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       上海科技館是由上海市人民政府投資興建的重大社會文化項目。作為“九五”期間上海市重大標志性工程，上海科技館1998年12月18日開工，2001年3月底基本完成，同年10月在此召開了舉世矚目的APEC(亞太經合組織)會議。2001年12月18日對外開放，目前已接待中外游客200萬人次。

        上海科技館建筑方案由美國RTKL國際有限公司設計，上海建筑設計研究院有限公司負責施工圖設計，總建筑面積近100000m2，主樓近90000m2，其中地上部分62214m2，地下部分25853m2。建筑設有地下室一層，地上基本層數為四層，每層局部設有夾層。建筑自西向東逐漸升起，最大建筑高度為48.9m，耐火等級為一級，見圖1所示。獨特的造型、復雜的建筑平面及空間給建筑消防設計帶來了很大的困難。另外，國外設計公司在空間尺度的把握和對防火分區的概念上有著不同的理解和看法。因此，在上海科技館建筑消防設計過程中，我們與國內、外設計人員進行了多次探討和協調，在眾多問題上取得了較為一致的解決方法，并在工程上得以實施，達到了較為滿意的效果。

1  上海科技館主樓消防設計簡介

1.1  總體設計與建筑平面布置
  
  1．1．1    周圍環境狀況    基地西南側為半圓形的政環路，道路寬度33.7m，東北側與浦東行政文化中心廣場相連。主體建筑與周圍鄰近建筑的防火間距均大于13m。

1．1．2    消防車道與消防登高    政環路與中心廣場的周邊環道構成了主體建筑的消防環道，總體設計在基地東北側開設6m寬的消防車道，同時與建筑北側的下沉式廣場用．坡道連接。下沉式廣場面積為10  000m2，廣場內設置了大于18m×l8m的回車場地，符合規范要求。南側公共人口廣場與其兩側的停車場兼作消防登高場地。場地平均寬度約15m，且在A區、B區段的消防車道同時考慮可供消防登高車作業。消防登高面長度大于1／4建筑周長。高大樹木均沿基地外側種植，不影響火災時的消防操作。

1．1．3    消防控制室位置及功能    消防控制室設在首層，靠近政環路側的公共入口廣場，設直接對外出入口。控制室將及時獲得火災的信息，并發出各類信號和指令進行消防操作與監控。

1．1．4    柴油發電機房及儲油罐    柴油發電機房設于地下一層，并配置儲油間。發電機房和儲油間采用耐火極限不低于3h的混凝土砌塊墻和帶閉門器的甲級防火門。儲油罐設于室外。

1．1．5    廚房城市管道天然氣的設置    地下一層、三層夾層和四層設有廚房或備餐間，使用城市管道天然氣。地下一層廚房設于臨下沉式廣場一側，四層備餐間設于南側并開設外窗，形成自然通風。煤氣表房設于一層建筑的東北部，隔墻為防火墻，設直接對外出入口，可自然通風。同時在城市管道天然氣總管道和進入每個廚房的支管道上均設有事故緊急切斷閥，并能與設在廚房內的氣體泄漏報警系統聯動關閉。

1.2    防火防煙分區和建筑構造

1．2．1    防火分區的劃分    該建筑的火災探測裝置(煙感、溫感)和自動噴淋等設備配置齊全，以保證極早期發現火情，及時撲滅火災或限制火勢蔓延。按照《高層民用建筑設計防火規范》，并借鑒世界上通行的設計方法和經驗，結合建筑方案的特點，劃分了相適應的防火分區。在49個防火分區中，部分區域的面積超越了現行規范的規定，特別是其中A區、B區、C區相連通的中庭，其建筑面積為8000多平方米。為了不影響設計原創構思的效果并使之符合消防安全的要求，在與設計人員多次的溝通與協調下，確定了該部分區域的面積指標，并相應輔以有關措施加以保護。其相應的措施為：

        (1)超大面積中庭的地坪、墻面、屋頂(吊頂)的裝修材料均采用不燃材料，設計采用石材地面及墻面，玻璃幕墻的外維護，鋁板吊頂；

        (2)中庭主要是作為人員交通、集散、休息的場所，不得設置營業性的服務；

        (3)為了不影響視覺效果，在A、B、C區中庭之間不采取防火卷簾分隔措施，但仍應作為相互獨立的防煙分區，在三區中庭連接廊橋分界處采取設置噴淋加密措施；

        (4)A區中庭沿每層開口部位采取噴淋加密措施。

        對于其他的展廳防火分區均以現行規范為準進行設計，各防火分區建筑面積均不超過4000m2。

1．2．2    防煙分區    防煙分區的設置與防火分區及固定分隔物的設置一起考慮，以利于機械排煙系統將煙霧排離防護區。展廳、B區共享空間、影院及地下車庫等采取機械排煙的方式。考慮到該建筑的特殊性，參照國際上在建筑防排煙設計上的先進方法，將防煙分區面積擴大到2000m2。共享空間(A、C區)采取自然排煙方式，平時可作為通風窗使用，以排除聚集在高處的廢熱，形成自然通風，室內空氣品質得到保證，節省能耗，火災情況下可排除積聚的煙氣。

        展廳部分根據防煙分區設置機械排煙系統，同一防火分區的不同防煙分區采用柔性擋煙卷簾分隔，排煙量按煙霧控制理論計算得出。展廳設定為有噴淋的公共場所，以確定火勢類型、火勢規模、火勢面積、清晰火災高度(滿足展廳的保護高度要求)，計算出煙氣質量流量、煙氣的排煙溫度等參數，作為選擇、確定系統的設備及形式的依據。

1．2．3    防火分隔物與耐火構造    防火分區隔墻為防火墻，采用耐火極限不低于3  h的混凝土砌塊隔墻，需要保持敞開的部位設防火卷簾及其它等效的措施，防火墻上的門均采用甲級防火門。

        消防疏散樓梯間及前室、消防電梯井道與合用前室的隔墻均采用耐火極限不低于2h的混凝土砌塊砌筑，前室與樓梯間的門，地下為甲級防火門，地上為乙級防火門。

        防火分區之間采用了防火墻、防火卷簾、甲級防火門等防火分隔措施。墻體在頂部伸入屋架空間到屋面保溫板下沿的部分采用了輕質砌塊或磚墻予以分隔，在難以施工的部位采用輕鋼龍骨防火板內填不燃材料構造加以分隔，確保耐火極限達到3h。

1．3    安全疏散及消防電梯

1．3．1    疏散樓梯主體建筑共設疏散樓梯10座，為防煙樓梯間。同時，確保每個防火分區均有至少2個安全疏散出口(夾層內有一些除外，但大多數是設備機房，只有少數是輔助用房)。

1．3．2    疏散出口與距離    防煙樓梯間根據其所在部位，分別于首層向政環路一側、地下一層向下沉式廣場一側將人員疏散至室外安全地帶。

        每個展廳、每個防火分區均設置不少于2個安全出口，展廳內任何一點至最近的疏散出口直線距離不超過30m。鑒于該工程的特殊性，如果每個展廳都設置不少于2個疏散樓梯，則整個建筑內部的疏散樓梯數量十分可觀，且影響展廳的設計布局。針對這一情況，參照了美國UBC規范的有關規定，在每個防火分區除設一個安全出口通向室外或防煙樓梯間外，另外設置一個通向一條作為獨立防火分區的避難走道的出口，通過這條避難走道將人員引向疏散樓梯間疏散到室外。

        作為疏散出口的避難走道隔墻均為耐火極限不低于3h的不燃燒體，展廳開向避難走道的門為乙級防火門，走道內不得設置其它分隔門并設機械防煙設施。

        展廳疏散出口和疏散走道的最小凈寬均不小于1.4m，展廳入口、展廳之間所設防火卷簾旁設平開防火門，以利疏散。

        1．3．3    消防電梯    在A區的B、C、D、E、F簡體內及C區的A、B筒體內各設一臺消防電梯，載重量≥1  000kg／臺，速度1.5  m／s～1.75  m／s，載員約15人。消防電梯平時均作為客梯使用，并與防煙樓梯合用前室(前室面積均在10m2以上)。各樓層均設置詳細的安全疏散指示標志。

1.  4    消防給水和滅火設備

1．4．1    室內外消火栓系統    上海科技館設置了室內和室外消火栓給水系統，室內外消火栓用水量均為30L／s。在消防電梯前室、展廳及走道等處設置單出口消火栓箱，局部為雙出口消火栓箱，以保證有二支水槍的充實水柱同時到達室內任何部位，其間距不大于30m。消火栓箱均采用帶自救水喉及手提滅火器的消火栓箱。在四層夾層設18t消防專用水箱并設置穩壓裝置。室外設地上式水泵結合器四組，地上式室外消火栓10個。

1．4．2    自動噴水滅火系統除藏品庫、計算機房、發電機房、電氣室等不宜采用自動噴水滅火系統的房間外，科技館各類用房均采用自動噴水滅火系統。其中廚房及熱帶雨林區域采用93ºC噴頭，其他均采用68º  C噴頭。由于本工程層高達10m，夾層亦有5m高，因此均采用快速反應噴頭(屋架內采用標準噴頭)。在中庭開口處及防火卷簾處均加密安裝噴淋頭。

1．4．3    其他自動滅火設施    發電機房、鍋爐房采用水噴霧滅火系統；藏品庫、計算機房采用氣體滅火系統；球幕影院及部分藏品庫房采用預作用噴水滅火系統。

1．5    火災自動報警系統

        上海科技館采取火災自動報警系統全保護的設計方式，普遍采用離子感煙火災自動報警系統，但對于館內所設置的巨幕影院、球幕影院、中庭等部位，考慮到這些部位的凈空高度較高，若選用點型探測器和紅外光束探測器，煙氣在上升時由于吸入周圍的冷空氣產生溫降而不能經過探測區域，則系統不能進行有效的報警，其設置高度有一定的限制。因此，我們提出了設置吸入式的火災探測系統。由于這一系統利用主動式的吸氣裝置持續誘導和傳輸探測區域的空氣樣本進行分析以判斷火災，對于設置在大空間等部位是一種較為可靠的探測系統。

2  上海科技館消防設計引發的思考

2．1    關于防火分區設計的思考

        為了充分體現上海科技館的宏偉壯觀，并為參觀者提供一個寬敞明亮、視野開闊的公共空間，美國RTKL設計公司的設計人員將科技館A、B、C三個區域的共享空間連為一體，這就為中庭的防火分區設計帶來了難題。我國《高層民用建筑設計防火規范》規定，商業營業廳、展覽廳等當設有火災自動報警系統和自動滅火系統，且采用不燃燒或難燃燒材料裝修時，地上部分防火分區的允許最大建筑面積為4  000m2，而《建筑設計防火規范》所允許的最大防火分區面積也不過5  000m2，這對于上海科技館8  000余平方米中庭的設計顯然已不相適應。

        為了解決這一問題，筆者翻閱了NFPA和UBC規范的有關內容，并結合在美國考察大型商業建筑和展覽館建筑消防設計的情況，最終提出了中庭與其他區域之間進行防火分隔，中庭采用不燃化裝修，嚴格控制中庭的使用功能，加強排煙設計的解決方案，使科技館的設計既符合消防安全要求又不影響設計者的設計理念，二者得到了較為完美的統一。

        筆者認為規范對防火分區的劃分應根據不同使用功能建筑的不同區域加以區別對待，可以根據建筑空間高度的不同、建筑內火災荷載的不同、建筑內消防系統設計的不同對建筑的防火分區設計提出不同的要求。可以采用性能化的設計方法，通過對特定建筑的火災模型分析來確定防火分區的設計。

2．2    關于安全疏散設計的思考

        由于科技館內每層設有多個大型展廳，為滿足安全出口數量的設計要求，展廳部分共設計了10座安全疏散樓梯間，但在疏散出口數量和疏散距離上局部仍有一定的缺陷。同時由于建筑的北部為三區連通的中庭設計，所以大部分疏散樓梯間均設在建筑的南側。《高層民用建筑設計防火規范》要求樓梯間在首層應有直通室外的出口，如果科技館的每一部疏散樓梯均在南側立面開設出口，則會給建筑的外立面設計帶來很大的影響。

        為此，經過多方研究和探討，提出了增設避難走道的設計方案。在展廳之間增設避難走道連通安全疏散樓梯間以及室外空間，要求避難走道與展廳之間從結構上采取防火分隔措施，避難走道上不得開設通向其他部位(設備機房)的門，同時設置火災自動報警系統、自動噴水滅火系統以及機械防煙系統，確保避難走道的安全。這樣，既滿足了安全疏散出口和疏散距離的設計要求，同時也為建筑師的外立面設計提供了更大的自由空間。

2．3    關于防煙分區設計的思考

      上海科技館展廳層高達到10m，展區頂部各種管道的布置錯綜復雜，且均為無吊頂的裝修設計，《高層民用建筑設計防火規范》只對凈高不超過6m的房間提出了防煙分區面積不宜超過500m2的要求，而對層高超過6m的大空間防煙分區沒有明確具體要求，這給科技館展區內的防煙分區設計帶來較大的難度。

      由于火災產生的煙氣上升后形成煙羽，如果防煙分區過大，則煙羽的邊緣遇冷空氣會迅速下降，不利于人員疏散；如果防煙分區過小，則儲煙倉不足以容納全部煙羽，會導致煙氣向其他區域擴散，同樣不利于人員的疏散。我們參照國外有關技術標準和相關試驗的結果，以及香港會展中心等具體工程實例的做法，確定了每個防煙分區的面積為2000m2。同時，通過對火災情況下滿足人員疏散所需的清晰高度的計算，在防煙分區處設置距離地面高度不超過2.6m的擋煙垂壁，并根據以上參數計算出實際所需的機械排煙量或可開啟窗的面積。

       筆者認為對于防煙分區的設計不能簡單的認為防煙分區的面積越小越有利于對煙氣的控制，片面地認為排煙量只跟面積有關。而應該根據具體項目的情況設定火災模型，確定儲煙倉的大小，根據人員疏散必需的清晰高度和建筑空間的條件設定擋煙垂壁的高度，采用國際通用的計算公式計算出煙羽流的質量及體積。這種方法對排煙的設計具有實際效果和科學的理論依據。