王紀(jì)鋒

摘 要：大空間建筑物由于受建筑結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)其進(jìn)行物理防火分區(qū)存在困難。該文運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)模擬軟件FDS進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，模擬火場(chǎng)煙氣在場(chǎng)所內(nèi)的擴(kuò)散分布情況，提出了在建筑內(nèi)防排煙設(shè)施的設(shè)計(jì)建議。

關(guān)鍵詞：防火隔離帶 FDS 場(chǎng)模擬防排煙分區(qū)

中圖分類號(hào)：X924.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）05（b）-0023-02

防火隔離帶指的是在建筑空間內(nèi)，為阻止火災(zāi)大面積蔓延，在室內(nèi)根據(jù)有效間隔寬度來設(shè)置消防設(shè)施區(qū)域，確保在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，室內(nèi)的另外一側(cè)不會(huì)受起火點(diǎn)的火焰和高溫的煙氣的影響和危害。由于防火隔離帶能夠有效的阻止火災(zāi)蔓延，起到了保護(hù)人身財(cái)產(chǎn)安全的作用，進(jìn)而在城市消防規(guī)劃中，民用建筑外保溫系統(tǒng)中，草原森林中，均采用了這種措施。但是，大空間建筑大多是處于共享狀態(tài)，具有一定的特殊性，因而防火隔離措施的設(shè)計(jì)有較高的難度性。筆者利用fds工具，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的煙氣擴(kuò)散及溫度分布情況進(jìn)行了場(chǎng)數(shù)值模擬，建議將排煙設(shè)計(jì)融入到防火隔離帶中。

1 防火隔離帶的概念和特性

室內(nèi)防火隔離帶，指的是在建筑空間內(nèi)，為阻止火災(zāi)大面積蔓延，通過熱輻射模型計(jì)算確定，利用室內(nèi)空間的自身?xiàng)l件設(shè)置一定有效寬度的間隔區(qū)域，并在該區(qū)域設(shè)置可靠的消防設(shè)施，保證火災(zāi)時(shí)一側(cè)的火焰、煙氣不會(huì)輻射蔓延至另外一個(gè)區(qū)域。

室內(nèi)防火隔離帶能夠有效的阻隔火災(zāi)蔓延，其效果類似于防火卷簾、防火墻等物理分隔措施，但只是一種邏輯的防火隔離方法，而且有以下特殊性質(zhì)：（1）阻火可控性。設(shè)定的間隔距離可以有效地阻止火災(zāi)區(qū)域的熱輻射進(jìn)一步影響到隔壁的防火區(qū)域，并防止可燃物起火后造成火勢(shì)更加兇險(xiǎn)。（2）隔煙清晰性。該區(qū)域必須能夠有效阻擋煙氣的擴(kuò)散，空間必須始終保持高度清晰，以便人群的快速疏散和救援。（3）本體不燃性。在防火隔離帶禁止任何可燃物的存在。（4）空間整體性。隔離帶是由該區(qū)域上下整體形成的一個(gè)空間，同時(shí)可以有效結(jié)合該區(qū)域設(shè)置的消防設(shè)施對(duì)火災(zāi)進(jìn)行整體的阻隔和控制。

2 煙氣蔓延特性的數(shù)值模擬

現(xiàn)階段，室內(nèi)防火隔離帶的運(yùn)用是相當(dāng)廣泛的，尤其是大型購物中心，展示建筑，以及倉庫等空間高大建筑內(nèi)，這種類型的建筑都有建筑面積大、樓層高、區(qū)域功能統(tǒng)一、空間難以分段通常等特點(diǎn)。建筑樓層的高度均在6 m以上，有的高度甚至達(dá)到30 m。

建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在局部空間內(nèi)，可燃物的燃燒速率會(huì)劇增，四周的空氣將會(huì)被升騰起來的煙羽流不斷卷吸，質(zhì)量流逐漸增加，平均溫度和濃度也會(huì)隨之上升。當(dāng)煙氣受到建筑頂棚阻擋時(shí)，將朝頂棚下方四面擴(kuò)散開來（熱煙氣水平蔓延的速度可達(dá)1～2 m/s）；當(dāng)受到墻壁和上梁的阻擋后，便快速向下方轉(zhuǎn)移，在建筑空間的上方形成熱煙氣層，并且厚度逐漸增加，濃度和溫度也隨之不斷上升，進(jìn)而造成高溫度的熱輻射，其危害性不堪設(shè)想。如圖1所示。

一旦熱煙氣層的厚度超過擋煙垂壁，就會(huì)蔓延到相鄰的防煙分區(qū)。而對(duì)于樓層較高的建筑，如6～30 m，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，整個(gè)內(nèi)部上方空間都會(huì)被熱煙氣包圍，而且，熱煙氣具有較強(qiáng)的毒性和遮光性，對(duì)人體健康有極其嚴(yán)重的損害，也不利于人群的疏散和救援。由此可見，阻止火勢(shì)蔓延的關(guān)鍵在于，必須有有效的防煙、排煙的防護(hù)措施。

在燃燒過程中，煙氣和熱傳導(dǎo)通過數(shù)值方法求解Navier-Stokes方程來進(jìn)行分析，得出FDS偏微分方程組解的核心算法是一種顯式的預(yù)測(cè)-糾錯(cuò)方法，時(shí)間和空間的精度為二階，計(jì)算中渦流處理方式采用大渦流模擬，對(duì)于計(jì)算和處理火災(zāi)煙氣流場(chǎng)的精度較高。

筆者將建筑物內(nèi)部的熱輻射和煙氣流動(dòng)狀況通過火災(zāi)模擬軟件FDS 5_6_3進(jìn)行了仿真模擬，邊界的環(huán)境設(shè)置如下條件：建筑物凈高10 m；環(huán)境溫度23 ℃，風(fēng)速0/s，火災(zāi)規(guī)模20 MW。計(jì)算結(jié)果分析顯示出的模擬情況如圖1、圖2所示。計(jì)算結(jié)果說明，當(dāng)t=250 s時(shí)，因頂棚的阻擋，火焰中心上方射流而形成熱煙氣層，其厚度約為3 m，溫度分布情況如圖2所示。

3 防煙排煙設(shè)計(jì)

為了阻止火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣的蔓延，在設(shè)置區(qū)域防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)該將條件最惡劣的情況下的防煙、排煙的設(shè)計(jì)作為最重要的任務(wù)，落到實(shí)處。也就是，在建筑內(nèi)部某個(gè)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，如果該區(qū)域的排煙設(shè)施、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)均處于不工作狀態(tài)，但仍然能夠阻止煙氣通過室內(nèi)防火隔離帶從起火區(qū)域向隔壁區(qū)域蔓延，這就要求防火隔離帶的防煙、排煙設(shè)施獨(dú)自擁有一個(gè)阻止系統(tǒng)，與其他區(qū)域互不作用和干擾，以控制受到火災(zāi)區(qū)域的影響，導(dǎo)致其他區(qū)域防排、煙設(shè)施的失效。

（1）防煙設(shè)計(jì)。為了有效阻止煙氣的蔓延和人群的安全疏散，應(yīng)該在防火隔離帶兩側(cè)與相鄰區(qū)域交界的地方設(shè)置擋煙垂壁，擋煙垂壁的設(shè)置必須要滿足疏散時(shí)所需要的清晰高度，最小清晰高度可由公式（1）計(jì)算得出結(jié)果：

Hq=1.6+0.1H （1）

其中，H為排煙空間的建筑凈高度，Hq為最小清晰高度。

擋煙垂壁的設(shè)置高度L應(yīng)≥（H～Hq）。應(yīng)該選用不燃燒的材料對(duì)穿越防火隔離帶的洞口進(jìn)行封堵，更在通風(fēng)管道穿越處應(yīng)該設(shè)置自動(dòng)關(guān)閉的防煙防火閘門進(jìn)行隔斷。

（2）排煙設(shè)計(jì)。排煙的設(shè)計(jì)具有自然排煙和機(jī)械排煙，兩者的排煙效果各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，自然排煙，成本低、操作簡(jiǎn)單、但是排煙效果在很大程度上受到風(fēng)力風(fēng)向等多種外界因素的影響，具有一定的不可控性。機(jī)械排煙，成本較高，雖然排煙效果佳，但是由于需要控制的環(huán)節(jié)眾多，不利于管理，從而失效的風(fēng)險(xiǎn)偏高。如果是在首層、地下一層或者單層建筑內(nèi)設(shè)置室內(nèi)防火隔離帶，可以安裝可開啟采光天窗或采光天棚，并且在火災(zāi)發(fā)生時(shí)或故障維修狀況下自動(dòng)開啟來進(jìn)行自然排煙，高效集合了采光、排煙以及隔離各大功能。如果某些建筑內(nèi)部不具備自然排煙的條件，那么就必須采用機(jī)械排煙設(shè)施來設(shè)置室內(nèi)防火隔離帶，進(jìn)而在發(fā)生火災(zāi)時(shí)完成排煙工作。值得注意的是，如果一個(gè)建筑內(nèi)部同時(shí)設(shè)置了自然排煙和機(jī)械排煙時(shí)，根據(jù)不同樓層結(jié)構(gòu)以及排煙流量所需要的空間，應(yīng)該將其中一種設(shè)定為主要排煙設(shè)施，另一種則起到輔助和急救的作用即可，這樣做是為了確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)有效進(jìn)行排煙，從而為人群的疏散和救援提供充足的有利條件。

4 結(jié)語

綜上所述，室內(nèi)防火隔離帶排煙設(shè)施在火災(zāi)發(fā)生時(shí)所起到的決定性作用，尤其是設(shè)計(jì)要點(diǎn)上，不容疏忽。隨著城市的發(fā)展，展覽建筑、大型購物中心，如商城和超市，以及倉庫等高大空間建筑的建造需求也越來越廣泛，因此室內(nèi)防火隔離帶排煙設(shè)施的設(shè)計(jì)問題將會(huì)更加頻繁出現(xiàn)。比如，可以嘗試運(yùn)用防火隔離帶的措施來規(guī)劃防火分區(qū)。但是，因?yàn)楦叽罂臻g建筑內(nèi)部放置的物品的眾多以及計(jì)算機(jī)進(jìn)行火災(zāi)模擬時(shí)也會(huì)存在一些細(xì)微的偏差，所以不確定因素比較多，難以嚴(yán)控。這種室內(nèi)防火隔離帶排煙設(shè)施的設(shè)計(jì)和防火分區(qū)的劃分方法是否科學(xué)合理、行之有效，還需要實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善。

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