對內部設步行街場所排煙方案優化的探究 / 朱安強

摘要：建筑內步行街是目前大型綜合體大多采用的建筑形式，此類建筑的煙氣控制方案一直是性能化防火設計的重要組成部分。文章以性能化的設計理念，通過數值模擬的方法，以某工程為例，對其煙氣控制方案進行了研究并得出相關結論。文章假設火災環境下，探究在采用機械排煙的前提下，優化中庭和回廊的排煙效果。

關鍵詞：消防;建筑內步行街;數值模擬;排煙

隨著體驗式商業的不斷發展，室內綜合體建筑在我國各城市中不斷涌現，這類建筑大多采用建筑內步行街形式建造，有效的煙氣控制方案是降低此類建筑火災危險性的重要措施之一。本文將以某工程為例，對建筑內步行街的煙氣控制方案進行研究。

1? 工程概況

某一大型綜合體，地上的面積是328597m2，地下的面積是186892m2。建筑內步行街每一層的面積如表1所示。

1.1? 火災場景設計

1.1.1? 火源位置

建筑內步行街內的中庭由于占地面積較大，常常作為展銷區域，甚至演出場地，可燃物集中，人員密集。本著假想最不利點的原則，假設起火點是在最大中庭的首層中央處，在此基礎上探究建筑內步行街的煙氣優化控制方案。

1.1.2? 火災規模

大型商業綜合體的建筑內步行街內的中庭等空間常常被用于商品展示、節日促銷活動等而被臨時布置小型展臺以及其他可燃物。因此把建筑內步行街的火災評定成t2快速火，依據火災的增長系數=0.04689kW/s2，將火源規模設定為8MW。

1.2? 模型建立

文章依據實際工程的設計情況，為使模擬更具真實性，建立與該項目建筑內步行街的尺寸比例為1∶1的計算模型。在保證結果精度的前提下，為了方便建模，本文將采用網格劃分方法，將火源附近按照0.1×0.1×0.1m劃分，其他區域按照0.5×0.5×0.5m劃分。

模擬計算時采用的主要參數設置為：模擬時間為1800s;火災規模為8MW。

采取自然方法排煙時，自然排煙窗為頂部開窗，沿步行街東西走向均勻布置在建筑內步行街的頂棚，采用自然補風方式進行補風。

采取機械方法排煙時，沿步行街東西走向頂部均勻設置排煙口。當風速為6m/s時，最大的距離小于30m，到安全出口之間大于5m。

2? 自然排煙方案研究

2.1? 方案設計

針對該項目建筑內步行街的自然排煙口有效面積的設計進行討論，分析不同方案中煙氣流動情況。具體的自然排煙口有效面積設計如表2所示。

2.2? 數值模擬及分析

2.2.1? 模擬結果

（1）1800s時，各工況下的煙氣流動如圖1所示。

（2）1800s時，各工況下的溫度分布如圖2所示。

2.2.2? 結果分析

（1）根據煙氣蔓延情況，在設定的火災場景中，隨著自然排煙口有效面積的增大，煙氣層高度不斷升高。當自然排煙口有效面積達到地面面積2%時，在半小時內，煙氣層沉降至地上三層，當自然排煙口的面積占地面面積的10%以上時，煙氣往往只會在頂層積聚。

（2）根據各頂層溫度的分布來看，在假設的火災模擬情景中，隨著自然排煙口有效面積的增大，建筑內步行街受煙氣影響的范圍不斷減小，頂層回廊內距回廊地面2m處的平面上，溫度有較高浮動的范圍不斷縮小。當自然排煙口有效面積占地面面積比例達到10%以上時，頂層回廊距地面2m處時，溫度有較大升高的范圍基本可控制在發生火災的中庭附近。

（3）該建筑內步行街空間體量巨大，具有良好的蓄煙能力，根據煙氣蔓延及頂層回廊溫度的分布情況，當自然排煙口有效面積設計為占地面面積10%時，排煙效果較2%、5%的工況有了大幅度提升，當自然排煙口的面積增大至地面面積的15%、20%時，排煙的效果逐漸增強。因此，在設定的火災場景中，自然排煙口有效面積占地面面積10%以上時，可保障建筑內步行街人員安全疏散的同時，縮小煙氣蔓延范圍。

3? 機械排煙方案研究

3.1? 方案設計

3.1.1? 方案一

中庭回廊之間未設置擋煙垂壁，為同一防煙分區，按照換氣次數法，換氣次數取4次，體積取中庭回廊整體體積進行計算，當排煙量達到524616m3/h時，那么機械排煙口就要均勻分布在建筑內步行街頂部。

3.1.2? 方案二

中庭回廊之間未設置擋煙垂壁，為同一防煙分區，按照換氣次數法，換氣次數取5次，體積取中庭回廊整體體積進行計算，當排煙的總量達到655770m3/h時，那么機械排煙口就要均勻分布在建筑內步行街頂部。

3.1.3? 方案三

中庭回廊之間未設置擋煙垂壁，為同一防煙分區，按照換氣次數法，換氣次數取6次，體積取中庭回廊整體體積進行計算，當排煙總量達到786924m3/h時，那么同樣排煙口也要均勻分布在建筑內步行街頂部。

3.1.4? 方案四

根據NFPA92提供的軸對稱羽流公式[4]，得出假設的火災場景中排煙總量為535320m3/h。采用防煙設施，劃分為四個煙控區域，每個煙控區域取排煙量計算值的1/2，是267660m3/h。當其中一個煙控區域受到火災威脅時，則該煙控區域排煙系統打開。

3.1.5? 方案五

采用體積換氣次數法來測算中庭的排煙總量，當運用機械排煙系統時，它的抽排量為135296m3/h;如果使用垂壁把每一層回廊沿走向分隔為4個煙控區域，每個煙控區域按面積再計算排煙量，取60m3/m2·h計算。

3.2? 數值模擬及分析

3.2.1? 模擬結果

（1）30min時，根據數值模擬得出的頂層煙氣的分布情況如圖3。

（2）30min時，根據數值模擬得出的頂層溫度分布情況如圖4。

3.2.2? 結果分析

（1）當采用換氣次數法計算機械排煙量，根據模擬情況可知，該建筑內步行街在設定的火災場景中，頂層回廊溫度均保持在50℃以下。當排煙量達到6次/h時，排煙的量設計數值相對較大，就能及時排出熱煙氣，溫度較高的區域被控制在著火中庭附近的頂層回廊內，受高溫影響范圍與方案一、方案二相比，較小。

（2）運用NFPA92推薦的羽流軸對稱公式測算該火災場景中的機械排煙情況，結論與采用4次/h的換氣法測算數值基本相同。將該建筑內步行街設定為四個煙控區域，每個區域取計算排煙量的1/2。根據模擬測算結果看出，頂層回廊受煙氣影響較大，煙氣沉降至地上二層。相比之下，其他方案效果要優于方案四的效果。

（3）根據模擬結果，采用中庭和各層回廊分別設置機械排煙系統的方案對建筑內步行街具有很好的保護效果，頂層溫度有較大幅動的部位被控制在著火中庭附近的首層回廊，煙氣層被控制在頂層，地上一至三層未受到煙氣的嚴重威脅。此外，對各層回廊劃分煙控分區，根據火災煙氣蔓延情況開啟各分區的機械排煙系統，對控制煙氣擴散范圍具有很好的效果。

4? 結論與展望

本文在文獻調研、工程案例分析的基礎上，對建筑內步行街建筑的煙氣控制方案分別進行自然排煙和機械排煙的研究，得出主要結論如下：

4.1? 通過模擬某建筑內步行街自身排煙系統排煙

根據模擬結果，在典型火災場景中，該建筑內步行街自然排煙口有效面積占地面面積比例設置為10%以上時，可將室內煙氣蔓延控制在一定范圍的前提下為及時疏散人員贏得時間。

4.2? 以某建筑內步行街為例，對廣泛應用的幾種機械排煙方案進行模擬研究

結果表明，運用集中排煙的方案時，排煙的量以6次/h的換氣頻次來測算，效果最佳;當中庭、回廊兩部分單獨設置機械排煙系統時，排煙效果與中庭回廊整體按換氣次數6次/h設計機械排煙量的方案效果基本一致。兩種方案都能在將室內煙氣蔓延控制在一定范圍的前提下為及時疏散人員提供保證。此外，對建筑內步行街劃分煙控分區有利于控制煙氣蔓延范圍，對于保證人員安全疏散有積極作用。

參考文獻：

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[2]黃益良，路世昌.基于“亞安全區”理念的大型商業室內步行街中庭排煙設計研究[A].2011中國消防協會科學技術年會論文集[C].中國消防協會、山東省公安消防總隊：中國消防協會，2011：456-460.

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[5]張鑫.步行街建筑自然排煙的研究[J].武警學院學報，2019，35（10）：14-18.

Research on the optimization of smoke

exhaust scheme in internal pedestrian street

Zhu Anqiang

Chongming District Fire and Rescue Brigade of Shanghai

Abstract：Pedestrian streets in buildings are currently the most widely adopted architectural form in large-scale complexes. The smoke control scheme of such buildings has always been an important part of performance-based fire protection design. Based on the performance-oriented design idea， this paper takes a project as an example to study its flue gas control scheme through numerical simulation， and draws relevant conclusions. This paper assumes a fire environment and explores the optimization of the atrium and corridor smoke exhaust effects in the case of mechanical smoke exhaust.

Keywords：fire protection;pedestrian streets in buildings;numerical

simulation;smoke exhaust