防爆墻與智能噴淋協(xié)同優(yōu)化的混停地下車庫火災(zāi)防控研究

引言

隨著綜合實力的快速提升，人民的生活質(zhì)量穩(wěn)步提高，汽車作為常用代步交通工具越來越普及。根據(jù)公安部交通管理局的年度統(tǒng)計，我國機動車保有量穩(wěn)步增長，2019年中旬全國機動車保有量達3.4億輛，其中私家車約為2.5億輛，新能源汽車344萬輛。截至2024年底，三類指標保有量增至4.53億輛、3.53億輛、3140萬輛。通過計算可知，五年間三類機動車保有量的增長率分別為33.23%.41.2%.812.79% 。其中新能源汽車增速尤為突出，達傳統(tǒng)機動車增速的20倍。歷年具體增長趨勢如圖1所示。

新能源汽車增速遠超傳統(tǒng)機動車，其快速普及增加了城市停車壓力，使得地下車庫成為緩解用地緊張的重要設(shè)施。然而，現(xiàn)有地下車庫普遍存在防火分區(qū)不足、車輛密度高、新能源與燃油汽車混停等問題，火災(zāi)隱患顯著。新能源汽車電池火災(zāi)具有蔓延快、撲救難的特點，易引發(fā)連鎖反應(yīng)，威脅人員與建筑安全[1-7]。現(xiàn)有地下車庫消防系統(tǒng)很難應(yīng)對新能源汽車火災(zāi)風(fēng)險。本文提出集成防爆墻阻斷火勢與智能噴淋抑制毒煙的改造方案，為地下車庫消防設(shè)計提供參考。

一、防控方案設(shè)計

針對傳統(tǒng)燃油汽車與新能源汽車混停地下停車場的火災(zāi)安全問題，本文提出“防爆墻 + 智能噴淋”集成改造方案，通過功能互補與協(xié)同聯(lián)動提升火災(zāi)防控效果。

（一）防爆墻設(shè)計

防爆墻采用輕量化復(fù)合結(jié)構(gòu)，外層為 1mm 厚不銹鋼板，內(nèi)層為 50mm 陶瓷纖維防火層。復(fù)合結(jié)構(gòu)耐火極限超4h，兼具抗爆沖擊和隔熱性能，對空間影響小。安裝時

沿停車區(qū)邊界設(shè)置，利用既有結(jié)構(gòu)柱錨固，避免影響原承重體系。

(二)智能噴淋系統(tǒng)

智能噴淋系統(tǒng)采用高壓細水霧技術(shù)，噴頭布置于距地面 2.5m 處，沿防爆墻兩側(cè)每隔 1.5m 設(shè)置，霧滴粒徑小于 100μm ，定向覆蓋停車位中心區(qū)域，實現(xiàn)無死角抑制毒煙與降溫。系統(tǒng)基于溫度、煙霧及火焰探測器的多傳感融合技術(shù)，實時識別火災(zāi)參數(shù)，超警戒值時優(yōu)先啟動火源上方噴頭，精準噴淋減少水資源浪費。噴淋系統(tǒng)觸發(fā)后，通風(fēng)系統(tǒng)同步切換至低速送風(fēng)模式，延長水霧懸停時間并加速排出有毒煙霧，維持能見度與空氣質(zhì)量，避免次生災(zāi)害。

（三）“防爆墻 + 智能噴淋”協(xié)同作用機理

防爆墻與智能噴淋系統(tǒng)通過功能互補實現(xiàn)協(xié)同增效。防爆墻阻止火勢蔓延，智能噴淋精準抑制火源，使撲滅時間大大縮短、火勢蔓延面積明顯減少。防爆墻在阻隔毒煙擴散的同時，噴淋水霧吸附煙霧顆粒并降低溫度，聯(lián)動排煙系統(tǒng)維持煙霧層高度 ?2m ，保障疏散與救援條件；防爆墻保護主體結(jié)構(gòu)免受高溫破壞，智能噴淋通過精準觸發(fā)邏輯優(yōu)化水資源利用，減少對非火源區(qū)域的干擾，延長建筑壽命并降低綜合防控成本。

二、PyroSim數(shù)值模擬研究

本文采用PyroSim數(shù)值模擬軟件，基于某地下停車場進行模型建模并模擬研究改造方案。

(一)模型建立

目標地下停車場包含兩個防火分區(qū)，本文以具有代表性的防火分區(qū)（二)為研究對象建立模型。圖2為目標防火分區(qū)的平面圖以及模型搭建，該防火分區(qū)為26.8m×71.6m 。由于實際停放車輛大小及建筑結(jié)構(gòu)柱的尺寸參差不齊，在模擬時將車輛大小統(tǒng)一為長 4.4m 寬1.8m ，結(jié)構(gòu)柱尺寸統(tǒng)一為 0.4m×0.4m 。同時，假設(shè)建筑單元不參與燃燒，火災(zāi)發(fā)生前建筑物內(nèi)溫度為 20% ，充滿空氣。其中，綠色方塊代表新能源汽車，黑灰色方塊代表燃油車，右上角房間為設(shè)備用房，白色小方塊為結(jié)構(gòu)柱，樓板、地面、墻都已經(jīng)采用不燃材質(zhì)。火源設(shè)定為單一目標車輛燃燒，燃燒過程僅考慮車輛熱釋放與煙氣擴散。

(二)改造效果模擬

1.能見度對比

經(jīng)PyroSim對不同改造方案進行模擬，不同改造條件下的能見度見圖3。未改造車庫(圖3a)火災(zāi)初期即顯現(xiàn)嚴重隱患：30s時煙氣層發(fā)展初期能見度大于 18m，70s 驟降至 12m 并向水平蔓延，110s熱羽流突破頂棚后能見度僅 6m，170s 全域覆蓋時能見度小于 3m ，突破安全閾值。防爆墻改造(圖3b)顯著改善初期擴散：70s未隔離側(cè)能見度 12m ，隔離側(cè)仍大于 15m ;即便110s煙氣擴散加劇，隔離側(cè)能見度仍大于 15m ，全域覆蓋時間延至 178s 。噴淋系統(tǒng)(圖3c)效果次之：70s能見度優(yōu)于未改造狀態(tài)，全域覆蓋時間僅延至176s，防護效能弱于防爆墻。“防爆墻+ 噴淋系統(tǒng)\"集成方案(圖3d)表現(xiàn)最優(yōu)：70s隔離側(cè)能見度高達 21m （非隔離側(cè) 15m ），110s仍維持 21m ；煙氣全域覆蓋時間延至197s，較未改造延長 27s 。數(shù)據(jù)表明，集成改造通過物理隔離與主動抑煙的協(xié)同作用，在延緩煙氣擴散、維持疏散通道能見度方面具有壓倒性優(yōu)勢。

消防技術(shù)|2025.03

2.溫度對比

溫度變化如圖4所示。未改造車庫(圖4a)火災(zāi)初期(30s)僅火源溫度顯著上升，70s時火源溫度達 950^qC ，90s至150s區(qū)間防火區(qū)最低溫度超 500^°C 、最高達 1000^°C ，170s后溫度開始降低，殘留物陰燃。防爆墻改造(圖4b)有效抑制了溫度失控：70s火源溫度降至 900^°C ，90s至150s區(qū)間最低溫度控制到 400% ，整體溫度升幅降低。噴淋系統(tǒng)改造(圖4c)進一步優(yōu)化，同時間節(jié)點下火源溫度仍為 900^°C ，最低溫度降至 350^qC ，降溫效率更高。“防爆墻 + 智能噴淋\"集成改造(圖4d)效果最為顯著：70s火源溫度僅 800^°C ，90s至150s區(qū)間最低溫度穩(wěn)定在 300^°C 以下，溫度變化幅度較未改造降低 62% ，環(huán)境溫度恢復(fù)至安全閾值的時間大幅縮短。模擬結(jié)果表明，集成改造不僅將極端溫度抑制在更低水平，還通過協(xié)同作用加速能量釋放和殘留物陰燃進程，驗證了其在阻斷熱失控和提升降溫效率方面的綜合優(yōu)勢。

三、改造效益分析

本方案通過“防爆墻 + 智能噴淋”協(xié)同作用，顯著提升地下車庫火災(zāi)防控能力。數(shù)值模擬表明，聯(lián)合改造使火勢蔓延時間大大延遲，防火區(qū)能見度在火災(zāi)初期維持在 15m 以上，為人員疏散爭取關(guān)鍵時間。同時，智能噴淋定向抑制火源區(qū)域溫度峰值，結(jié)合防爆墻阻隔作用，防火區(qū)內(nèi)溫度變化幅度降低 62% 。在經(jīng)濟性方面，防爆墻采用輕量化復(fù)合結(jié)構(gòu)，單區(qū)改造成本小于2萬元，較傳統(tǒng)方案(大于10萬元)成本降低 80% ；智能噴淋系統(tǒng)通過精準觸發(fā)邏輯與既有設(shè)施聯(lián)動，水資源消耗減少 40% 。在可行性方面，模塊化錨固工藝適配既有結(jié)構(gòu)柱安裝，單區(qū)施工周期小于2天;標準化噴淋參數(shù)通過PyroSim驗證，適配老舊車庫改造需求。

結(jié)語

本文提出了對地下停車場的“防爆墻 + 噴淋系統(tǒng)”火災(zāi)防控集成改造方案。通過PyroSim數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值模型，對不同改造方案下的煙氣、溫度以及有毒氣體濃度的變化展開研究，得到如下結(jié)論。第一，通過“防爆墻 + 智能噴淋”兩者的功能互補和聯(lián)動，顯著提升了對火災(zāi)的防控效果;第二，通過未改造、單一改造、聯(lián)合改造條件下的數(shù)值模擬，驗證了所提集成改造方案的優(yōu)勢；第三，提出的“防爆墻 + 噴淋系統(tǒng)”的集成改造方案具備安全性、經(jīng)濟性和可行性。

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