1、首都博物館的消防設計及啟示摘要： 以首都博物館為例，闡述了博物館建筑防火安全的特殊性。分別對該工程的消火栓系統、自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、智能消防水炮系統、氣體消防系統進行了介紹。并就其中的一些技術問題進行了探討。1 工程概況首都博物館新館位于北京市復興門外大街與白云路交叉口西南角，東臨白云路，南側、西側為區間路，北臨復興門外大街。規劃建設用地面積24133.7 itf,總建筑面積 63390 m2o建筑高度（檐口）36.4m ,地上5層，地下2層，地下3層為2. 2m層高的設備夾層。工程性質為大型綜合性博物館建筑。其中地上各層和地下1層南區為展陳、社教、科研、辦公、保安、綜合服務等功

2、能區，由三大部分組成：橢圓斜展廳、矩形基本展廳、行政辦公區 （ 見圖 ）1） 地下 1， 2 層北區為地下車庫，地下2 層南區為藏品庫、設備機房、人防等。首都博物館擬建成全國一流的現代化大型綜合性博物館，將成為北京市重要的標志性建筑之一。是一座全面反映中國悠久歷史、燦爛文化、革命傳統和現代化建設成就，展示國際大都市風貌的博物館。館內展示和珍藏著代表中華民族五千年歷史的重要文物。消防系統的設計不但要重在防，而且要重在滅。除設有普通的消火栓系統和自動噴水滅火系統外，還設有水噴霧滅火系統、智能消防水炮系統、氣體滅火系統等特殊的消防措施。2 消防總水量的確定消防水池容積按所有水消防系統同時作用來計算，

3、顯然是不經濟也是不可能的，消火栓系統和自動噴水滅火系統是全方位保護，任何一處著火，兩個系統都要發揮作用。水噴霧系統為鍋爐房服務，水炮系統為禮儀大廳服務，兩系統都是局部保護。很明顯，水噴霧系統和水炮系統不可能同時作用，但兩系統是否會與自動噴水滅火系統同時作用呢?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，內部只是水噴霧系統。一旦著火，除水噴霧系統作用外，鍋爐房以外的消火栓系統協助滅火。這種情況，水噴霧系統不與自動噴水滅火系統和水炮系統同時作用。二是從安全角度出發。鍋爐房著火，不排除波及鄰近區域的可能性，鄰近區域的自動噴水滅火系統將作用。所以，可以認為水噴霧系統與自

4、動噴水滅火系統和消火栓系統同時作用。兩種可能性都是存在的。禮儀大廳也同此考慮。針對首都博物館的重要性，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組合，一種組合是水噴霧系統、自動噴水滅火系統、消火栓系統；另一種組合是水炮系統、自動噴水滅火系統、消火栓系統。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消火栓系統室內消火栓水量 30L/s,延續時間3h。系統為穩高壓制，豎向不分區。系統示意見圖2。館內防火分區的分隔，多處設置了防火卷簾，防火卷簾的種類與水消防系統密切相關。根據“高規”第5 4 4 條的條文說明，如采用無機復合特級防火卷簾，則不需水冷卻。但此種防火卷簾軌

5、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”條文說明第5 4 4 條將此種卷簾納入了特級防火卷簾之列） 。 其作用機理是：當火災發生時，感溫閥開啟，簾節內充水，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，進而有效阻斷火災蔓延。既然是特級防火卷簾，就意味著不設置獨立的噴水滅火系統。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，不但對消火栓系統影響不大，而且簡化了系統。4 自動噴水滅火系統4

6、1設計流量的確定（ 表 2）自動噴水滅火系統設計規范（簡稱“自規”）第 9 1 3 條要求設計流量按作用面積內的噴頭實際流量之和計算，噴頭布置疏密影響設計流量的大小，這與噴水強度與作用面積的乘積是有出入的。精確計算應經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計流量，我們就按噴水強度乘作用面積，再乘一個1 3 的安全系數確定設計流量，本工程自動噴水滅火系統設計流量按表1 各部位的最大值確定為28 L s。施工圖完成后，經水力計算復核每個噴頭流量，與設計流量基本吻合。4 2 系統的選擇系統為穩高壓制，豎向不分區，見圖3。展廳和汽車庫為預作用系統，其它部位為濕式系統。預作用系統平時

7、管內充有低壓氣體，煙、溫感探頭感應到火災信號（此時還沒有達到噴頭的感應溫度）后，打開預作用閥，系統排氣充水并啟動加壓泵。在噴頭動作之前，如發現是誤報警，手動停泵。這樣，有效地防止了系統誤噴所造成的損失。所以，預作用系統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。展廳是博物館的重要區域。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多工序修復而成的。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，為防止產生誤噴，所以除精品展廳以外的所有展廳都采甩了預作用系統。車庫內沒有采暖系統，為滿足防凍要求，可為干式系統或預

8、作用系統。但為了使系統具有一致性，車庫內也采用預作用系統。只是兩者的目的不一樣，前者是防止誤噴，在電氣控制上設置了煙、溫感雙路探測器；后者是防凍，只設置了單路火災探測器控制系統的啟動，從而節省了一半的探測器。4 3 預作用系統的幾點探討4 3 1 充水時間的控制 “自規”第8 0 9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。一套預作用報警閥所帶的噴頭數是一個因素，最重要的是管道容積不能太大。預作用系統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

9、壓力開關報警，啟動加壓泵向系統充水。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。加壓泵在設計工況下運行，流量 30L s， 2 min 內的水容積為3 600 L ( 假定管內氣體全部排盡，其實是不可能的，這個問題在4， 3 2 中探討 ) 。所以，一套預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DN100計，量出支管總長和干管總長，即可算出管道容積，表 3 是預作用系統在不同噴水強度下要保證充水時間所要求的最大管道

10、容積。4.3 2 排氣閥的設置 “自規”中只要求預作用系統應設排氣閥，但設在何處、設幾個都沒有規定，致使設計中排氣閥的設置 五花八門。下面以圖4 為例分析一下預作用系統只設置一個排氣閥的充水過程。探測器感應到火情，同時打開預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。如著火區沒有排氣閥，則在充水時，著火區的 噴頭未打開之前，氣體排不走。管內的低壓氣體在高壓水作用下受壓縮，著火區管網內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。這就失去了預作用系統的功能。所以，筆者認為排氣閥應多設， 每個支干管的末端設一個。但排氣閥越多，電氣控制點也越多，成本也提高。關

11、于排氣閥的設置，在此只是拋磚引 玉地提出來。如何設置才能充分發揮預作用系統的功能，有待同行商榷。4.4 大流量噴頭的采用本館內有一個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。在設計中，參照“自規”中用于高架倉庫的快速響應早期抑制噴頭的有關要求，選用了流量系數K=360的大流量噴頭用于10m高的展廳內，一個噴頭釣流量為8.7 L/s。如按標準噴頭的間距布置噴頭，作用面積內的流量就遠遠大于設計流量，顯然是不合適的，但“自規”中又沒有這種特殊噴頭的間距要求。為此，我們根據噴水強度和流量系 數計算出噴頭的最大間距。噴水強度6L/(min m2),

12、流量系數 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、 停車庫設計防火規范)(GB50067 97)第 7.2.3.2條要求：“機械停車位的托板位置分層設噴頭?！痹鯓邮箛婎^既不影響托板的升降，又能直接噴向車位呢?見圖5。噴頭數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，感應托板下的側噴頭動作，由于室 內車庫不受風向的作用，火焰繼續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

13、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 “高規”第7 6 6 條強制規定：高層建筑內燃氣鍋爐房應設水噴霧滅火系統。系統設計根據<水噴霧滅火系統設計規范>(GB50219 95)( 簡稱“霧規” ) 進行。5 1 設計參數的確定 “霧規”中對鍋爐房的設計噴霧強度與持續噴霧時間沒有作出具體規定，表3. 1. 2只有可燃氣體生產、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的情況下，設計取用了該參數。新

14、近發行的北京市地方標準民用建筑設置鍋爐房消防設計規定>(DBJ01 614 2002) 中第5 2 3 條明確規定：燃氣鍋爐房的水噴霧滅火系統應按防護冷卻設計，噴霧強度為9L/(mln m2),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，設計人員就很難掌握，導致設計結果多種多樣。筆者認為：“國標”與“地標”有矛盾的地方， 理應按“國標”執行。 但“國標”對某一對象沒有明確規定的情況下， 可以參照 “地標”執行。 所以在以后的設計 中，鍋爐房的水噴霧系統設計參數按“地標”取值是可行的。當然，盡快完善統一各種法律、法規，使設計取值

15、有 據可依，是廣大設計人員所希望的。5 2 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46. 25m2(取50m2)。最不利噴頭壓力 P=0.2 MPa平均噴頭壓力取 0. 35 MPa,噴水強度 9 L /(min - m2),計算流量 1.1Qj=1 . 1X9X 50/60=8.25 L /s。選用 ZSTW63-120 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=2 4m。每個噴頭的流量：水霧噴頭的計算數量：水霧噴頭的實際數量取10

16、 個，見圖6。系統計算流量10X5060=8 3L s： 系統設計流量1 1X 83：92Ls> ( 實際取10Ls) 。 6 智能消防水炮系統61問題的引出館內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，火災危險性大。對這樣重要的場所，現行的消防規范已無法滿足。自動噴水滅火系統無能為力。北京市規委關于“首都博物館新館初步設計審查的批復”中提出：“特殊的消防問題還須組織專題論證，以市消防局發文為準，其中地下文物庫和中央大廳的消防問題應作為重點?！睋?，北京市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

17、號文 ） 中提出：“禮儀大廳頂部可開啟外窗與大氣相通，廳內設計消防車通行車道，可視為室外空間。結合建筑實際情況考慮禮儀大廳的適當部位增設消防水炮?！?.2設計依據 在沒有現行規范的情況下，參照固定消防炮滅火系統設計規范（ 報批稿 ） 以下簡稱“報批稿”和產品樣本進行水炮系統的設計。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系。水炮系統合理的流量和射程與其要保護的空間大小密切相關，水炮位置的設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

18、點）從產品樣本中可根據水炮的射程選定額定壓力和流量。“首博”的水炮參數為：射程 55m,額定壓力0.8MPa,流量20L/so6.4水炮系統的水量計算根據“報批稿” 4.13 條“消防水炮的水量應按同時使用的水炮及供水管網的充水量之和計算”4.5 7 條“在人員密集的公共場所室內大空間建筑物內配置的消防水炮應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,水炮系統的用水量為兩門水炮1 h 的水量與水炮管網容積之和，水炮加壓泵的供水量為兩門炮的流量。6 5 水炮系統的構成消防水炮系統由火災探測器、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

19、、控制程序及管道系統組成。其中，解碼器由功率趨動模塊、微處理模塊、遠程通訊模塊和數據采集模塊組成。它提供了消防水炮的驅動、狀態反饋、火焰定位和遠程通訊四項基本功能。從“報批稿”4 1 3條的理解，消防水炮管網可以為空管系統，且消防車可以直接進入大廳協作滅火，故消防水炮系統不必要再設置為消防車接口的水泵接合器。系統見圖9。6 6 水炮系統的控制（見圖10） 雙波段火災探測器將火災探測和圖像監控有機結合在一起具有同時獲取現場火災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視頻同軸電纜或其它圖像傳輸設備送回控制中心，經視頻處理設備送至圖像顯示設備、圖像記錄設備及信息處理主機顯示器上， 實現圖

20、像監控功能。數控消防炮解碼器是遠程自動控制設備，采用微處理模塊作為控制核心?？梢栽诳刂浦行母鶕p波段火災探測器傳輸的圖像信息，自動或手動控制電動閥開關和炮口的定位，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遠程自動控制，最遠控制距離達1 200nl自動狀態下，火災初期，由于起火點可能不在消防水炮定位器的視角范圍內，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確認，然后根據系統設計，自動啟動電動閥和消防水泵進行噴水滅火。程序控制還可根據探測到的火災大小，數控啟動一門或兩門炮?？刂浦行?/p>

21、一般設在消防控制室內，包括信息分析處理設備，視頻處理設備（ 圖像切換、顯示、記錄設備） ，以及火災報警設備。該部分主要實現監控現場的信息分析，火災信息提取，火災報警等功能。6.7 小結智能型數控消防水炮是集遠程通訊，火災探測報警，火焰自動定位和滅火等多項功能于一身的消防設備。它具有體積小、報警及時、滅火迅速、水漬圬染少等優點，在大空間場館有不可替代的作用。當務之急是出臺相應的法規，使設計有據可依。7 氣體消防系統7 1 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

22、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。經過比較，地下 29個文物庫總面積近 1萬m2的庫區，全部采用氣體滅火系統。展廳是博物館的窗口，這里向人們展示中華民族的傳統文化，廳內人流密集，火災危險性大。如果所有展廳均采用氣體滅火系統，當然是萬無一失的，但對于這樣大體量的展廳，氣體滅火系統投資巨大，所以根據展廳內展品的重要程度，采用不同的消防措施， 以節省投資。將重要文物的展出集中在三個精品展廳內，廳內采用氣體消防系統，這也與“高規”第 7.6.8.4

23、條“一級紙、 絹質文物的陳展室應設氣體滅火系統”的條文相吻合。 文物修復中心是博物館的“門診部”。 這些部門的安全性對文物的存放和展出至關重要。因此，采用氣體消防系統?？刂浦行?、電話機房、消防中心一旦發生火災，遇水將使全館系統陷入癱瘓，氣體消防能使火災消滅在萌芽階段，不至于對設備造成破壞。7 2氣體消防系統的選擇隨著哈龍1211 ， 1301 的逐漸淘汰：各種替代品相繼涌現。目前在國內有成功使用經驗且技術成熟的產品主要有七氟丙烷（FM200）和煙烙盡（1G541）。因此，我們主要從這兩種氣體中選擇。氣體消防系統設計的宗旨是：所用氣體滅火劑必須是綠色環保氣體，系統設計不但要以人為本，而且要以文物

24、為本。所選氣體 不能對人體有害，對展品、文物、計算機、電子設備不產生任何破壞作用，且產品技術成熟。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、環保的滅火藥劑，具備良好的滅火性能。究竟哪一種產品更適合于文物保護呢？FM200輸送距離較短，目前較成熟的設計軟件最大可計算到70-80mi這就決定了瓶站需靠近防護區設置。并且 FM200噴放過程中在高溫條件下有少量的氫氟酸產生，對人體有害，對保護對象有腐蝕性。 噴放時間越長，產生的酸性物質越多，這也是FM200必須在10s內噴放完畢的原因，但國內外用FM20。保護文物類對象的實例也不少，至于FM200氣體對文物產生多大的危

25、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，庫區內不能有任何與文物無關的設備物品。這就要求鋼瓶站必須設置在文物庫區的安全 通道之外。對29個文物庫近1m2的庫區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時不能不考慮這個問題。針對這一特殊性，只有煙烙盡系統對輸送長距離、大范圍的防護區的應用技術是比較成熟的（系統分區示意見圖11）。 為彌補FM200輸送距離短的不足，美國大湖公司新推出一種備壓式FM200氣體滅火系統。它與貯壓式系統的最大區別是：貯壓式系統的藥劑瓶內平時將藥劑和氮氣同時貯存在鋼瓶中，鋼瓶內壓力為2.5MPa,噴放時由氮氣推動 FM2

26、00氣體向管網輸送。氮氣在鋼瓶中需占一定比例，才能推動FM200氣體。國際上成熟的 NFPA和ISO有關潔凈氣體規范中， 嚴格規定FM200在鋼瓶中的最大充裝比為 1150kg/m3;備壓式系統平時將 FM200藥劑 和加壓氮氣分開貯存，氮氣瓶的壓力為12. 4MPa只有在系統啟動時，才將氮氣注入到FM200藥劑瓶中，注入時控制氮氣壓力的范圍為 2. 062. 27MPa由于藥劑瓶中沒有氮氣，所以鋼瓶中的充裝比沒有嚴格限制，對同一大小 的防護區來說，備壓式系統所需鋼瓶數比貯壓式系統所需鋼瓶數要少，而減少的鋼瓶數被增加的氮氣瓶數所取代， 所以，備壓式系統和貯壓式系統所需瓶站面積沒有太大區別，而輸

27、送距離大大加長。如本工程FM200的最大輸送距離為162 m,該備壓式系統可滿足使用要求。該產品能同煙烙盡系統一樣，鋼瓶間集中設置，具有占地面積小，安 全性高的優點。在“首博”項目中，只要投標商在不改變原有管道設計的基礎上，經計算能滿足要求，也不排除采 用備壓式FIVl200系統的可能性。該項目的氣體滅火系統正處于招標階段，待定標后，還需配合二次設計。到時， 筆者將作專題介紹，在此不再贅述。8結語博物館建筑對防火安全的要求是其他民用建筑無法比擬的。其消防系統的設計關系到百年大計隨著越來越多像博物館這種特殊建筑的出現，新型的消防措施也會不斷涌現。我們期 待著相應的法律法規相繼出臺。首都博物館平面示意圖a 消防水計事黑或第一H善后第二沖用合求看開nn幫火棒水地白清火曠K1/M*1型?8*30 + 0.24®心27*W* IhT*斷間外63113人陰時間內138.白3,_水*M216I0J»ti.77.2342一總擾Ai?W2.03在：見奉文52覽滓文曲4；0水峭娠度的