地下綜合體建筑火災中的煙氣擴散模擬試驗研究

劉承東　張舉兵　魏立新　隋軍　牟在根

摘 要：該論文以廣州麓湖地下空間結構為背景，制作了地下綜合體在火災中的煙氣擴散的有機玻璃模型，并根據項目設計的風機布置方案進行了火災條件下煙霧擴散過程的模擬試驗，得出了在部分區域發生火災時煙霧擴散過程的定量化模擬結果，可為今后實際工程深化設計中的消防排煙方案設計提供參考依據。

關鍵詞：地下綜合體 模擬試驗 麓湖地下空間

中圖分類號：TU984111 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0037-02

隨著社會經濟的不斷發展，我國城市規模越來越大，用地緊張、大中城市的市內交通擁堵、人文歷史景觀保護與城市發展矛盾十分突出，所以多種不同功能的建筑空間組合成了建筑綜合體，當城市綜合體隨著城市的立體化再開發而伴生于城市地下空間中，就形成城市地下綜合體，當城市中若干個地下綜合體通過地下鐵道或地下步行系統聯系在一起時，就會形成規模更龐大的綜合體群。從近幾十年來城市地下空間利用的大量實踐可以看出，開發和利用地下空間對于緩解城市發展中的各種矛盾，起到了非常積極的作用。在改善城市交通，節省城市用地，提高環境質量，加強城市抗災能力，方便居民生活，改善居住條件，保存城市傳統風貌等方面的作用十分明顯，因此城市地下綜合體相關的研究具有很重要的現實意義。

1 工程概況簡介

作為麓湖地下空間項目建設的出發點，因白云山南門區域改造項目地處廣州中心城區北部主要東西向主干路廣園路與橫枝崗路、麓湖路的相交節點，是連接內環路、東濠涌高架等干道的交通樞紐。其中，廣園路作為廣州北部的主干道，是規劃部門最為關注的問題。規劃方案希望通過下沉約600 m八車道的車行隧道以解決廣園路的直行車流，同時通過連接地下空間的匝道實現與地面道路特定方向的交通轉換。橫枝崗路、云山南路與廣園路、白云山南門各方向均有互通專用通道。因此，麓湖地下空間項目同時兼顧著交通樞紐和換乘樞紐的兩大功能。

麓湖地下空間項目最關鍵的要點是將對廣園路部分路段進行下沉，在白云山南門開發集下沉式廣園路、地鐵、公交樞紐、800個停車位的立體地下空間。本項目研究即以規劃建設的麓湖地下空間項目為代表，通過模型試驗進行城市地下綜合體在火災中的煙氣擴散規律的研究。麓湖地下空間項目規劃平面圖見圖1。

2 模型試驗設計

麓湖地下空間的平面規模非常之大，但其豎向尺寸僅為地下2層，約9 m。根據模型試驗的可操作性原則，模型設計時將平面尺寸縮小為實際對象的1/75，而豎向尺寸則縮小為實際對象的1/30，使每層的高度保持在150 mm，以利于安放發煙劑。另外，由于麓湖地下空間在廣園中路南北兩側的部分具有近似的交通組織和通風方式，且受廣園中路的分隔而具有相對獨立性，因此模型設計中僅考慮了廣園中路以南的部分，其有機玻璃模型及發煙劑安裝圖見圖2。

由于廣園中路以北規劃的公交首末站及地鐵站與廣園中路以南的商業餐飲及停車場地塊相對獨立，從消防設計上可以分開對待，因此本研究僅以廣園中路以南的商業餐飲及停車場用地為對象展開研究。考慮到模型試驗的規模，模型在平面尺寸上縮尺比例為1：75，而在立面尺寸上縮尺比例控制為1：30，這樣可以保證發煙劑安裝的效果。

3 模型試驗結果與分析

1ⅦB分區在整個麓湖地下空間原型結構中，處于廣園中路以南部分的地下二層，試驗模擬機動車自燃火災產生的煙氣擴散過程。本試驗中采用PM2.5與PM10檢測儀監測煙霧顆粒物濃度變化，檢測儀位置布置于商業區的出口附近，以評估火災煙霧對人員逃生的影響。點火后煙霧擴散范圍隨時間變化趨勢圖見圖3。

從試驗過程來看，發煙劑引燃后20 s，煙霧充滿停車場大部分區域，啟動風扇1、2、3、4進行排風，其中2、3兩處風向朝向出口，起火位置煙霧濃度在45 s后達到最大值，后逐漸減小。整個擴散過程中少量煙霧進入商業區大廳和管理配電用房所在區域，基本沒有侵入東部、西部環形車道及廣園中路隧道。表明采用的排煙方案是合理的，可以最大限度地減輕對地下空間其余區域的影響。

從圖4 1VIIB分區，PM10與PM2.5濃度變化曲線可以看出，商業區大廳出入口附近顆粒物濃度在起火2 min后達到峰值，PM10與PM2.5分別達到0.368和0.178 mg/m3。而且其他的試驗工況也得到類似試驗結果。

通過本模型試驗，研究了麓湖地下空間結構在部分火災場景條件下煙氣的擴散范圍和擴散過程，獲得了不同分區起火后煙氣流動蔓延的規律，可為實際工程火災防控設計提供參考。本試驗結果表明，在當前的火災防排煙設備布置與運行邏輯條件下，可以基本保證煙氣不會大量擴散到鄰近區域，可為人員逃生與火災的撲救提供保證。但限于試驗條件，尚不能確定各區域的疏散樓梯間在火災通風條件下能否保持正壓。

《建筑設計防火規范》要求地下商場每個防火分區的建筑面積不能超過 2000 m2；設置了自動噴淋系統時也不得超過4000 m2，在麓湖地下空間項目中，部分區域的面積超過了上述限值，但從模擬火災工況下煙氣擴散的效果來看，各分區火災條件下，煙氣基本被控制在相應范圍，尚未對鄰近分區產生較大影響。

4 結語

（1）在麓湖地下空間的模型試驗中，模擬了不同的火災原因所產生的煙氣擴散過程，并采用PM2.5與PM10檢測儀監測煙霧顆粒物濃度變化，以評估火災煙霧對人員逃生的影響。本項目通過不同分區的火災位置以及不同的排風方案，使整個煙霧擴散過程中少量煙霧進入商業區大廳和管理配電用房所在區域，而且基本沒有侵入東部、西部環形車道及廣園中路隧道，從而表明所采用的排煙方案是合理的，而且可以最大限度地減輕對地下空間其余區域的影響。

（2）在城市地下綜合體建筑火災模擬試驗方面，本項目通過大量的試錯研究，成功研發了一種模擬火災煙霧擴散過程的發煙劑，可用于同類目試驗。發煙劑以氯酸鉀和蔗糖為反應試劑，采用加熱電路引燃，產生穩定、均勻的淡黃色煙霧，可以模擬火災時煙霧的產生過程，可以為今后的類似的試驗提供參考。

（3）本項目研究中設計和制作了麓湖地下空間結構的有機玻璃模型，并根據項目設計的風機布置方案進行了火災條件下煙霧擴散過程的模擬試驗，得出了在部分區域發生火災時煙霧擴散過程的定量化模擬結果，可為今后實際工程深化設計中的消防排煙方案設計提供參考依據。

參考文獻

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