建筑消防工程防排煙設(shè)計(jì)與施工探究

摘要：防排煙系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑消防工程中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量直接關(guān)系到火災(zāi)發(fā)生時(shí)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。深入探討建筑消防工程中防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與施工重點(diǎn)，并結(jié)合具體建筑案例，對(duì)防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行分析，旨在為建筑消防工程防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工提供參考，提升系統(tǒng)效能與可靠性，保障建筑消防安全。

關(guān)鍵詞：建筑消防；防排煙系統(tǒng)；施工技術(shù)；水力計(jì)算；聯(lián)動(dòng)控制；風(fēng)管制作

當(dāng)前，高層、超高層建筑及大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)日益增多，建筑內(nèi)部火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及危害性也隨之增大。GB50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等，對(duì)防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收提出了明確要求。本文通過系統(tǒng)梳理和分析建筑消防工程防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工重點(diǎn)，旨在提高防排煙系統(tǒng)的整體質(zhì)量和可靠性[1]。

1 建筑消防工程防排煙設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1" 預(yù)制風(fēng)管

預(yù)制風(fēng)管憑借工廠化生產(chǎn)帶來的質(zhì)量穩(wěn)定性與現(xiàn)場快速裝配的效率優(yōu)勢，在防排煙工程中的應(yīng)用日益廣泛。其核心技術(shù)在于選用符合設(shè)計(jì)耐火極限要求的材料與結(jié)構(gòu)，通常需由國家認(rèn)可的檢測機(jī)構(gòu)依據(jù)GB/T17428—2009《通風(fēng)管道耐火試驗(yàn)方法》進(jìn)行嚴(yán)格測試，確保其耐火極限至少達(dá)到1.0h。連接節(jié)點(diǎn)的密封性能至關(guān)重要，常采用專用耐高溫密封材料并優(yōu)化法蘭連接方式，確保系統(tǒng)漏風(fēng)量滿足《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。配套的支撐體系也必須具備相應(yīng)的耐火能力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。實(shí)踐中，采用預(yù)制風(fēng)管能有效縮短高層建筑或復(fù)雜項(xiàng)目的施工周期，提升系統(tǒng)整體的氣密性與防火可靠性，是保障防排煙效能的技術(shù)手段[2]。

1.2" 風(fēng)管（道）系統(tǒng)布局與水力計(jì)算

防排煙風(fēng)管系統(tǒng)的布局會(huì)直接影響系統(tǒng)的效能與經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循最短路徑原則，優(yōu)化彎頭、三通等管件的形式，以降低局部阻力系數(shù)ζ值。

精確的水力計(jì)算是保障設(shè)計(jì)流量和壓力達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)，需采用等壓損法或靜壓復(fù)得法進(jìn)行管徑選型和壓力平衡校核。在計(jì)算過程中，需準(zhǔn)確計(jì)入管壁絕對(duì)粗糙度k值、空氣密度修正以及沿程與局部壓力損失。目標(biāo)是確保系統(tǒng)總阻力計(jì)算準(zhǔn)確，并使最不利環(huán)路末端風(fēng)口的風(fēng)量偏差控制在規(guī)范允許的±10%范圍內(nèi)。

1.3" 氣流組織與風(fēng)速控制

有效的氣流組織是防排煙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控?zé)煛⒈Ｕ鲜枭⑼ǖ腊踩暮诵募夹g(shù)。防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需合理布置排煙口的位置，確保火災(zāi)煙氣能夠被高效捕獲并及時(shí)排出。通常情況下，排煙口處的風(fēng)速應(yīng)控制在10m/s以下，以防煙氣擾動(dòng)過大。加壓送風(fēng)系統(tǒng)則需在樓梯間、前室等關(guān)鍵區(qū)域建立穩(wěn)定正壓梯度，滿足防煙樓梯間與走道間40～50Pa、前室與走道間25～30Pa的壓差要求，從而有效阻止煙氣侵入。此外，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范限值進(jìn)行控制，主風(fēng)管的風(fēng)速通常不宜超過15m/s，支風(fēng)管的風(fēng)速不宜超過11m/s，以降低系統(tǒng)噪聲及阻力損失[3]。

1.4" 防排煙風(fēng)機(jī)選型與設(shè)置

防排煙風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)需基于精確的水力計(jì)算結(jié)果確定。選型時(shí)，應(yīng)在計(jì)算風(fēng)量Q和全壓P的基礎(chǔ)上，附加不小于10%的安全裕量。排煙風(fēng)機(jī)必須通過國家消防產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證，確保在280℃高溫條件下能可靠連續(xù)運(yùn)行至少30min。宜選用性能曲線隨流量變化率大（即陡峭）、高效區(qū)寬廣的消防專用離心風(fēng)機(jī)或軸流風(fēng)機(jī)，以適應(yīng)火災(zāi)時(shí)系統(tǒng)阻力變化。風(fēng)機(jī)設(shè)置應(yīng)便于檢修，并采取消聲隔振措施，如設(shè)置彈簧或橡膠隔振器。排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置在排煙系統(tǒng)的末端，其進(jìn)出口處應(yīng)預(yù)留足夠的直管段長度，通常不小于2倍的葉輪直徑，以保證氣流穩(wěn)定[4]。

1.5" 系統(tǒng)控制與聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

防排煙系統(tǒng)的可靠運(yùn)行依賴于精確可靠、響應(yīng)迅速的控制與聯(lián)動(dòng)邏輯。系統(tǒng)應(yīng)能接收火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)FAS發(fā)出的聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，通過消防接口模塊或輸入輸出模塊，精確驅(qū)動(dòng)相應(yīng)防煙分區(qū)的排煙閥、加壓送風(fēng)口等末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。聯(lián)動(dòng)程序設(shè)計(jì)需嚴(yán)謹(jǐn)，確保火災(zāi)確認(rèn)后，相關(guān)閥門開啟并與風(fēng)機(jī)啟動(dòng)同步，并強(qiáng)制切斷影響區(qū)域內(nèi)的非消防電源及平時(shí)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

2 建筑消防工程防排煙施工重點(diǎn)

2.1" 風(fēng)管制作與安裝

防排煙風(fēng)管的制作與安裝是確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與氣密性的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。風(fēng)管板材厚度須嚴(yán)格遵循GB50243—2016

《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》。對(duì)于矩形風(fēng)管，當(dāng)長邊尺寸大于630mm時(shí)，為保證風(fēng)管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，必須采取角鋼或加強(qiáng)筋等加固措施，加固間距不大于1250mm。采用共板法蘭連接時(shí)，需確保法蘭面平整，連接螺栓間距不大于150mm，并選用耐高溫阻燃密封墊片。預(yù)制耐火風(fēng)管的安裝應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)文件要求，尤其要確保接口處的密封處理與結(jié)構(gòu)支撐的耐火等級(jí)相匹配。安裝過程中，風(fēng)管支吊架間距需根據(jù)風(fēng)管規(guī)格精確設(shè)定，水平風(fēng)管支吊架間距通常不超過4m，立管支吊架間距不超過4m，且每層不少于1個(gè)固定點(diǎn)，并考慮抗震支撐的設(shè)置。

2.2" 設(shè)備安裝與調(diào)試

防排煙設(shè)備的安裝精度與調(diào)試效果會(huì)直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，安裝時(shí)需使用專業(yè)工具精確找平找正，水平度偏差不大于1mm/m。風(fēng)機(jī)與風(fēng)管連接處必須采用耐高溫柔性接頭，并確保連接自然，無強(qiáng)迫對(duì)中。隔振元件的選擇與安裝需符合設(shè)計(jì)要求，確保隔振效率達(dá)85%以上。排煙防火閥、送風(fēng)閥等閥門安裝方向必須正確無誤，執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)應(yīng)預(yù)留不小于350mm的操作與檢修空間。設(shè)備接線應(yīng)遵循電氣規(guī)范要求，接地可靠，動(dòng)力線與控制線分開敷設(shè)。單機(jī)調(diào)試階段，需確認(rèn)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)方向，測試啟動(dòng)電流和運(yùn)行電流，確保不超過電機(jī)額定值，并檢查運(yùn)行平穩(wěn)性，將振動(dòng)速度有效值控制在4.5mm/s以內(nèi)。閥門的手動(dòng)、電動(dòng)及聯(lián)動(dòng)開啟/關(guān)閉動(dòng)作應(yīng)靈活可靠，信號(hào)反饋準(zhǔn)確無誤。

2.3" 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)測試與驗(yàn)收

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)測試與驗(yàn)收是驗(yàn)證防排煙系統(tǒng)整體功能和性能的關(guān)鍵步驟，必須嚴(yán)格依據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。在測試前，應(yīng)編制詳細(xì)的聯(lián)動(dòng)測試方案。該方案應(yīng)模擬不同火災(zāi)場景，覆蓋所有防煙分區(qū)。測試內(nèi)容包括：當(dāng)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)觸發(fā)后，需核驗(yàn)對(duì)應(yīng)防煙分區(qū)的排煙閥/口或加壓送風(fēng)閥/口能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)動(dòng)作、相應(yīng)風(fēng)機(jī)能否按邏輯啟動(dòng)、非相關(guān)區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能否可靠切斷。關(guān)鍵性能參數(shù)的實(shí)測是確保系統(tǒng)性能達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵，包括使用校準(zhǔn)的儀器測量最不利點(diǎn)排煙口風(fēng)量、送風(fēng)口風(fēng)速以及樓梯間與前室的靜壓差值，確保壓力值維持在25～50Pa的規(guī)定范圍內(nèi)。

2.4" 自然排煙設(shè)施施工

自然排煙可開啟外窗或排煙窗，安裝應(yīng)保證開啟過程順暢，無卡滯現(xiàn)象，且有效排煙面積需達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算值，通常為可開啟窗扇的幾何面積乘以開啟角度系數(shù)。聯(lián)動(dòng)開啟裝置的安裝應(yīng)牢固可靠，其與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，通常不大于60s。手動(dòng)開啟裝置的安裝位置應(yīng)便于人員操作，高度控制在距地面1.3～1.5m之間。排煙豎井的內(nèi)壁應(yīng)采用A級(jí)不燃材料砌筑或澆筑，且內(nèi)表面必須平整光滑，粗糙度系數(shù)不宜大于0.014，以減小氣流阻力。豎井頂部的防雨、防風(fēng)百葉或擋板的設(shè)置應(yīng)科學(xué)合理，確保有效排煙、防止雨雪倒灌。

2.5" 施工過程中的協(xié)調(diào)與成品保護(hù)

防排煙系統(tǒng)施工涉及多專業(yè)交叉作業(yè)，有效的協(xié)調(diào)與成品保護(hù)是保證工程質(zhì)量和進(jìn)度的重要措施。施工前，應(yīng)借助深化設(shè)計(jì)或BIM模型進(jìn)行管線綜合排布，解決空間沖突，優(yōu)化路徑。施工過程中，應(yīng)強(qiáng)化與土建、結(jié)構(gòu)、電氣等專業(yè)的溝通協(xié)調(diào)，明確接口責(zé)任，合理安排施工順序，避免相互干擾和返工。對(duì)于已安裝完成的風(fēng)管和設(shè)備，必須采取嚴(yán)格的成品保護(hù)措施。風(fēng)管的敞口處應(yīng)使用塑料薄膜或?qū)Ｓ蒙w板臨時(shí)封堵，防止灰塵、雜物進(jìn)入；設(shè)備表面應(yīng)覆蓋保護(hù)膜，防止碰傷、污染。在吊頂封板、墻體砌筑等后續(xù)工序施工時(shí)，應(yīng)對(duì)風(fēng)口、閥門等外露部件進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，防止損壞或堵塞。

3 案例分析

3.1" 建筑概況

某超高層綜合體建筑高度220m，地上45層、地下4層，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積約2500m2，主要功能涵蓋甲級(jí)寫字樓與高端酒店，核心筒采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。地下空間包含3層停車場、設(shè)備用房及商業(yè)用房。鑒于該建筑具有高度高、人員密度大、功能復(fù)雜等特點(diǎn)，經(jīng)分區(qū)核算，其火災(zāi)荷載密度整體偏高，屬于消防安全重點(diǎn)單位。在消防設(shè)計(jì)中，防煙樓梯間及其獨(dú)立前室的設(shè)置是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的是保障豎向疏散通道的絕對(duì)安全，這就對(duì)防排煙系統(tǒng)的性能與可靠性提出了極高的要求。

3.2" 防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對(duì)該建筑的特性，防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循技術(shù)規(guī)范。地上內(nèi)走道排煙量=該走道所屬防煙分區(qū)的面積×q，其中q為排煙量，≥60m3/（h·m2），無窗房間及中庭等按體積換氣次數(shù)n或最小排煙量確定。地下車庫排煙量按≥6次/h計(jì)算，且單系統(tǒng)排煙量≥15000m3/h。系統(tǒng)采用耐火極限≥1.5h的獨(dú)立豎向排煙風(fēng)道，排煙風(fēng)機(jī)選用能在280℃條件下可靠運(yùn)行且持續(xù)時(shí)間≥30min的高溫消防風(fēng)機(jī)，并設(shè)置于屋頂。同時(shí)，為確保排煙效果，精確計(jì)算并設(shè)置機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，補(bǔ)風(fēng)量≥0.5×排煙量，以維持火場壓力平衡。

3.3" 防煙分區(qū)的劃分

為有效控制煙氣水平蔓延，合理劃分防煙分區(qū)至關(guān)重要。對(duì)于地上走道，應(yīng)采用耐火極限≥0.5h、擋煙垂壁有效高度≥500mm的固定式或活動(dòng)式擋煙垂壁分隔，并確保單個(gè)防煙分區(qū)的面積≤500m2，且長度≤60m。在辦公、酒店內(nèi)的大空間區(qū)域，可根據(jù)防火分區(qū)或結(jié)構(gòu)梁的位置劃分，單個(gè)防煙分區(qū)的面積≤1000m2。地下車庫的單個(gè)防煙分區(qū)面積≤2000m2，并采用有效高度≥500mm的擋煙垂壁分隔。所有防煙分區(qū)均不得跨越防火分區(qū)，同時(shí)，排煙口的布置應(yīng)保證防煙分區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)至最近排煙口的水平距離≤30m。

3.4" 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析

為提升系統(tǒng)性能，可運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)，對(duì)中庭等復(fù)雜空間進(jìn)行分析。通過該技術(shù)，可以呈現(xiàn)煙氣流場和溫度場的具體情況，進(jìn)而優(yōu)化排煙口與補(bǔ)風(fēng)口的布局，確保火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙層高度保持在滿足安全疏散要求的高度之上。同時(shí)，需探討平戰(zhàn)結(jié)合系統(tǒng)。通過采用高可靠性的電動(dòng)雙位風(fēng)閥并建立嚴(yán)密的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與排煙/補(bǔ)風(fēng)模式之間的快速切換。此外，引入基于多傳感器信息融合的智能控制策略，縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

3.5" 施工實(shí)施要點(diǎn)

防排煙施工重點(diǎn)關(guān)注：預(yù)制耐火風(fēng)管BIM深化、塔吊垂直運(yùn)輸及接口密封，確保耐火氣密性；大型風(fēng)機(jī)精確安裝并采用高效減隔振措施，嚴(yán)控振動(dòng)噪聲；復(fù)雜系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試需多方協(xié)同，模擬火災(zāi)全面測試閥門風(fēng)機(jī)、系統(tǒng)切換與壓力，確保功能可靠；嚴(yán)格材料進(jìn)場檢驗(yàn)與成品保護(hù)，BIM技術(shù)輔助碰撞檢查、進(jìn)度模擬與交底，保障施工質(zhì)量與效率。

4 結(jié)束語

在建筑消防工程領(lǐng)域，防排煙系統(tǒng)是人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。其設(shè)計(jì)工作需建立在扎實(shí)的理論基礎(chǔ)之上，通過精確的計(jì)算分析和對(duì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的深刻理解，確保科學(xué)合理、安全可靠。施工環(huán)節(jié)需嚴(yán)格遵循既定的工藝標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化質(zhì)量控制和過程管理，確保系統(tǒng)各組成部分及整體性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過設(shè)計(jì)階段的精細(xì)化處理、施工階段的規(guī)范化操作以及必要的優(yōu)化分析，可以顯著提升防排煙系統(tǒng)的可靠性和有效性，為現(xiàn)代建筑構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)的消防安全防線。

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