博物館設(shè)計方案.doc

_1 工程概況博物館規(guī)劃建設(shè)用地面積24133.7，總建筑面積63390。建筑高度(檐口)36.4m，地上5層，地下2層，地下3層為22m層高的設(shè)備夾層。工程性質(zhì)為大型綜合性博物館建筑。其中地上各層和地下1層南區(qū)為展陳、社教、科研、辦公、保安、綜合服務(wù)等功能區(qū)，由三大部分組成：橢圓斜展廳、矩形基本展廳、行政辦公區(qū)(見圖)1)地下1，2層北區(qū)為地下車庫，地下2層南區(qū)為藏品庫、設(shè)備機房、人防等。博物館是一座全面反映中國悠久歷史、燦爛文化、革命傳統(tǒng)和現(xiàn)代化建設(shè)成就，展示國際大都市風貌的博物館。館內(nèi)展示和珍藏著代表中華民族五千年歷史的重要文物。消防系統(tǒng)的設(shè)計不但要重在防，而且要重在滅。除設(shè)有普通的消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)外，還設(shè)有水噴霧滅火系統(tǒng)、智能消防水炮系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等特殊的消防措施。2 消防總水量的確定消防水池容積按所有水消防系統(tǒng)同時作用來計算，顯然是不經(jīng)濟也是不可能的，消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)是全方位保護，任何一處著火，兩個系統(tǒng)都要發(fā)揮作用。水噴霧系統(tǒng)為鍋爐房服務(wù)，水炮系統(tǒng)為禮儀大廳服務(wù)，兩系統(tǒng)都是局部保護。很明顯，水噴霧系統(tǒng)和水炮系統(tǒng)不可能同時作用，但兩系統(tǒng)是否會與自動噴水滅火系統(tǒng)同時作用呢?筆者認為，可從兩方面來考慮：一是從一處著火考慮。鍋爐房是一個獨立的防火分區(qū)，內(nèi)部只是水噴霧系統(tǒng)。一旦著火，除水噴霧系統(tǒng)作用外，鍋爐房以外的消火栓系統(tǒng)協(xié)助滅火。這種情況，水噴霧系統(tǒng)不與自動噴水滅火系統(tǒng)和水炮系統(tǒng)同時作用。二是從安全角度出發(fā)。鍋爐房著火，不排除波及鄰近區(qū)域的可能性，鄰近區(qū)域的自動噴水滅火系統(tǒng)將作用。所以，可以認為水噴霧系統(tǒng)與自動噴水滅火系統(tǒng)和消火栓系統(tǒng)同時作用。兩種可能性都是存在的。禮儀大廳也同此考慮。針對博物館的重要性，消防水量的確定還是要保守一些。所以，有兩種同時作用的系統(tǒng)組合，一種組合是水噴霧系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)；另一種組合是水炮系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)。消防水量按上述兩種組合的較大值確定為650m3，計算見表1。3 消火栓系統(tǒng)室內(nèi)消火栓水量30Ls，延續(xù)時間3h。系統(tǒng)為穩(wěn)高壓制，豎向不分區(qū)。系統(tǒng)示意見圖2。館內(nèi)防火分區(qū)的分隔，多處設(shè)置了防火卷簾，防火卷簾的種類與水消防系統(tǒng)密切相關(guān)。根據(jù)“高規(guī)”第544條的條文說明，如采用無機復(fù)合特級防火卷簾，則不需水冷卻。但此種防火卷簾軌道較寬，建筑空間美觀受到影響，為此建筑要求采用汽霧式特級防火卷簾 (“高規(guī)”條文說明第544條將此種卷簾納入了特級防火卷簾之列)。其作用機理是：當火災(zāi)發(fā)生時，感溫閥開啟，簾節(jié)內(nèi)充水，水滿外溢形成“水簾”，火場高溫致使部分水汽化，在水汽雙重作用下，把簾面的溫升始終限制在一個極低的水平，進而有效阻斷火災(zāi)蔓延。既然是特級防火卷簾，就意味著不設(shè)置獨立的噴水滅火系統(tǒng)。所以，汽霧式特級防火卷簾所需要的3 h冷卻水從附近的消火栓管道接至卷簾，由68感溫閥控制水路開啟。消防水池的容積和消火栓加壓泵均考慮了這部分水量。由于水量很小，不但對消火栓系統(tǒng)影響不大，而且簡化了系統(tǒng)。4 自動噴水滅火系統(tǒng)41 設(shè)計流量的確定(表2)(簡稱“自規(guī)”)第913條要求設(shè)計流量按作用面積內(nèi)的噴頭實際流量之和計算，噴頭布置疏密影響設(shè)計流量的大小，這與噴水強度與作用面積的乘積是有出入的。精確計算應(yīng)經(jīng)水力計算算出每個噴頭的流量。而往往在噴頭布置之前就要確定設(shè)計流量，我們就按噴水強度乘作用面積，再乘一個13的安全系數(shù)確定設(shè)計流量，本工程自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計流量按表1各部位的最大值確定為28 Ls。施工圖完成后，經(jīng)水力計算復(fù)核每個噴頭流量，與設(shè)計流量基本吻合。42 系統(tǒng)的選擇系統(tǒng)為穩(wěn)高壓制，豎向不分區(qū)，見圖3。展廳和汽車庫為預(yù)作用系統(tǒng)，其它部位為濕式系統(tǒng)。預(yù)作用系統(tǒng)平時管內(nèi)充有低壓氣體，煙、溫感探頭感應(yīng)到火災(zāi)信號(此時還沒有達到噴頭的感應(yīng)溫度)后，打開預(yù)作用閥，系統(tǒng)排氣充水并啟動加壓泵。在噴頭動作之前，如發(fā)現(xiàn)是誤報警，手動停泵。這樣，有效地防止了系統(tǒng)誤噴所造成的損失。所以，預(yù)作用系統(tǒng)適用于能用水消防并絕對防止誤噴的場所及有冰凍危險的場所，用來代替干式系統(tǒng)。展廳是博物館的重要區(qū)域。展出的展品雖不一定遇水就會完全損壞，如青銅器、古代兵器等，但這些歷代保存下來的精品都是經(jīng)多工序修復(fù)而成的。如果浸水，或多或少對文物都是不利的。而展廳又是人流密集的地方，為防止產(chǎn)生誤噴，所以除精品展廳以外的所有展廳都采甩了預(yù)作用系統(tǒng)。車庫內(nèi)沒有采暖系統(tǒng)，為滿足防凍要求，可為干式系統(tǒng)或預(yù)作用系統(tǒng)。但為了使系統(tǒng)具有一致性，車庫內(nèi)也采用預(yù)作用系統(tǒng)。只是兩者的目的不一樣，前者是防止誤噴，在電氣控制上設(shè)置了煙、溫感雙路探測器；后者是防凍，只設(shè)置了單路火災(zāi)探測器控制系統(tǒng)的啟動，從而節(jié)省了一半的探測器。43 預(yù)作用系統(tǒng)的幾點探討431 充水時間的控制“自規(guī)”第809條充水時間不宜大于2min。這個時間如何控制呢?目前沒有精確的計算方法，設(shè)計者往往也不太重視，審圖者也無從考證。筆者認為，只能從控制管道容積入手。一套預(yù)作用報警閥所帶的噴頭數(shù)是一個因素，最重要的是管道容積不能太大。預(yù)作用系統(tǒng)的充水過程首先是靠屋頂消防水箱重力向管道充水，再反映到報警閥的壓力開關(guān)報警，啟動加壓泵向系統(tǒng)充水。從電磁閥打開充水，到加壓泵啟動，這個過程是非常短暫的，可以認為充水過程是由加壓泵來完成的。加壓泵在設(shè)計工況下運行，流量30Ls，2 min內(nèi)的水容積為3 600 L (假定管內(nèi)氣體全部排盡，其實是不可能的，這個問題在4，32中探討)。所以，一套預(yù)作用報警閥后的管道容積小于3 600l，才能保證充水時間小于2rain。當然，要逐段計算管道容積比較繁瑣，一種較為簡捷的方法供大家參考：支管均按平均管徑DN40計，干管按DNl00計，量出支管總長和干管總長，即可算出管道容積，表3是預(yù)作用系統(tǒng)在不同噴水強度下要保證充水時間所要求的最大管道容積。4.32 排氣閥的設(shè)置“自規(guī)”中只要求預(yù)作用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)排氣閥，但設(shè)在何處、設(shè)幾個都沒有規(guī)定，致使設(shè)計中排氣閥的設(shè)置五花八門。下面以圖4為例分析一下預(yù)作用系統(tǒng)只設(shè)置一個排氣閥的充水過程。探測器感應(yīng)到火情，同時打開預(yù)作用閥上電磁閥和排氣閥前的電磁閥，充水和排氣是同時進行的。如著火區(qū)沒有排氣閥，則在充水時，著火區(qū)的噴頭未打開之前，氣體排不走。管內(nèi)的低壓氣體在高壓水作用下受壓縮，著火區(qū)管網(wǎng)內(nèi)充不進水或充水緩慢，致使火情擴大；溫度達到噴頭的溫級，噴頭才爆裂排氣。這就失去了預(yù)作用系統(tǒng)的功能。所以，筆者認為排氣閥應(yīng)多設(shè)，每個支干管的末端設(shè)一個。但排氣閥越多，電氣控制點也越多，成本也提高。關(guān)于排氣閥的設(shè)置，在此只是拋磚引玉地提出來。如何設(shè)置才能充分發(fā)揮預(yù)作用系統(tǒng)的功能，有待同行商榷。4.4 大流量噴頭的采用本館內(nèi)有一個10m高的展廳，標準噴頭在大于8m的場合已不起作用。但對于這樣重要的場所，又不能沒有任何防火措施。在設(shè)計中，參照“自規(guī)”中用于高架倉庫的快速響應(yīng)早期抑制噴頭的有關(guān)要求，選用了流量系數(shù)K=360的大流量噴頭用于10m高的展廳內(nèi)，一個噴頭釣流量為8.7 Ls。如按標準噴頭的間距布置噴頭，作用面積內(nèi)的流量就遠遠大于設(shè)計流量，顯然是不合適的，但“自規(guī)”中又沒有這種特殊噴頭的間距要求。為此，我們根據(jù)噴水強度和流量系數(shù)計算出噴頭的最大間距。噴水強度6L(minm2)，流量系數(shù)K=360，最大保護高度10.7m，噴頭最小壓力0.21 MPa。 4.5機械停車位的噴頭布置 (汽車庫、修車庫、停車庫設(shè)計防火規(guī)范)(GB5006797)第7.2.3.2條要求：“機械停車位的托板位置分層設(shè)噴頭。”怎樣使噴頭既不影響托板的升降，又能直接噴向車位呢?見圖5。噴頭數(shù)量是按上下兩層計算，還是按單層計算，也是眾說紛紜。筆者認為：機械停車位的托板是滿足耐火極限的鋼制材料，如果下部車位著火，火焰在上升的過程中受托板的阻擋，向兩邊蔓延，感應(yīng)托板下的側(cè)噴頭動作，由于室內(nèi)車庫不受風向的作用，火焰繼續(xù)向臨近車位的上方蔓延，波及臨近車位的上部噴頭動作。如果上部某一車位著火，火勢向上蔓延，下層噴頭更不可能動作。由此可見，機械車位的上、下噴頭不是同時動作的，所以報警閥所帶噴頭數(shù)按單層計算，水量也按單層動作計算是可行的。5水噴霧滅火系統(tǒng)“高規(guī)”第766條強制規(guī)定：高層建筑內(nèi)燃氣鍋爐房應(yīng)設(shè)水噴霧滅火系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)(GB5021995)(簡稱“霧規(guī)”)進行。51 設(shè)計參數(shù)的確定“霧規(guī)”中對鍋爐房的設(shè)計噴霧強度與持續(xù)噴霧時間沒有作出具體規(guī)定，表312只有可燃氣體生產(chǎn)、輸送、的防護冷卻的噴霧強度9U(min m2)比較接近于燃氣鍋爐的條件，但冷卻時間為6h。在當時沒有其它依據(jù)的情況下，設(shè)計取用了該參數(shù)。新近發(fā)行的地方標準(DBJ016142002)中第523條明確規(guī)定：燃氣鍋爐房的水噴霧滅火系統(tǒng)應(yīng)按防護冷卻設(shè)計，噴霧強度為9L(mlnm2)，噴霧時間為1 h。前者與后者的噴霧強度完全吻合，噴霧時間相差甚大，則消防水量就相差5倍。這樣一來，設(shè)計人員就很難掌握，導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果多種多樣。筆者認為：“國標”與“地標”有矛盾的地方，理應(yīng)按“國標”執(zhí)行。但“國標”對某一對象沒有明確規(guī)定的情況下，可以參照 “地標”執(zhí)行。所以在以后的設(shè)計中，鍋爐房的水噴霧系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)按“地標”取值是可行的。當然，盡快完善統(tǒng)一各種法律、法規(guī)，使設(shè)計取值有據(jù)可依，是廣大設(shè)計人員所希望的。52 噴頭的選用和布置按體積保護法布置噴頭，一臺鍋爐的長、寬、高分別為4.5 m，2.5 m，2.5 m，則表面積S為4625m2(取50m2)。最不利噴頭壓力P=0.2 MPa，平均噴頭壓力取035 MPa，噴水強度9 L(minm2)，計算流量1.1Qj=11X9X 5060=8.25 Ls。選用ZSTW63120水霧噴頭，K=26.72，霧化角度 噴頭按矩形布置，噴頭距鍋爐的距離B=1m，保護半徑 故R=1.73m，噴頭間距I=1.4R=24m。每個噴頭的流量：水霧噴頭的計算數(shù)量：水霧噴頭的實際數(shù)量取10個，見圖6。系統(tǒng)計算流量 10X5060=83Ls：系統(tǒng)設(shè)計流量 11X 83：92 Ls (實際取10Ls)。6 智能消防水炮系統(tǒng)61 問題的引出館內(nèi)34m高的禮儀大廳是幾個展廳的重要樞紐，也是舉行重大集會及禮儀活動的場所，人流密集，火災(zāi)危險性大。對這樣重要的場所，現(xiàn)行的消防規(guī)范已無法滿足。自動噴水滅火系統(tǒng)無能為力。規(guī)委關(guān)于“博物館新館初步設(shè)計審查的批復(fù)”中提出：“特殊的消防問題還須組織專題論證，以市消防局發(fā)文為準，其中地下文物庫和中央大廳的消防問題應(yīng)作為重點?！睋?jù)此，消防局組織了專家專題論證會，在“首博新館消防安全專家論證會會議紀要”(消辦會字20022號文)中提出：“禮儀大廳頂部可開啟外窗與大氣相通，廳內(nèi)設(shè)計消防車通行車道，可視為室外空間。結(jié)合建筑實際情況考慮禮儀大廳的適當部位增設(shè)消防水炮?！?.2 設(shè)計依據(jù)在沒有現(xiàn)行規(guī)范的情況下，參照以下簡稱“報批稿”和產(chǎn)品樣本進行水炮系統(tǒng)的設(shè)計。6.3 水炮的合理選型水炮的射程與其炮口的壓力和流量成正比關(guān)系。水炮系統(tǒng)合理的流量和射程與其要保護的空間大小密切相關(guān)，水炮位置的設(shè)置既要考慮對建筑平面的影響，又不能使水炮射程太大。射程大，炮口壓力和流量就大，勢必增加基建投資?！笆撞倍Y儀大廳的消防水炮位置見圖7。水炮的最遠射程S計算為55 m(圖8中，A點為最遠保護點) 從產(chǎn)品樣本中可根據(jù)水炮的射程選定額定壓力和流量?！笆撞钡乃趨?shù)為：射程55m，額定壓力0.8MPa，流量20Lso6.4 水炮系統(tǒng)的水量計算根據(jù)“報批稿”4.1 3條“消防水炮的水量應(yīng)按同時使用的水炮及供水管網(wǎng)的充水量之和計算”4.57條“在人員密集的公共場所室內(nèi)大空間建筑物內(nèi)配置的消防水炮應(yīng)能使兩門水炮的射流同時保護任一部位。水炮作用時間1小時”。所以，水炮系統(tǒng)的用水量為兩門水炮1 h的水量與水炮管網(wǎng)容積之和，水炮加壓泵的供水量為兩門炮的流量。65 水炮系統(tǒng)的構(gòu)成消防水炮系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、火焰定位器(位于水炮炮口上)、消防水炮、解碼器、電磁閥、手動控制盤、信息處理主機、控制程序及管道系統(tǒng)組成。其中，解碼器由功率趨動模塊、微處理模塊、遠程通訊模塊和數(shù)據(jù)采集模塊組成。它提供了消防水炮的驅(qū)動、狀態(tài)反饋、火焰定位和遠程通訊四項基本功能。從“報批稿”413條的理解，消防水炮管網(wǎng)可以為空管系統(tǒng)，且消防車可以直接進入大廳協(xié)作滅火，故消防水炮系統(tǒng)不必要再設(shè)置為消防車接口的水泵接合器。系統(tǒng)見圖9。66 水炮系統(tǒng)的控制(見圖10)雙波段火災(zāi)探測器將火災(zāi)探測和圖像監(jiān)控有機結(jié)合在一起具有同時獲取現(xiàn)場火災(zāi)信息和圖像信息的功能。將采集到的彩色或黑白視頻信號經(jīng)視頻同軸電纜或其它圖像傳輸設(shè)備送回控制中心，經(jīng)視頻處理設(shè)備送至圖像顯示設(shè)備、圖像記錄設(shè)備及信息處理主機顯示器上，實現(xiàn)圖像監(jiān)控功能。數(shù)控消防炮解碼器是遠程自動控制設(shè)備，采用微處理模塊作為控制核心?？梢栽诳刂浦行母鶕?jù)雙波段火災(zāi)探測器傳輸?shù)膱D像信息，自動或手動控制電動閥開關(guān)和炮口的定位，可對水炮進行上、下、左、右的方向控制，也可以由信息處理主機與其通訊實現(xiàn)遠程自動控制，最遠控制距離達1 200m。自動狀態(tài)下，火災(zāi)初期，由于起火點可能不在消防水炮定位器的視角范圍內(nèi)，軟件控制消防水炮以每次 角自動地從左往有、自上而下進行掃描，直到找準著火點，消防水炮自動對起火點進行精確定位，并在定位過程中進行火災(zāi)確認，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，自動啟動電動閥和消防水泵進行噴水滅火。程序控制還可根據(jù)探測到的火災(zāi)大小，數(shù)控啟動一門或兩門炮。控制中心一般設(shè)在消防控制室內(nèi)，包括信息分析處理設(shè)備，視頻處理設(shè)備(圖像切換、顯示、記錄設(shè)備)，以及火災(zāi)報警設(shè)備。該部分主要實現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場的信息分析，火災(zāi)信息提取，火災(zāi)報警等功能。6.7 小結(jié)智能型數(shù)控消防水炮是集遠程通訊，火災(zāi)探測報警，火焰自動定位和滅火等多項功能于一身的消防設(shè)備。它具有體積小、報警及時、滅火迅速、水漬圬染少等優(yōu)點，在大空間場館有不可替代的作用。當務(wù)之急是出臺相應(yīng)的法規(guī)，使設(shè)計有據(jù)可依。7 氣體消防系統(tǒng)71 氣體消防部位的確定博物館的藏品庫是全館的心臟，大量的國粹、國寶存放在此，特別是一些珍品文物如絲織品、精品字畫、文房四寶、竹木漆器等均是易燃晶，且一旦浸水損壞，對國家會造成重大損失。這些部位首選氣體消防。另外一些文物庫，如錢幣庫、青銅器庫等，雖然遇水不會完全損壞，但這些文物都是經(jīng)過特殊修夏而成的，遇水損失是無法估計的。且如果用水噴淋，水濺損失可能會波及到其它文物庫。經(jīng)過比較，地下29個文物庫總面積近1萬m2的庫區(qū)，全部采用氣體滅火系統(tǒng)。展廳是博物館的窗口，這里向人們展示中華民族的傳統(tǒng)文化，廳內(nèi)人流密集，火災(zāi)危險性大。如果所有展廳均采用氣體滅火系統(tǒng)，當然是萬無一失的，但對于這樣大體量的展廳，氣體滅火系統(tǒng)投資巨大，所以根據(jù)展廳內(nèi)展品的重要程度，采用不同的消防措施，以節(jié)省投資。將重要文物的展出集中在三個精品展廳內(nèi)，廳內(nèi)采用氣體消防系統(tǒng)，這也與“高規(guī)”第7.6.8.4條“一級紙、絹質(zhì)文物的陳展室應(yīng)設(shè)氣體滅火系統(tǒng)”的條文相吻合。文物修復(fù)中心是博物館的“門診部”。這些部門的安全性對文物的存放和展出至關(guān)重要。因此，采用氣體消防系統(tǒng)?？刂浦行摹㈦娫挋C房、消防中心一旦發(fā)生火災(zāi)，遇水將使全館系統(tǒng)陷入癱瘓，氣體消防能使火災(zāi)消滅在萌芽階段，不至于對設(shè)備造成破壞。72 氣體消防系統(tǒng)的選擇隨著哈龍1211，1301的逐漸淘汰：各種替代品相繼涌現(xiàn)。目前在國內(nèi)有成功使用經(jīng)驗且技術(shù)成熟的產(chǎn)品主要有七氟丙烷(FM200)和煙烙盡(1G541)。因此，我們主要從這兩種氣體中選擇。氣體消防系統(tǒng)設(shè)計的宗旨是：所用氣體滅火劑必須是綠色環(huán)保氣體，系統(tǒng)設(shè)計不但要以人為本，而且要以文物為本。所選氣體不能對人體有害，對展品、文物、計算機、電子設(shè)備不產(chǎn)生任何破壞作用，且產(chǎn)品技術(shù)成熟。兩種滅火劑的性能比較見表4。綜上所述，IG541和FM200都屬于潔凈、環(huán)保的滅火藥劑，具備良好的滅火性能。究竟哪一種產(chǎn)品更適合于文物保護呢?FM200輸送距離較短，目前較成熟的設(shè)計軟件最大可計算到7080m。這就決定了瓶站需靠近防護區(qū)設(shè)置。并且FM200噴放過程中在高溫條件下有少量的氫氟酸產(chǎn)生，對人體有害，對保護對象有腐蝕性。噴放時間越長，產(chǎn)生的酸性物質(zhì)越多，這也是FM200必須在10s內(nèi)噴放完畢的原因，但國內(nèi)外用FM200。保護文物類對象的實例也不少，至于FM200氣體對文物產(chǎn)生多大的危害，還有待考證。最重要的是，博物館的文物庫是個安全性要求極高的地方，庫區(qū)內(nèi)不能有任何與文物無關(guān)的設(shè)備物品。這就要求鋼瓶站必須設(shè)置在文物庫區(qū)的安全通道之外。對29個文物庫近1m2的庫區(qū)保護的鋼瓶輸送距離最長達150m2左右，因此，在決定采用何種滅火系統(tǒng)時不能不考慮這個問題。針對這一特殊性，只有煙烙盡