贵州省博物馆新馆建设用地位于贵阳市金阳新区观山公园东北角, 呈不规则地形, 东西方向长约220m, 南北方向长约260 m。建筑类型为公共建筑, 地上3层, 地下2层, 总建筑面积42 996m²。

　　 入口大厅标高为±0.00m, 与入口大厅北侧路的室内外高差为4 m。此层布置有中央大厅、展厅及办公夹层、报告厅, 建筑层高为9m。大厅以上两层展厅建筑层高为8m。各层展厅由自动扶梯及楼、电梯相连。临时展厅及观众服务区设在-1层-8.00m标高, 与西侧湖边道路标高自然衔接。文物库房设在-1层-8.00m标高和-2层-13.50m标高, 层高分别为4.5m和5.5m。库房管理设在-1层。-1层与东侧场地道路标高自然衔接。中庭通史展设有台阶, 通过台阶可达到屋面标高。屋顶设有室外露天展场, 标高为23.00m和25.00m, 通过室外栈道回到地面。±0.00m以下部分主要设有藏品库, 在库区与±0.00 m之间设有层高为2.19m的设备管道夹层, 同时-2层库房下部也设有设备管道夹层, 层高为2.19m, 用来满足工艺要求, 设备用房层高5.5 m。车库设在-1层和-2层, 层高4m。-2层兼部分人防。

　　 博物馆有7大功能区, 包括:展陈开放功能区、宣教功能区、藏品保管功能区、业务科研功能区、安全保卫与消防功能区、行政办公功能区、机电设备功能区。主要消防系统有:室内、外消火栓系统, 自动喷水灭火系统, 水炮系统和气体灭火系统。图1为贵州省博物馆新馆正立面和中庭。

　　 消防设计总用水量决定了消防水池的大小。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014, 以下简称“规范”) ^[1]3.1.2条规定:一起火灾灭火所需消防用水的设计流量应由需要同时作用的各种水灭火系统的设计流量组成, 并应按需要同时作用的各种水灭火系统最大设计流量之和确定。

　　 本工程中, 首先考虑同一时间火灾次数为1次;然后根据防火分区的划分, 计算各个分区火灾发生时所需水量, 选择最大设计流量。最大消防用水量统计见表1。

　　 (1) 消防水池是否需要储存室外消火栓系统所需用水量, 这主要看市政给水是否满足“规范”4.2.1条、4.2.2条规定。但在设计中, 这两条看似简单, 实际却经常存在变数, 在先期收集市政给水资料时, 往往会碰到如下情况:此建筑周边的市政配套管网没有设计或者正在规划设计中, 给水管的具体接入位置和管径不详, 周围市政给水管网不是真正意义的环状管网, 建设单位以前承诺的两条不同的市政给水管在施工图时还不能落实等, 这些因素都将会影响到消防水池的容积。因此笔者建议:把室外消防水量直接存入消防水池;根据外部情况预留足够大容积, 以防万一, 同时在室外消防管网设计时, 预留日后的市政给水管网接口, 待条件成熟时, 引入市政给水管网。

　　 (2) 自动喷水灭火系统按中危险Ⅱ级设计, 设计喷水强度8L/ (min·m²) , 作用面积160m², 系统设计流量为30L/s。但-1层 (-10.4m) 车库设置有7车位3层立体停车库。本设计按作用面积内增加的喷头计算设计流量, 系统流量为55L/s。立体车库喷头数量是按单层计算, 还是按上下层计算, 也是众说纷纭, 立体车库如何计算喷头不仅影响系统流量, 而且影响报警阀所带喷头个数。笔者认为可按照1个井字梁内的车位数量增加的内置喷头作为系统设计流量, 1个井字梁内有3个车位, 按照车库机械配置图, 每个车位车架内增设了3个内置喷头, 1层和2层车位共增设6个喷头, 总计增设18个喷头, 系统流量为48L/s。

　　 自动喷水灭火系统湿式喷头分为直立型和下垂型, 工作原理是发生火灾时当温度达到喷头上红色玻璃泡的动作温度时, 玻璃泡破碎, 灭火系统自动启动进行灭火。吊顶是格栅式的, 也就是说火灾发生时产生的烟气不会被拦截在吊顶以下, 由于烟气的相对密度小, 因此如果喷头安装在吊顶下面即使温度已达到动作温度, 自动喷水灭火系统也不会启动。

　　 根据《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084-2001, 2005年版) ^[3]7.1.10条:装设通透性吊顶的场所, 喷头应布置在顶板下;7.1.7条:货架内喷头上方的货架层板, 应为封闭层板, 货架内喷头上方如有孔洞、缝隙, 应在喷头的上方设置集热挡水板。集热挡水板应为正方形或圆形金属板, 其平面面积不宜小于0.12m², 周围弯边的下沿, 宜与喷头的溅水盘平齐。

　　 格栅吊顶展厅喷头数量增加的主要因素有2个: (1) 格栅吊顶开孔率大小; (2) 当地消防部门的文件要求。因此在计算喷头数量时, 应当留有余地。

　　 笔者建议:首先按照图纸喷头数量的1.3倍计算供水干管及支管的管径, 从而满足规范要求的配水干管和支管控制的喷头数量;其次根据喷头数量, 分配报警阀负责的层数, 确保其所带的喷头数量不超过800个。

　　 对于高度大于12m的大空间展厅, 尤其是对美观要求高的网架结构及玻璃屋顶的阳光中庭建筑, 虽然自动喷水灭火系统能够起到保护屋架的作用, 但是由于不规则屋顶, 喷头会较难布置, 因此在设计时普遍会使用消防水炮, 规范要求室内消防水炮布置应保证被保护区域的任何一个部位, 均有2门水炮的保护, 水炮作用时间1h。因此水炮泵的流量为2门水炮的流量。但是需要注意的是:消防水炮系统如果是空管系统, 水炮系统的用水量则为2门水炮1h的用水量加上水炮管网容积, 如管网较大, 则需要在消防水池中储存水炮管网容积水量。

　　 展厅是博物馆的重要区域, 展出的文物不一定遇水就会损坏, 如石器、兵器和青铜器等, 但是遇水肯定对文物不利。而且展厅也是人口密集地方, 误喷也会干扰人的正常看展, 甚至会引起人员恐慌。因此展厅采用了预作用系统。实践证明展厅采用预作用系统对日后布展十分有利, 尤其增加了临时展厅布展的灵活性。

　　 预作用系统设计要点:

　　 (1) 控制系统充水时间小于2 min。控制时间就是要控制管道的容积, 使容积尽量小、管道尽量短。预作用系统的充水过程首先是靠屋顶消防水箱向管道充水, 压力开关报警启动主泵向系统充水。从电磁阀打开, 开始充水, 到主泵启动, 这段时间非常短, 可以认为充水过程是由加压泵完成的。主泵在设计工况下运行, 流量30L/s, 2min内的水容积为30×2×60=3 600 (L) 。所以一套预作用报警阀后的管道容积小于3 600L, 就可以控制系统充水时间小于2min。

　　 (2) 排气阀设置。预作用系统在火灾发生时, 同时打开预作用阀上的电磁阀和排气阀前的电磁阀, 充水和排水是同时进行的, 如果着火区域没有设计排气阀, 则在充水时, 着火区域的喷头打开之前, 气体排不出去, 管内低压气体在高压水作用下受压缩, 着火区域管网内充不进水或者充水缓慢, 直到火情扩大, 温度达到喷头温级, 喷头才爆破排气。这就失去了预作用系统的功能, 影响灭火效果。所以, 笔者认为应该在每个支干管的末端设1个排气阀, 以便使预作用系统管道内的气体尽快排出。

　　 临时展厅布展的消防是建筑运营中重要的方面, 它不同于普通建筑的内部装修, 一方面布展的时间长, 几乎与展览的时间接近, 另一方面布展不应改变原有建筑的防火分区和安全疏散体系, 不应擅自改动、拆除、遮挡消防设施, 且不应妨碍消防设施的正常使用。展厅搭建的特殊的展示区域和临时展棚不应超过2层, 且搭建区域的安全疏散线、消防设施、搭建材料的燃烧性能等均应该符合规范要求, 双层展示区域内上部不应该封顶。展厅内安全疏散路线应该清晰、便捷、通畅, 且可以结合参观流线。

　　 为了方便布展, 设计中采取了一些措施:在平面与空间布置中, 设计中规定了布展构建与原有建筑结构、设备、设施之间的垂直距离;展位或者搭建物与展厅墙体之间应留出通道的宽度, 安全出口和疏散出口前、消火栓箱开启方向以及防火卷帘四周宽度不小于1.4m;承重钢结构的周边设置防火保护距离;同时明确了展厅临时展棚每座建筑面积不大于2 500m²。消防给水中要求消火栓的充实水柱不应小于13m, 室内消火栓箱内配置了消防软管, 室内消火栓系统和自动喷水灭火系统的消防泵和管网分别独立设置。

　　 特别地在临时展厅内预留了1个DN100的自动喷水灭火系统的管道接口, 方便日后临时展厅布局。

　　 本设计在藏品库区与±0.00 m之间设有层高为2.19m的设备管道夹层 (上夹层) , 同时-2层库房下部也设有设备管道夹层, 层高为2.19 m (下夹层) 。藏品库采用“三明治”式设计理念, 即:文物库房位于-1层和-2层, 其周圈设置环形走廊, 形成安防通道。2层藏品库紧密相连, 在它的上、下均设有夹层, 四周设置安防通道, 以满足工艺要求。如文物库、珍品库房等恒温恒湿工艺空调, 该系统可全年对库房送风进行供冷、供热、加湿、除湿处理, 以保证室内温湿度符合设计参数, 满足文物保护要求;上夹层可以解决首层及以上层给、排水管道穿库区的问题, 下夹层可以解决库区消火栓管道和排水管穿库区的难题。

　　 博物馆的藏品库是全馆的心脏, 大量的珍贵文物会存放于此, 特别是一些珍品文物如丝织品、精品字画、文房四宝、竹木漆器等均是易燃品, 且一旦浸水损坏, 损失巨大。这些部位首选气体消防。另外一些文物, 如石器、青铜库等, 虽然遇水不会完全损坏, 但这些文物都是经过特殊修复而成的, 遇水损失是无法估计的。且如果用水喷淋, 水溅损失可能会波及到其他文物库。经过比较, 地下12个文物库的库区, 全部采用气体灭火系统。

　　 展厅是博物馆的窗口, 向人们展示民族的传统文化, 厅内人流密集, 火灾危险性大。如果所有展厅均采用气体灭火系统, 当然是万无一失的, 但对于大体量的展厅, 气体灭火系统投资巨大。所以, 根据展厅内展品的重要程度, 采用不同的消防措施, 以节省投资。将重要文物的展出集中在一个精品展厅内, 厅内采用气体灭火系统。

　　 文物修复中心是博物馆的门诊部, 这些部门的安全性对文物的存放和展出至关重要, 因此, 采用气体灭火系统。控制中心、电话机房、消防中心一旦发生火灾, 遇水将使全馆系统陷入瘫痪, 气体消防能使火灾消灭在萌芽阶段, 又不至于对设备造成破坏。

　　 目前在国内有成功使用经验且技术成熟的产品主要有七氟丙烷 (FM200) 和烟烙尽 (IG541) , 设计主要从这两种气体中选择。气体灭火系统设计的宗旨是, 所用气体灭火剂必须是绿色环保气体, 系统设计不但要以人为本, 而且要以文物为本。所选气体不能对人体有害, 对展品、文物不产生任何破坏作用, 且产品技术成熟。表2是两种灭火剂的性能比较。

　　 由表2可知, FM200输送距离较短, 目前, 较成熟的设计软件最大可计算到70~80m, 这就决定了瓶站需靠近防护区设置。并且FM200喷放过程中在高温条件下有少量的氢氟酸产生, 对人体有害, 对保护对象有腐蚀性。喷放时间越长, 产生的酸性物质越多, 这也是FM200必须在10s内喷放完毕的原因。但国内外用FM200保护文博类对象的实例也不少。

　　 最重要的是, 博物馆的文物库是个安全性要求极高的地方, 库区内不能有任何与文物无关的设备物品。这就要求钢瓶站必须设置在文物库区的安全通道之外。因此, 在决定采用何种灭火系统时必须考虑这个问题。针对这一特殊性, 只有IG541气体灭火系统对输送长距离、大范围的防护区的应用技术是比较成熟的。

　　 本设计在-1层藏品库设置有管网的IG541气体灭火系统, 灭火剂量2 030kg, 灭火储瓶20套, -2层变配电室设置无管网的IG541气体灭火系统, 灭火剂量1 300kg, 灭火储瓶11套。