暫行規(guī)定》（已于 2016 年廢止），規(guī)定了性能化設(shè)計(jì)的適應(yīng)范圍，并相繼于 2012 年和 2016 年頒布相關(guān)規(guī)定，進(jìn)一步作出明確和約束。2020 年 4 月，我國頒布了《建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審查驗(yàn)收管理暫行規(guī)定》（建設(shè)部令第 51 號(hào)第十七條），明確了需要提交特殊消防設(shè)計(jì)資料的建設(shè)工程。這些規(guī)定的陸續(xù)出臺(tái)，推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，為重點(diǎn)項(xiàng)目、特殊項(xiàng)目建設(shè)提供了重要的技術(shù)依據(jù)。

對于建筑師來說，特殊消防設(shè)計(jì)拓寬了技術(shù)限制范圍，為建筑的創(chuàng)作提供了更多的選擇，這無疑是大家愿意看到的，但同時(shí)我們也要理性分析，有必要綜合評估特殊消防設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)進(jìn)度、投資控制、技術(shù)整體合理性等各方面的影響，針對超大空間的特殊消防設(shè)計(jì)，要綜合各專業(yè)、各專項(xiàng)設(shè)計(jì)的具體情況，制定一體化消防解決方案，既滿足空間效果，又兼顧其他各方面技術(shù)需求，確保特殊消防設(shè)計(jì)的綜合合理性和技術(shù)落地，在這方面設(shè)計(jì)總包模式顯然更具優(yōu)勢。特殊消防設(shè)計(jì)流程如圖 1 所示。

圖1 特殊消防設(shè)計(jì)流程圖

3 北京城市副中心圖書館的特殊消防設(shè)計(jì)

3.1 項(xiàng)目概述與空間設(shè)計(jì)特征

北京城市副中心圖書館，位于北京市通州區(qū)城市綠心森林公園內(nèi)。項(xiàng)目作為北京市重點(diǎn)建設(shè)工程，受到國家和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。項(xiàng)目由華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司與挪威斯諾赫塔設(shè)計(jì)事務(wù)所聯(lián)合體在國際方案征集中獲勝，由諾赫塔設(shè)計(jì)事務(wù)所主導(dǎo)的方案創(chuàng)意獲得各方好評。

設(shè)計(jì)創(chuàng)意著重綠色生態(tài)理念，建筑整體形態(tài)由銀杏葉造型的大型金屬屋面和巨型落地全玻璃折面幕墻組成，通透的玻璃幕墻把室外森林公園的綠化景觀引入室內(nèi)環(huán)境，金屬屋面下方覆蓋的是由兩側(cè)宏偉的“山體”圍合而成的共享中庭，纖細(xì)而有力的銀杏樹干是金屬屋面的豎向支撐，連綿的知識(shí)之山蔓延其中，“山坡”上是開放的書架和共享坐席，銀杏葉屋頂下高大開闊的室內(nèi)空間與室外自然生態(tài)環(huán)境融為一體，獨(dú)具魅力的室內(nèi)效果表達(dá)出山間林下讀書的優(yōu)美意境，這是方案立意的核心。同樣，在隨后的項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)中繼續(xù)貫徹生態(tài)節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，項(xiàng)目在場地規(guī)劃、立面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)水設(shè)計(jì)、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與景觀設(shè)計(jì)等方面，均嚴(yán)格執(zhí)行綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，達(dá)到綠色建筑三星級標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)與解決方案

圖書館體量較大，總平面呈 150 m2見方的正方形，屋面尺寸則達(dá)到 170 m2，平面中軸設(shè)置共享山谷，高大開闊的室內(nèi)空間給人帶來震撼的同時(shí)，超常規(guī)的空間尺度也給消防設(shè)計(jì)帶來巨大的挑戰(zhàn)。

3.2.1 消防設(shè)計(jì)問題

（1）首層共享山谷與三層開敞空間防火分區(qū)面積過大。按 GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第 5.3.1 條規(guī)定，耐火等級為一級的多層民用建筑防火分區(qū)最大允許建筑面積為 5 000 m2。本項(xiàng)目的屋面之下的山谷與三層臺(tái)階需看作同一防火分區(qū)，總計(jì)約 18 600 m2，遠(yuǎn)超規(guī)范要求。

（2）首層共享山谷疏散距離過長。按 GB 50016—2014第 5.5.17 條規(guī)定，設(shè)置有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的大空間疏散距離極限為 37.5 m。山谷平面南北進(jìn)深為 150 m，選擇平面中點(diǎn)計(jì)算也遠(yuǎn)超規(guī)范要求。

（3）部分樓梯在首層無法直通室外。受到建筑平面布局的限制，部分樓梯間位于中部，在首層無法直通室外，需提出消防加強(qiáng)措施保證人員的安全疏散。

3.2.2 解決方案與模擬分析

針對上述問題，設(shè)計(jì)采用了控制大空間邊界防火等級、規(guī)定山谷兩側(cè)山體最小距離、采用不然或難燃材料、設(shè)置防火隔離帶等基本方法。同時(shí)，用 FDS 分析軟件進(jìn)行了火災(zāi)場景設(shè)計(jì)，并針對不同區(qū)域進(jìn)行了煙氣蔓延數(shù)值模擬，驗(yàn)證了所采取的消防設(shè)計(jì)方案能夠保證火災(zāi)場景危險(xiǎn)來臨時(shí)的安全疏散。另外，方案通過 STEPS（Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movement）軟件，對緊急情況下的人員疏散狀況進(jìn)行了模擬。

特殊消防設(shè)計(jì)方案通過量化的分析手段，驗(yàn)證個(gè)場景人員疏散時(shí)間均小于火災(zāi)危險(xiǎn)來臨時(shí)間，能夠達(dá)到保證人員生命安全和限制火災(zāi)大規(guī)模蔓延的射擊目標(biāo)。

通過火災(zāi)場景設(shè)計(jì)、煙氣蔓延數(shù)值模擬、人員疏散安全性分析等方法，對整個(gè)項(xiàng)目的消防安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證了特殊消防設(shè)計(jì)方案的可行性，既保證了原設(shè)計(jì)的空間設(shè)計(jì)理念，又滿足消防安全的基本要求。消防設(shè)計(jì)方案確定后，在設(shè)計(jì)總包方的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)下，各專業(yè)、各專項(xiàng)分工協(xié)作，確保特殊消防設(shè)計(jì)各項(xiàng)措施落實(shí)到位，為項(xiàng)目順利推進(jìn)提供了有力保障。

4 結(jié) 語

設(shè)計(jì)總包模式在功能復(fù)雜的大型公共建筑設(shè)計(jì)中得到更廣泛的采納，而此類建筑由于經(jīng)常出現(xiàn)超大空間設(shè)計(jì)手法，不可避免要面對消防設(shè)計(jì)諸多方面的挑戰(zhàn)，及時(shí)有效的解決超大空間消防設(shè)計(jì)問題，是完成設(shè)計(jì)總包工作目標(biāo)的關(guān)鍵，同時(shí)，設(shè)計(jì)總包模式下技術(shù)總控的工作機(jī)制，也為設(shè)計(jì)師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提出針對性解決方案提供了方便。所以，在設(shè)計(jì)總包模式下，利用特殊消防設(shè)計(jì)解決超大空間消防難題更具優(yōu)勢，需要深入理解、熟練掌握。