地下空間火災煙氣蔓延特征與排煙策略優化

摘要：地下空間火災發生時所產生的煙氣會在地下環境里快速擴散開來，這即是地下空間火災煙氣蔓延現象。地下空間為封閉且通道復雜的結構，較地面建筑而言，其煙氣蔓延的速度更快，擴散的范圍也明顯更廣。現對地下空間火災煙氣蔓延的特征展開細致分析，提出了安全優先、分區控制以及協同聯動等排煙策略優化原則，并對排煙通道布局、智能控煙系統升級及防煙分隔措施等方面進行具體優化，旨在提升地下空間面對火災時的應急響應能力。

關鍵詞：地下空間；火災煙氣；蔓延特征；排煙策略

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）06-0097-03

0 引言

地下空間是現代城市極為重要的構成部分，鑒于其特殊結構及功能特性，通常面臨更繁雜的火災風險狀況。地下空間火災發生時，煙氣會迅速蔓延開來，并對人民群眾生命安全以及各類設施構成嚴重威脅。因此，針對地下空間火災煙氣蔓延規律展開細致研究，同時，積極探尋更高效的排煙策略，已成為保障地下空間消防安全的核心課題。

1 地下空間火災煙氣蔓延特征

1.1" 快速

地下空間因其封閉且復雜的構造情況，火災發生時，煙氣積聚與傳播速度遠高于地面建筑。火災剛發生時，由于地下空間結構比較密閉，空氣流動受到了限制，煙氣則快速在局部區域中聚集，進而形成高濃度煙霧，使視距大幅下降[1]。地下空間的垂直構造亦是造成煙氣快速蔓延的關鍵因素。煙氣在火源周邊能夠受到熱空氣的升騰推動作用，從而迅速向上擴散，并在層間或不同區域連接通道內流動，由此形成較強烈的對流效應。地下停車場、隧道等區域一旦發生火災，煙氣很可能沿著諸多通道擴散開來，進而影響處于不同樓層及不同區域的人員，產生極大的安全隱患。

1.2" 多向

與常規建筑有所不同，地下空間具備封閉性特點，其通道情況也較為復雜。因此，火災煙氣的蔓延路徑難以準確預測。煙氣擴散路徑通常不會局限在某一方向，而是同時向多個方向蔓延，形成全方位威脅態勢。這種煙氣的蔓延模式并非單純沿建筑縱深方向或者橫向進行擴展，而是受到諸多因素影響，使煙氣短時間內快速占據大量空間，這無疑增加了逃生及救援工作的難度[2]。更為嚴重的是，地下空間一般會存在多個相互連通的房間或者區域，煙氣還會由墻體裂縫、通風管道等途徑跳躍式擴展，形成交錯復雜的傳播路徑。正是這種多向性蔓延的特性，使傳統煙氣控制手段在地下空間應用時面臨挑戰。

1.3" 積聚

積聚是指，在地下空間發生火災時，因為通道、結構物以及空間布局等因素帶來的影響，煙氣在某些特定區域出現集中堆積的情況。這種情況是地下空間的通風條件、火源所處位置以及火災蔓延期間熱量分布等因素共同作用產生的結果。當火災發生之際，火源產生的諸多熱量使空氣溫度急劇升高，從而促使煙氣加速上升。地下空間一般具備向上延伸的一定空間，熱煙氣上升過程中遭遇頂部或者天花板即會出現反向流動狀況，進而形成煙氣二次積聚現象。而這種煙氣的反向流動會使上層區域的煙霧濃度更高，久而久之，煙氣會不停地聚集起來，進而擴大火災所影響的范圍。

2 傳統地下空間排煙策略

傳統地下空間排煙策略一般為定風量排煙系統與預設通風通道的組合設計。其設計思路是，在發生火災初期即強制排煙風機迅速啟動，并沿設計路徑將煙氣由地下空間向地面或側向集中區域排出。這種策略多數體現為線性空間結構，并在理想火源位置進行排煙口布置，幾乎理想化地強調以最短路徑實現煙氣外排。

排煙系統對火源初發位置、煙氣蔓延路徑及結構開口程度的依賴性較高。一旦火災在結構復雜、通風受限區域產生煙氣，即可沿未設排煙節點的路徑擴散，以至于排煙速度滯后于蔓延速度，使局部區域因煙氣積聚形成高溫低氧環境。特別在人員密集或空間交錯的區域，若是煙氣進入疏散通道或垂直井道，會造成短時間的能見度驟降或熱氣流障礙，從而影響逃生引導工作與救援通行速度。

傳統策略在應對多源煙氣、異步著火點、動態擴散路徑等復雜場景時，通常為固定模式的響應機制，這可能引發區域壓差紊亂、煙氣反推、路徑重疊等聯動失衡態勢的出現。并且，傳統策略一般沒有與樓宇自動化系統形成多個層級的聯動關系，只是依靠預設的啟停條件實現設備的運行控制，這缺乏對火災態勢的實時解析，也不具備自適應調整能力。因此，當火災演化超出設計預測參數時，排煙系統的運行軌跡就會與現場煙氣蔓延路徑出現偏離，從而影響火災場景下的煙氣組織效率，引發熱煙回流、煙控失衡、局部再聚集等潛在風險趨勢。

3 地下空間排煙策略的優化原則

3.1" 安全優先

安全優先是指，不論采取哪種排煙措施或方案，在初期設計時，需將保障人員生命安全作為首要目標。地下空間具有封閉性強、通風條件不足等特點，這些因素使得火災發生時，煙氣蔓延速度較快且難以控制。因此，排煙系統不僅要降低煙氣濃度、改善能見度，還要為被困人員營造出相對安全的疏散通道，從而有效降低被困人員吸入有害氣體的風險。依照安全優先的原則，排煙系統在設計時應具備能即時啟動的功能，以及依據火災蔓延具體情況對排煙速率做出相應調整的功能[3]。

3.2" 分區控制

地下空間排煙策略的優化務必要緊密聯系實際狀況，遵循分區控制的原則，從而有效應對火災情形下煙氣不斷蔓延的問題。該原則的核心目標是，阻攔火災產生的煙氣在空間中隨意蔓延的路徑，進而為受影響區域的人員爭取更多安全逃生的時間。

具體來講，分區控制需依據地下空間自身布局特點、火災可能出現的位置以及人員密集程度等諸多因素展開綜合性分析工作。每一區域所配備的排煙系統都應依據該區域的火災風險、通風條件及疏散通道布局情況進行針對性定制。例如，火源區域應優先設置強大排煙能力裝置，以此來保證煙氣能夠在盡可能短的時間內得到有效引導，同時，避免煙氣向周圍區域進行擴散。而對于相鄰區域，則可采取排煙力度相對較小的措施，但同樣也需確保該區域的煙氣不會進入疏散通道或者關鍵區域當中。

3.3" 協同聯動

協同聯動原則著重強調排煙作業期間各方力量的緊密配合，以實現高效協調運作。該原則需不同部門、系統及設備在火災發生初期即可有秩序地相互配合，以此來保障排煙相關工作得以順利推進。

在實際操作環節，地下空間的排煙工作并非依靠某一單獨系統進行，而是由消防、安保、物業等多個部門共同參與并協作的[4]。消防部門應依據火災不同的發展階段情況啟動排煙系統，并對其運行速度加以調節，保證煙氣能被有效排放；安保人員負責保障疏散通道時刻暢通無阻，確保人員可迅速且安全地撤離現場；物業管理團隊則需要保證排煙設備處于正常運轉狀態，認真細致地做好設備檢查及維護等各項工作。該種跨部門、跨領域的合作方式能大幅提升排煙效率，進而減少煙氣不斷蔓延帶來的人員安全威脅。

4 地下空間排煙策略優化路徑

4.1" 優化排煙通道布局

在火災發生之際，為保證能夠對煙氣蔓延情況予以有效控制，并進一步提升排煙效率，需由多方面著手對排煙通道展開系統性優化。

1）空間布局方面。對于地下商場、車庫與地鐵等區域，排煙系統在布局時需考量到各個不同區域的火災風險狀況，同時，緊密結合建筑結構特點做合理規劃安排。在開展設計工作期間，務必要保證每個區域設置的排煙口都可以有效連通至排煙通道的主要出口，絕不能出現因排煙路徑過長致使煙氣出現滯留的現象。

2）排煙通道數量方面。層多且面積大的地下空間，僅依靠單一的排煙口，無法滿足大規模火災發生時的排煙需要。因此，排煙通道的具體數量需參照地下空間的整體面積、人員密集程度及建筑功能等因素做合理規劃安排，保證在火災發生初期即可迅速且有效地將煙氣分散。設計通道的時候，既要考慮排煙通道本身的通行能力，也要顧及煙氣排放的效率，切不可出現因通道太過狹窄或排煙口設置不合理致使煙氣流速減慢的現象。

地下空間排煙通道較為理想的布局方式應采用垂直通道形式，使其能夠徑直與地面或者地面之上的安全區域相互連通，減輕煙霧給地下空間帶來的影響[5]。對于較深層的地下空間，可以設置多個排煙口，以保證縱深區域的煙氣能及時被引導至排煙通道之中，防止在局部出現積聚的情況。而針對層高較高的地下空間，則可以設置具有自動調節功能的排煙閥門，對火災煙氣的流動狀況予以實時監控，并依據煙氣濃度情況對排煙量加以動態調節。

4.2" 升級智能控煙系統

智能控煙系統需運用物聯網技術將各類煙氣探測器、溫濕度傳感器以及實時數據傳輸模塊整合起來，從而對地下空間的煙霧濃度、溫度變化等信息予以實時監測[6]。當探測到煙氣濃度超出標準或者溫度出現急劇上升的情況時，該系統可以馬上啟動報警功能，并自動對排煙系統的運行狀態做出調節。該過程不依靠人工干預，在火災發生初期階段即可做到精準且及時的應對，減少由于人員疏忽或者反應不夠迅速而產生的隱患。

排煙策略中極為關鍵的一點在于，需提升系統的自適應能力。傳統意義的排煙系統往往依賴固定不變的排煙模式進行運作，當面對不斷變化的火災環境時，難以實現精確的控制操作。升級后，智能控煙系統充分運用深度學習技術以及大數據分析手段，能夠依據火災實時發展狀況做出動態調整舉措。例如，該系統能依據不同火災發展階段所呈現的煙氣特征，自動挑選契合的排煙路徑，同時，也能對風機轉速做出合理選擇，進而切實有效地防止煙氣在其他區域出現二次蔓延。

4.3" 強化防煙分隔措施

防煙分隔墻在設計時，需契合與之相關的防火規范的各項要求，保證其擁有充足的耐火性能，以此防止在火災初期階段煙氣快速向其他區域擴散。分隔墻布局應依據地下空間劃分的不同功能區域來安排，而且需將不同功能區域面臨的火災風險全部納入考量范圍。例如，在商業區、停車場及儲藏區等場所中，防煙墻應具備較良好的密封性，以保障發生火災的區域能與其他區域有效隔離，防止煙氣出現滲透的情況。而對于墻體材料的挑選，則應將耐高溫性能較好、毒性較低且具備一定持久性的材料作為主要選擇對象，避免處于火災環境時因材料原因致使分隔效果無法達到預期，甚至出現失效的情況。

防煙門屬于極為重要的防煙分隔手段，應布置在樓梯間、電梯井及緊急疏散通道等地下空間的關鍵部位。需要注意的是，防煙門需擁有較高的密封性，具備自動關閉功能。同時，在設計環節還需考慮安全疏散要求，既要保證人員在面臨緊急狀況時能夠順利通行，又要防止煙氣對其他區域造成二次污染。

5 結束語

火災發生時，煙氣的擴散路徑以及蔓延速度，會受到建筑結構、通風條件以及火源自身特性等諸多因素的影響。因此，排煙系統須具備充足的處理能力，且能依據不同的火災情境靈活進行調節，以此應對火災發生過程中煙氣蔓延引發的種種變化。未來，應持續深化對煙氣蔓延路徑的相關研究，緊跟人工智能預測技術的發展，不斷完善動態排煙策略優化方案，保障地下空間消防安全。

參考文獻

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[2]黃暢.地下建筑防火設計及防火涂料應用研究[J].現代工程科技，2025，4（4）：121-124.

[3]曾捷，杜春，賴祺宇，等.分岔隧道排煙策略下火災煙氣輸運特性研究[J].暖通空調，2025，55（1）：70-79.

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[5]徐啟利.城市地下分岔隧道煙氣控制策略研究[J].重慶建筑，2024，23（S1）：48-51.

[6]尋天祥.地鐵換乘站火災煙氣移動與人員疏散研究[D].西安：西安建筑科技大學，2024.