設計總包模式下超大空間的特殊消防設計

劉欣華（華建集團華東建筑設計研究院有限公司，上海 200011）

1 設計總包中的技術挑戰

1.1 設計總包的優勢

近年來，隨著建筑設計和技術的不斷發展，對項目品質要求日益提高，設計專項細分內容也隨之增加，項目設計工作除了主體設計還包括專項設計、顧問咨詢、造價控制、審核審批、進度計劃、現場配合等等諸多內容，設計技術的綜合管控對項目品質保障、進度實現、造價控制等多方面核心工作至關重要。基于提高設計效率，實現一體化設計服務的需求，設計總包已經成為市場普遍接受的模式，對于功能復雜、技術難度高的大型公共建筑尤其適合，因為設計總包模式有利于設計總包方主動協調各專業、各專項，從項目整體出發，及時解決各階段核心技術問題。

1.2 設計總包中的技術挑戰

設計總包模式對設計團隊提出了更高的要求，包括技術實力、管理能力、服務意識等等，而技術綜合管控能力是完成設計總包任務的根本基礎。大型公共建筑需要更多的設計創新和技術引領，經常面臨多方面的挑戰，從實踐中我們深刻體會到，攻克這些技術難關是實現設計目標的重點，甚至是設計創意成立與否的關鍵，其中消防問題是我們經常遇到的“攔路虎”。消防策略的選擇往往會改變大部分專業的設計基礎，如不能及時解決，會成為項目推進的巨大障礙，設計總包的工作目標也必然無法實現，但另一方面看，設計總包模式又為第一時間解決技術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在大尺度、大進深空間范圍，本文以北京副中心圖書館項目為例，著重闡述超大尺度空間消防設計的難點和解決途徑，這個項目作為大型公共文化建筑，采用了典型的設計總包模式。

2 超大空間與特殊消防設計

2.1 超大空間消防設計難點

大型公共建筑（尤其是文化類公建）由于創意或功能的需要，設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計的挑戰，具體表現在以下幾個方面。

（1）超大空間尺度，疏散距離過長。超常規尺度的建筑內部公共空間，帶來的是超過規范要求的安全疏散距離，寬敞舒適的大型室內空間難以滿足防火設計規范對防火分隔的嚴格嚴格要求。例如，赫爾辛基頌歌圖書館的頂層設計為全開敞的超大空間，這里成為眺望整個城市的條形觀景窗，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，疏散危險性高。大型公共建筑在日常使用時，人員密度較高，如果防火安全缺乏保障，一旦發生火災，安全疏散得不到及時有效的引導，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，還會帶來難以挽回的經濟、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計巨大的集散空間，對于這樣人流密集的超大空間，消防設計成為重中之重。

（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，會成為設計的難點和重點，如果首層是超大空間，將會更加困難，設置首層疏散樓梯到室外安全出口的疏散途徑，會給超大空間完整的平面功能布局帶來很多麻煩。

以上問題，僅僅依照建筑設計防火規范，無法滿足設計創意和復雜功能的要求。在保證空間設計效果的前提下，按照國家相關規定，采取特殊消防設計成為解決大型公共建筑超大空間消防技術難題的有效手段。

2.2 特殊消防設計

特殊消防設計的概念基本衍生于消防設計性能化的概念，是基于火災科學和消防工程原理，對于某特定建筑物進行定量分析和評估，設計出一套針對特定的建筑物防火設計方案，從而為建筑安全提供保障的消防設計。相對于以普適性要求出發的建筑防火設計規范，特殊消防設計是一種更為綜合、更具針對性的消防設計選擇。對于選擇特殊消防設計的項目，都需要研究項目具體情況，發現消防問題、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，采用多種設計工具，綜合運用多種防火防災的手段，提升防火防災的效率。

針對這些年在大型復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了相應規范和規定。2009 年，我國頒布了《建設工程消防性能化設計評估應用管理暫行規定》（已于 2016 年廢止），規定了性能化設計的適應范圍，并相繼于 2012 年和 2016 年頒布相關規定，進一步作出明確和約束。2020 年 4 月，我國頒布了《建設工程消防設計審查驗收管理暫行規定》（建設部令第 51 號第十七條），明確了需要提交特殊消防設計資料的建設工程。這些規定的陸續出臺，推動了行業技術的發展，為重點項目、特殊項目建設提供了重要的技術依據。

對于建筑師來說，特殊消防設計拓寬了技術限制范圍，為建筑的創作提供了更多的選擇，這無疑是大家愿意看到的，但同時我們也要理性分析，有必要綜合評估特殊消防設計對設計進度、投資控制、技術整體合理性等各方面的影響，針對超大空間的特殊消防設計，要綜合各專業、各專項設計的具體情況，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需求，確保特殊消防設計的綜合合理性和技術落地，在這方面設計總包模式顯然更具優勢。特殊消防設計流程如圖 1 所示。

圖1 特殊消防設計流程圖

3 北京城市副中心圖書館的特殊消防設計

3.1 項目概述與空間設計特征

北京城市副中心圖書館，位于北京市通州區城市綠心森林公園內。項目作為北京市重點建設工程，受到國家和社會各界的廣泛關注。項目由華東建筑設計研究院有限公司與挪威斯諾赫塔設計事務所聯合體在國際方案征集中獲勝，由諾赫塔設計事務所主導的方案創意獲得各方好評。

設計創意著重綠色生態理念，建筑整體形態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環境，金屬屋面下方覆蓋的是由兩側宏偉的“山體”圍合而成的共享中庭，纖細而有力的銀杏樹干是金屬屋面的豎向支撐，連綿的知識之山蔓延其中，“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空間與室外自然生態環境融為一體，獨具魅力的室內效果表達出山間林下讀書的優美意境，這是方案立意的核心。同樣，在隨后的項目深化設計中繼續貫徹生態節能的設計理念，項目在場地規劃、立面設計、結構設計、節水設計、機電系統設計與景觀設計等方面，均嚴格執行綠色節能設計，達到綠色建筑三星級標準。

3.2 消防設計難點與解決方案

圖書館體量較大，總平面呈 150 m2見方的正方形，屋面尺寸則達到 170 m2，平面中軸設置共享山谷，高大開闊的室內空間給人帶來震撼的同時，超常規的空間尺度也給消防設計帶來巨大的挑戰。

3.2.1 消防設計問題

（1）首層共享山谷與三層開敞空間防火分區面積過大。按 GB 50016—2014《建筑設計防火規范》第 5.3.1 條規定，耐火等級為一級的多層民用建筑防火分區最大允許建筑面積為 5 000 m2。本項目的屋面之下的山谷與三層臺階需看作同一防火分區，總計約 18 600 m2，遠超規范要求。

（2）首層共享山谷疏散距離過長。按 GB 50016—2014第 5.5.17 條規定，設置有自動噴水滅火系統的大空間疏散距離極限為 37.5 m。山谷平面南北進深為 150 m，選擇平面中點計算也遠超規范要求。

（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，設計采用了控制大空間邊界防火等級、規定山谷兩側山體最小距離、采用不然或難燃材料、設置防火隔離帶等基本方法。同時，用 FDS 分析軟件進行了火災場景設計，并針對不同區域進行了煙氣蔓延數值模擬，驗證了所采取的消防設計方案能夠保證火災場景危險來臨時的安全疏散。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行了模擬。

特殊消防設計方案通過量化的分析手段，驗證個場景人員疏散時間均小于火災危險來臨時間，能夠達到保證人員生命安全和限制火災大規模蔓延的射擊目標。

通過火災場景設計、煙氣蔓延數值模擬、人員疏散安全性分析等方法，對整個項目的消防安全設計進行了計算，驗證了特殊消防設計方案的可行性，既保證了原設計的空間設計理念，又滿足消防安全的基本要求。消防設計方案確定后，在設計總包方的統籌協調下，各專業、各專項分工協作，確保特殊消防設計各項措施落實到位，為項目順利推進提供了有力保障。

4 結 語

設計總包模式在功能復雜的大型公共建筑設計中得到更廣泛的采納，而此類建筑由于經常出現超大空間設計手法，不可避免要面對消防設計諸多方面的挑戰，及時有效的解決超大空間消防設計問題，是完成設計總包工作目標的關鍵，同時，設計總包模式下技術總控的工作機制，也為設計師及時發現問題并提出針對性解決方案提供了方便。所以，在設計總包模式下，利用特殊消防設計解決超大空間消防難題更具優勢，需要深入理解、熟練掌握。