设计总包模式下超大空间的特殊消防设计

刘欣华（华建集团华东建筑设计研究院有限公司，上海 200011）

1 设计总包中的技术挑战

1.1 设计总包的优势

近年来，随着建筑设计和技术的不断发展，对项目品质要求日益提高，设计专项细分内容也随之增加，项目设计工作除了主体设计还包括专项设计、顾问咨询、造价控制、审核审批、进度计划、现场配合等等诸多内容，设计技术的综合管控对项目品质保障、进度实现、造价控制等多方面核心工作至关重要。基于提高设计效率，实现一体化设计服务的需求，设计总包已经成为市场普遍接受的模式，对于功能复杂、技术难度高的大型公共建筑尤其适合，因为设计总包模式有利于设计总包方主动协调各专业、各专项，从项目整体出发，及时解决各阶段核心技术问题。

1.2 设计总包中的技术挑战

设计总包模式对设计团队提出了更高的要求，包括技术实力、管理能力、服务意识等等，而技术综合管控能力是完成设计总包任务的根本基础。大型公共建筑需要更多的设计创新和技术引领，经常面临多方面的挑战，从实践中我们深刻体会到，攻克这些技术难关是实现设计目标的重点，甚至是设计创意成立与否的关键，其中消防问题是我们经常遇到的“拦路虎”。消防策略的选择往往会改变大部分专业的设计基础，如不能及时解决，会成为项目推进的巨大障碍，设计总包的工作目标也必然无法实现，但另一方面看，设计总包模式又为第一时间解决技术难题提供了有利条件。

鉴于大型公共建筑的消防难题大多出现在大尺度、大进深空间范围，本文以北京副中心图书馆项目为例，着重阐述超大尺度空间消防设计的难点和解决途径，这个项目作为大型公共文化建筑，采用了典型的设计总包模式。

2 超大空间与特殊消防设计

2.1 超大空间消防设计难点

大型公共建筑（尤其是文化类公建）由于创意或功能的需要，设置超大尺度的公共空间的情况越来越多，超大尺度空间对消防设计的挑战，具体表现在以下几个方面。

（1）超大空间尺度，疏散距离过长。超常规尺度的建筑内部公共空间，带来的是超过规范要求的安全疏散距离，宽敞舒适的大型室内空间难以满足防火设计规范对防火分隔的严格严格要求。例如，赫尔辛基颂歌图书馆的顶层设计为全开敞的超大空间，这里成为眺望整个城市的条形观景窗，但随之而来的就是消防疏散距离过长，消防分区受限的问题。

（2）公共建筑的超大空间范围，往往是人员密集区，疏散危险性高。大型公共建筑在日常使用时，人员密度较高，如果防火安全缺乏保障，一旦发生火灾，安全疏散得不到及时有效的引导，就很容易造成人员伤亡。另外，图书馆、博物馆、档案馆等大型文化类建筑，如遭遇火灾，还会带来难以挽回的经济、文化损失。例如著名的卢浮宫博物馆，巨大的客流量需求其入口金字塔下方设计巨大的集散空间，对于这样人流密集的超大空间，消防设计成为重中之重。

（3）建筑体量大，竖向交通首层疏散困难。对于平面尺寸宽大集中的公共建筑，其竖向交通在首层向室外的疏散，会成为设计的难点和重点，如果首层是超大空间，将会更加困难，设置首层疏散楼梯到室外安全出口的疏散途径，会给超大空间完整的平面功能布局带来很多麻烦。

以上问题，仅仅依照建筑设计防火规范，无法满足设计创意和复杂功能的要求。在保证空间设计效果的前提下，按照国家相关规定，采取特殊消防设计成为解决大型公共建筑超大空间消防技术难题的有效手段。

2.2 特殊消防设计

特殊消防设计的概念基本衍生于消防设计性能化的概念，是基于火灾科学和消防工程原理，对于某特定建筑物进行定量分析和评估，设计出一套针对特定的建筑物防火设计方案，从而为建筑安全提供保障的消防设计。相对于以普适性要求出发的建筑防火设计规范，特殊消防设计是一种更为综合、更具针对性的消防设计选择。对于选择特殊消防设计的项目，都需要研究项目具体情况，发现消防问题、分析消防策略，提出定制化解决方案，在满足安全保障的同时，采用多种设计工具，综合运用多种防火防灾的手段，提升防火防灾的效率。

针对这些年在大型复杂公建以及其它特殊建筑工程中遇到的消防难题，政府主管部门先后出台了相应规范和规定。2009 年，我国颁布了《建设工程消防性能化设计评估应用管理暂行规定》（已于 2016 年废止），规定了性能化设计的适应范围，并相继于 2012 年和 2016 年颁布相关规定，进一步作出明确和约束。2020 年 4 月，我国颁布了《建设工程消防设计审查验收管理暂行规定》（建设部令第 51 号第十七条），明确了需要提交特殊消防设计资料的建设工程。这些规定的陆续出台，推动了行业技术的发展，为重点项目、特殊项目建设提供了重要的技术依据。

对于建筑师来说，特殊消防设计拓宽了技术限制范围，为建筑的创作提供了更多的选择，这无疑是大家愿意看到的，但同时我们也要理性分析，有必要综合评估特殊消防设计对设计进度、投资控制、技术整体合理性等各方面的影响，针对超大空间的特殊消防设计，要综合各专业、各专项设计的具体情况，制定一体化消防解决方案，既满足空间效果，又兼顾其他各方面技术需求，确保特殊消防设计的综合合理性和技术落地，在这方面设计总包模式显然更具优势。特殊消防设计流程如图 1 所示。

图1 特殊消防设计流程图

3 北京城市副中心图书馆的特殊消防设计

3.1 项目概述与空间设计特征

北京城市副中心图书馆，位于北京市通州区城市绿心森林公园内。项目作为北京市重点建设工程，受到国家和社会各界的广泛关注。项目由华东建筑设计研究院有限公司与挪威斯诺赫塔设计事务所联合体在国际方案征集中获胜，由诺赫塔设计事务所主导的方案创意获得各方好评。

设计创意着重绿色生态理念，建筑整体形态由银杏叶造型的大型金属屋面和巨型落地全玻璃折面幕墙组成，通透的玻璃幕墙把室外森林公园的绿化景观引入室内环境，金属屋面下方覆盖的是由两侧宏伟的“山体”围合而成的共享中庭，纤细而有力的银杏树干是金属屋面的竖向支撑，连绵的知识之山蔓延其中，“山坡”上是开放的书架和共享坐席，银杏叶屋顶下高大开阔的室内空间与室外自然生态环境融为一体，独具魅力的室内效果表达出山间林下读书的优美意境，这是方案立意的核心。同样，在随后的项目深化设计中继续贯彻生态节能的设计理念，项目在场地规划、立面设计、结构设计、节水设计、机电系统设计与景观设计等方面，均严格执行绿色节能设计，达到绿色建筑三星级标准。

3.2 消防设计难点与解决方案

图书馆体量较大，总平面呈 150 m2见方的正方形，屋面尺寸则达到 170 m2，平面中轴设置共享山谷，高大开阔的室内空间给人带来震撼的同时，超常规的空间尺度也给消防设计带来巨大的挑战。

3.2.1 消防设计问题

（1）首层共享山谷与三层开敞空间防火分区面积过大。按 GB 50016—2014《建筑设计防火规范》第 5.3.1 条规定，耐火等级为一级的多层民用建筑防火分区最大允许建筑面积为 5 000 m2。本项目的屋面之下的山谷与三层台阶需看作同一防火分区，总计约 18 600 m2，远超规范要求。

（2）首层共享山谷疏散距离过长。按 GB 50016—2014第 5.5.17 条规定，设置有自动喷水灭火系统的大空间疏散距离极限为 37.5 m。山谷平面南北进深为 150 m，选择平面中点计算也远超规范要求。

（3）部分楼梯在首层无法直通室外。受到建筑平面布局的限制，部分楼梯间位于中部，在首层无法直通室外，需提出消防加强措施保证人员的安全疏散。

3.2.2 解决方案与模拟分析

针对上述问题，设计采用了控制大空间边界防火等级、规定山谷两侧山体最小距离、采用不然或难燃材料、设置防火隔离带等基本方法。同时，用 FDS 分析软件进行了火灾场景设计，并针对不同区域进行了烟气蔓延数值模拟，验证了所采取的消防设计方案能够保证火灾场景危险来临时的安全疏散。另外，方案通过 STEPS（Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movement）软件，对紧急情况下的人员疏散状况进行了模拟。

特殊消防设计方案通过量化的分析手段，验证个场景人员疏散时间均小于火灾危险来临时间，能够达到保证人员生命安全和限制火灾大规模蔓延的射击目标。

通过火灾场景设计、烟气蔓延数值模拟、人员疏散安全性分析等方法，对整个项目的消防安全设计进行了计算，验证了特殊消防设计方案的可行性，既保证了原设计的空间设计理念，又满足消防安全的基本要求。消防设计方案确定后，在设计总包方的统筹协调下，各专业、各专项分工协作，确保特殊消防设计各项措施落实到位，为项目顺利推进提供了有力保障。

4 结 语

设计总包模式在功能复杂的大型公共建筑设计中得到更广泛的采纳，而此类建筑由于经常出现超大空间设计手法，不可避免要面对消防设计诸多方面的挑战，及时有效的解决超大空间消防设计问题，是完成设计总包工作目标的关键，同时，设计总包模式下技术总控的工作机制，也为设计师及时发现问题并提出针对性解决方案提供了方便。所以，在设计总包模式下，利用特殊消防设计解决超大空间消防难题更具优势，需要深入理解、熟练掌握。