三峡工程博物馆位于湖北宜昌三峡坝区, 是为展示三峡水利枢纽工程 (又称三峡工程) 建设过程中的人文精神和工程创新而建设的大中型科技类博物馆。建筑通过简单、高耸的几何形体, 营造出雄伟、宏大、超大尺度的空间感;同时综合利用三峡建设过程中的设备遗迹及三峡枢纽区的自然元素, 形成广泛、综合、多样的现代展示过程。图1为博物馆的外观效果。

　　 博物馆地上2层, 总建筑面积20 000m², 主体建筑高度24m, 每层层高10m, 局部设置夹层, 建筑分类为多层建筑;馆内主要包含4间主展厅、1间特色体验展厅即时空隧道、影院、架空于屋面的观景平台及临时展厅、文物库房、行政和技术办公用房、设备用房等。图2为建筑主要功能剖面。

　　 博物馆周边市政供水水压不低于0.55MPa。1层至高位消防水箱均由市政给水管网直接供水, 室内给水系统通过设置调压式减压阀减压使每个用水点的静压力均不超过0.2 MPa。

　　 室内卫生间采用污、废水合流, 设置环形透气管的排水系统;主屋面采用虹吸雨水系统, 其他屋面采用重力雨水系统。屋面雨水排水设计重现期为10年, 同时设置屋面溢流系统, 总排水能力不小于设计重现期为50年的雨水量。

　　 室内消火栓系统按多层公共建筑进行设计, 采用不分区的临时高压消防给水系统, 用水量为16.5L/s, 水源为有效容积360m³的室内消防水池。高位消防水箱分2只分别设置于屋面架空观光平台上部两侧的水箱间内, 其有效容积均为10m³, 以满足多层公共建筑高位消防水箱的有效容积不小于18 m³的要求, 同时设置消火栓系统稳压设备。

　　 各层按室内任何部位有2支消火栓水枪的2股充实水柱同时到达的要求布置系统所采用的减压稳压消火栓, 其充实水柱长度不小于13 m, 栓口设定压力为0.5 MPa。

　　 自动喷水灭火系统主要根据博物馆不同区域的功能及净空高度来确定系统的形式及设计参数, 具体内容见表1。

　　 自动喷水灭火系统采用临时高压消防给水系统, 与消火栓系统共用室内消防水池及高位消防水箱, 设置独立的系统稳压设备, 系统设计用水量按表1所列的各系统最大设计用水量确定为80L/s。

　　 大空间智能型主动喷水灭火系统采用自动扫描射水高空水炮灭火装置, 主要用于室内净空高度大于12m的中庭、时空隧道及屋顶采用镀膜夹胶中空钢化玻璃、自然采光的公共平台, 系统的设计参数见表2。

　　 大空间智能型主动喷水灭火系统采用临时高压系统, 与自动喷水灭火系统合用消防供水泵, 其流量、扬程满足两个系统中最大的一个设计用水量及压力, 在水炮射水避免受到障碍物的阻挡及受保护区域内任何一点均受到2股水炮射水保护的条件下, 确定高空水炮的平面布置及所需的数量。

　　 室外道路下采用固定盖板管沟, 非道路下采用活动盖板管沟, 沟内主要布置室外消防管道、电缆管道、强弱电管道等。

　　 对于三峡工程博物馆的建筑分类, 主要分歧在于屋面架空的观景平台是否应计入建筑高度, 如计入, 根据图2b, 可认为建筑高度为30m, 则此博物馆属重要公共建筑, 建筑分类即为一类高层建筑。但根据《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2014, 以下简称“建规”) 附录A第A.0.1条第5款, “局部突出屋顶的瞭望塔、冷却塔、水箱间、微波天线间或设施、电梯机房、排风和排烟机房以及楼梯出口间等辅助用房占屋面面积不大于1/4者, 可不计入建筑高度”。建筑设计中, 观景平台与屋面的面积比为0.2, 因此可不包含在博物馆的建筑高度内, 可确定其为多层建筑。由此简化了建筑的防火分区和消防系统的设计, 同时为安全起见, 观景平台设置2部直接通向室外屋面的疏散楼梯。

　　 《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014, 以下简称“消水规”) 规定, “对于体积大于50 000m³的博物馆需同时使用4支消防水枪”、“对于室内净空高度超过8m的民用建筑, 消防水枪充实水柱应按13m计算”。消防水枪13m的充实水柱按照倾角为45°进行计算, 其有效的灭火高度仅为10m;对于博物馆室内净高为20m的中庭来说, 达不到“消水规”所规定的“同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位的要求”。表3为在DN65消火栓、25 m长水龙带、19水枪、水枪倾角为45°的条件下, 净空高度、水枪所需的充实水柱长度、消火栓栓口压力、水枪流量之间相互对应的技术数据^[1]。

　　 消防水龙带及消火栓栓口的水头损失分别按0.046 MPa、0.02 MPa计算, 充实水柱长度为22m时, 栓口实际压力为0.496 3 MPa, 基本达到栓口动压不应大于0.5 MPa的极限^[2,3]。

　　 实际设计中, 为达到最大净空高度的保护, 室内消火栓系统采用减压稳压型消火栓, 栓口设定压力为0.5MPa。此条件下, 单支水枪流量为8.24L/s, 同时作用的4支水枪所对应的系统实际流量为33L/s;考虑到博物馆为设置室内自动喷水灭火系统的多层建筑, 室内消火栓设计流量可按实际流量的50%计算, 确定为16.5L/s。

　　 “消水规”所给出的消火栓系统设计流量实际为每支水枪在5L/s时的系统流量, 对于含室内大空间的建筑, 实际设计流量需在室内净空高度的基础上, 依据消防水枪的充实水柱长度、消火栓栓口的最大压力、同时使用的消防水枪的数量等要求计算确定, 以趋于设计安全。

　　 博物馆主展厅为净空高度10m的非仓库类高大净空场所, 《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB50084-2001, 2005年版, 以下简称“喷规”) 对于非仓库类高大净空场所的自动喷水灭火系统的基本参数仅列举了“中庭、影剧院、音乐厅、单一功能体育馆”及“会展中心、多功能体育馆、自选商场”等两大类适用场所, 两类场所在喷水强度的设计参数上相差较大。未列入适用场所名单的博物馆主展厅的设计参数如何取值, 对于确定馆内自动喷水灭火系统的流量、消防储水量、供水泵的技术参数、系统供水管道的管径等方面均有较大影响。自动喷水灭火系统的设计中, 着重考虑了以下两点:

　　 (1) 博物馆与展览建筑的消防用水量与各自的体积具有同样的相关性。“消水规”3.5.2条中, 博物馆包含在展览建筑内, 与属于展览建筑的会展中心均依据建筑的体积来确定室内消火栓系统设计流量, 两者在消防流量的确定方面具有相似性, 而体育馆、影剧院等依据座位数来确定消防用水量。

　　 (2) 博物馆的功能具有发展性、适时调整性。如藏品的数量和种类、藏品的保护、展示的内容与方式、教育和研究的进步与变化、观众人数的逐年增加、功能发展需要改建或扩建等。博物馆建筑的消防设计应满足其功能适度调整的要求, 并适应可持续发展的需要。

　　 根据以上考虑内容, 主展厅自动喷水灭火系统的设计采用非仓库类高大净空场所、室内净空高度8~12m的会展中心的设计基本参数, 即喷水强度12L/ (min·m²) 、作用面积300m², 喷头流量系数K=115。

　　 图3为一层主展厅自动喷水灭火系统供水管道及喷头布置示意。剖面所展示的建筑外形为非常规的、形似坝体的梯形, 45°倾角的阳极氧化铝复合板幕墙同时兼做建筑屋面。主展厅的自动喷水灭火系统, 按仅顶部水平方向布置系统供水管道及喷头的常规做法, 必然形成未受系统覆盖的保护面积。实际设计中参照“喷规”对斜屋面下喷头布置的要求, 在45°复合板幕墙内侧同样布置供水管道及喷头, 保护其下部的室内空间;对于幕墙与楼面的交接处, 从烟气的气流组织来看, 不等同于坡屋面的屋脊, 不单独布置喷头, 只需在其两侧布置的喷头与其间距不大于规范所规定的最大距离。

　　 作为建筑外墙的阳极氧化铝复合板幕墙材料包含100mm厚、密度120kg/m³的岩棉保温层, 满足建筑外墙保温的要求, 自动喷水灭火系统仍采用常规的、动作温度为68℃的直立型喷头, 系统的供水干管及支管在与支撑幕墙的横向或竖向的钢结构梁焊接的管道支架上进行铺设, 喷头则避开钢梁沿幕墙进行布置。

　　 博物馆室外消防管道的设计中, 如图4所示, 利用建筑外表皮下局部可通行的室外隐蔽空间, 将部分常规布置在地下的室外消防管道布置在地上, 整个室外消防系统供水管道采用地上与地下相结合的敷设方式, 见图5所示。

　　 (1) 对于含室内大空间博物馆的室内消火栓系统的设计流量, 需在室内净空高度的基础上, 依据消防水枪所需的充实水柱长度、消火栓栓口的最大压力、同时使用的消防水枪的数量等要求计算确定, 以确保设计安全。

　　 (2) 考虑到博物馆与展览建筑的消防用水量与各自的体积具有同样的相关性及其自身的发展性、调整性, 博物馆内净空高度为8~12m主展厅的自动喷水灭火系统的设计参数可参照非仓库类高大净空场所、室内净空高度8~12m会展中心的设计基本参数。

　　 (3) 与博物馆相类似的非常规外形的建筑, 为使室内不存在自动喷水灭火系统未覆盖的保护面积, 对于兼做屋面的倾斜建筑外墙, 可参照“喷规”对斜屋面下喷头布置的要求设置自动喷水灭火系统供水管道及喷头, 保护其下部的室内空间;同时在作为建筑外墙的幕墙下设置喷头, 其动作温度的选择应考虑幕墙内侧系统安装区域的室温是否会受到日照的影响而引起较大的变化。

　　 (4) 室外供水管道可充分利用建筑室外自身的部分隐蔽空间, 采用地上与地下相结合的敷设方式, 以达到节约工程费用的目的。