侯连建

（筑博设计股份有限公司，广东深圳518042）

0 引言

随着我国经济的迅速发展，高大空间公共建筑越来越多，此类建筑消防设计比较复杂，为了防止和减少火灾危害，保护人身等财产安全，应重视此类建筑的消防设计；自然排烟系统具有可靠性高，不需要专门消防风机和风管、风口，更易配合室内装修，构造简单。本项目艺术大街屋顶是钢结构，四周都是透明玻璃，不适合设置消防风机和风管，因此采用自然排烟系统；本文将结合项目在设计中遇到的问题进行分析。

1 工程概况

本项目地点位于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，建筑面积78291m2，占地52960.85m2，属于一类高层，主体3层，局部5层建筑高度为20.00m，局部因展厅运输、展厅净高要求及设备房高度要求抬高，屋面上存在 22.00m、23.90m、25.80m、27.00m的建筑高度；东侧和西侧展厅之间由单层30米高艺术大街连接。负一层为展厅、车库和设备用房，负二层为美术馆展厅库房及附属用房、车库和设备用房；设计主体为新疆艺术中心，包含美术馆、文化馆、非物质文化遗产研究中心、画院四个单位及各功能配套业务用房。

2 消防设计需要解决的问题

新疆艺术中心作为一个典型的现代化的文化展览建筑，在建筑造型上需要满足高大、开阔、舒适、功能多样的使用要求。不同于其他建筑，现代文化展览建筑在空间和视觉上更加追求通透性，技术更加追求现代化，展厅以及建筑规模更加追求大型化。由于现行技术规范的很多条款在制定时并未充分考虑到这类特殊功能建筑的使用要求及特点，导致这类建筑在设计过程中出现一些设计无法解决的技术难题，进而影响到建筑的消防安全水平。

该建筑东侧与西侧展厅之间南北向沿中轴方向设置了一条贯穿建筑主体的艺术大街，艺术大街中部设置有两个下沉式广场，艺术大街的通道本身可作为消防车道使用。设计中考虑到增强建筑的整体性，加强艺术大街东西两侧展厅之间的联系，并提高顾客在建筑内的舒适度，设计时在艺术大街通道上方覆盖顶盖，平面图见图1和图2。

在设置顶盖后，本项目艺术大街两侧建筑所处的空间形态发生改变，从而对建筑的疏散策略以及艺术大街的定性产生影响：

在未设置顶盖时，艺术大街在空间上与室外连通。根据烟气的流动规律，顶部没有障碍物阻碍烟气的上升时，烟气不会在该空间内滞留和聚集，所以此时艺术大街为室外安全空间 （如图3）。

图1 首层艺术大街示意图

但是在艺术大街上方设置顶盖后，艺术大街所在空间由室外空间变为室内通道，由于顶盖的阻碍烟气无法直接排除室外 （如图4），烟气可能逐渐积聚，并逐渐向下沉降，影响到艺术大街疏散人员安全。设置顶盖后，艺术大街不再作为室外安全区域，按规范要求必须在该区域划分防火分区，设置自动灭火系统、设置排烟系统。

图2 屋面层艺术大街示意图

图3 未设顶盖时通道火灾延期蔓延示意图

图4 设置顶盖后通道烟气蔓延示意图

并且存在以下消防设计问题需要解决：

（1）艺术大街面积4544平米，防火分区面积超标。

（2）疏散出口不能直接直通室外。

（3）疏散距离超标。

3 性能化措施

针对项目的消防设计难点，艺术大街为本项目的核心部分，其安全性决定了项目的消防设计的可行性。艺术大街为净空高度约30m的单层区域，大街中部设计有两个下沉式广场，并在艺术大街上空9m处设计有三条连廊将艺术大街东西两侧建筑连接起来。艺术大街虽然面积达到4544平方米，但其为一个单层的高大空间，视野开阔，并且有较强的蓄烟能力；同时，艺术大街发挥着首层部分防火分区过渡疏散功能和其他楼层部分疏散人员通过疏散楼梯疏散至该区域，再由该区域疏散至室外的临时过渡疏散功能。根据艺术大街本身所具备的视野开阔，逃生路线清晰，蓄烟能力强的特点，设计中拟将艺术大街整体划分为一个防火分区，作为人员暂时避难的准室外空间，以解决部分疏散出口和疏散楼梯利用该通道进行二次疏散的问题。

4 消防排烟系统设计

《建筑设计防火规范》 （BG50016－2014）［1］针对现代建筑体量大，空间开阔的特点，结合多年建筑设计经验，提出了 “步行街”的概念，并对“步行街”的设计提出了具体要求。本项目拟将“艺术大街”设计为 “准室外空间”，消防性能分析对于 “准室外空间”的设计要求也是参考规范中对 “步行街”的设计要求，并结合本项目建筑的具体情况所提出的。

准室外空间的概念是指，在建筑内部划出一定区域范围，在此区域范围内，通过对内部可燃物进行控制，并与周围邻近区域进行的严格的防火分隔控制，严格控制火灾和烟气侵入该区域，由此，为人员疏散逃生提供暂时的过渡空间，并为消防扑救力量侦察并展开火情扑救提供暂时安全的场所。

从建筑排烟角度考虑，室内与室外的区别在于，对于室外空间来说烟气可迅速向高空扩散，不会出现大量积聚导致烟气浓度过高的情况，对于疏散人员安全基本不会产生影响。而对于室内空间来说，烟气主要依靠机械排烟系统或小面积比例的自然排烟窗排出烟气，烟气在有限的空间内出现积聚沉降的可能性较大，所以烟气对人员的威胁较大。

在对本项目准室外空间内的排烟系统进行规划时，设计拟达到的目的是尽量保证火灾时该区域的排烟条件接近室外空间条件，从而达到保证人员安全的目的。由此本项目准室外空间的排烟系统设计中制定以下方案：

（1）准室外空间顶部应设置火灾时可开启排烟窗，若设置侧窗，则侧窗在准室外空间顶部东、西、南、北四个方向应均有设置，侧窗开启后有效排烟面积不应低于准室外空间首层面积的25%。依据 《建筑设计防火规范》 （BG50016－2014）5.3.6－7“顶棚应设置自然排烟设施并宜采用常开式的排烟口，且自然排烟口的有效面积不应小于步行街地面面积的25%，常闭式自然排烟设施应能在火灾时手动和自动开启”［1］。侧窗的开启有效面积也能满足 《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251－2017中有关自然排烟的要求［2］。

（2）在准室外空间排烟系统的控制及联动方面，顶部侧窗应具备系统联动控制、消防控制室远程控制和现场就地手动控制开启三种控制方式。

（3）准室外空间作为本项目人员疏散的过渡空间，应尽量避免火灾时高火灾载荷区域的烟气对准室外空间内人员疏散所产生的影响。

5 消防性能化分析结果

配合 “四川法斯特消防安全性能评估有限公司”进行消防性能化分析，采用FDS软件模拟火灾发展和烟气蔓延特性，采用了定量和定性分析两种方式对相关问题进行了论证和评估。定性分析部分根据消防设计问题结合国内相关规范、文献资料以及相似案例等提出解决方式和工程设计要求。定量分析部分则对特定火灾场景内烟气蔓延趋势和人员疏散状态进行了比较，以判断解决方案的可行性，分析结果认为项目中准室外空间的设计方案可行。图5、图6为模拟中的数据截图。

消防性能化分析结果在当地消防局举行专家论证会，最终通过了专家论证会，以上方案可行。

图5 烟气温度分布图

图6 二氧化碳浓度分布图

6 结论

对于一些高大空间建筑，设置机械排烟系统受到限制时可以考虑自然排烟，本文可以起一定的借鉴作用；类似项目采用自然排烟系统可参考 《建筑设计防火规范》BG50016－2014［1］及 《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251－2017关于自然排烟部分的章节［2］；设计自然排烟系统要注意自然排烟窗能手动和自动均能开启，自然排烟窗要与火灾自动报警系统联动，要提资给电气专业，自然排烟窗开启面积要按有效面积计算，要按开窗角度计算有效面积。