某民用机场航站楼旅客公共区控火效果的研究

宋玉华 王珺

摘要：本文基于某民用机场旅客公共区的实际情况，设置了不同的火源位置，采用火灾动力学模拟软件（FDS）对此类区域不同工况下的各火灾场景进行数值模拟计算，得出各火灾场景的控火效果，通过对比分析确定防火分区划分的实效性，为工程实际提供指导性意见。

关键词：民用机场航站楼;旅客公共区;防火分区;控火效果

中图分类号：TU998.1    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）11-0000-00

0 引言

随着国家经济快速发展和交通便利水平的提升，大型民用机场航站楼规模越来越大，功能越来越复杂，航站楼内集合了商业、餐饮、办公、物流、交通等功能，同时由于大量新技术、新工艺造型及新材料和新设备的使用，给此类建筑的消防工作带来新的挑战，一旦发生火灾，人员伤亡多，财产损失大[1，2]。因此，结合此类实际工程，在航站楼的公共区内设置不同的火源位置，在不同工况下，模拟分析公共区域实际控火效果，对工程实际建设有重要的实际应用价值[3，4]。

1 工程概况

某民用机场航站楼，地上二层。工程占地面积103412m2，总建筑面积26000余m2，建筑屋顶最高点21.7m。根据使用功能主要划分为7个防火分区，最大的三个防火分区面积分别达到6788.37m2、7817.04m2、6628.92m2。防火分区划分及面积如图1、图2所示。该工程设有火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、机械排烟系统等。本文主要研究对象为一层3#防火分区旅客公共区，主要有行李提取、商业、办公、通行等使用功能。

2 研究内容

根据现行的《民用机场航站楼设计防火规范》（GB51236-2017）[5]，航站楼内设置自动灭火系统和自动报警系统，采用不燃或难燃装修材料，且区域内功能房间采取了防火分隔措施时，航站楼内旅客公共区可按照功能划分防火分区，这就导致航站楼内公共区域防火分区面积骤增[6]。防火分区面积增大后，一旦发生火灾，实际工程中的旅客公共活动区在不同的工况下控火效果如何，是本次研究的主要内容。

3 研究方案

3.1模型建立

采用美國国家标准与技术研究院（NIST）开发的用于火灾烟气流动及控制分析的FDS软件建立模型进行数值模拟分析[7]。在综合考虑经济性与保证满足工程计算精度的前提下，分析网格独立性和延展区域影响之后，采用多块非均匀网格划分方法，网格尺寸为 [8]。

3.2火源设置

在旅客公共活动区（防火分区3）火灾荷载比较大的行李提取厅、商业区和办公区都设有火灾场景，可燃物包括行李、商品、家具、电气设备、人员随身携带的物品，以及装修材料等，因此在行李提取厅设置火源A，在商业区设置火源B，在办公区设置火源C。如图3所示。

3.3火灾场景

根据民用机场航站楼实际火灾危险性分析和文献调研，依据《建筑设计防火规范》、《建筑防排烟技术规程》（上海标准）、等现行相关规范及标准，从最不利安全角度出发，结合前人类似研究，考虑一定安全冗余：取火灾场景A、B、C火源为t2快速增长火，火灾发展速率为0.0469kW/s2。根据火源位置和不同的工况状态，可设置以下3种火灾场景，详见表1。

4 模拟计算与分析

4.1火灾场景A

（1）火灾发生后，烟气以轴对称羽流上升至顶棚[9]，撞击顶棚形成顶棚射流，然后开始沿屋顶蔓延，由于一层行李提取厅的空间较大，烟气在蔓延过程中不断与空气掺混稀释，当撞击到侧壁时，烟气开始向下填充建筑空间。（2）从CO浓度2m高度的平面上的CO浓度分布图可以明显看出，行李提取厅的CO浓度显著升高，但在1800s是只有行李提取厅南边较小区域的CO浓度达到最大的250ppm，CO浓度始终没有超过500ppm。（3）从距地面2m安全高度处的温度分布图可看出，450s时火源所在的防烟分区的边界局部温度超过60℃，800s后相邻的两个防烟分区边界的温度也超过60℃;在模拟的1800s内，行李提取厅只有局部的温度超过60℃。（4）从距地面2m安全高度处的能见度分布图可看出，火灾发生约1400s时，2m高度的能见度持续下降;1400s行李提取厅2m高度的能见度比较稳定，维持在15m之间，始终没有低于10m。

模拟结果表明：一层行李提取厅火灾在灭火系统有效的情况下，现有的排烟方案至少在模拟的1800s内可以保证人员安全疏散。模拟计算结果如图4所示。

4.2火灾场景B

（1）火灾发生后，烟气以轴对称羽流上升至顶棚，撞击顶棚形成顶棚射流，然后开始沿屋顶蔓延，由于一层行李提取厅的空间较大，烟气在蔓延过程中不断与空气掺混稀释，当撞击到侧壁时，烟气开始向下填充建筑空间，400s后烟气蔓延至行李提取厅内，行李提取厅内有排烟系统，所以使得整个模拟过程中烟气层最终稳定在一定高度。（2）从CO浓度2m高度的平面上的CO浓度分布图可以明显看出，除火源所在办公室的CO浓度增大外，其他区域的CO浓度基本上没变化，而且办公室2m高度的CO浓度没有超过500ppm。（3）从距地面2m安全高度处的温度分布图可看出，250s时火源附近区域2m高度的温度到达60℃，商业区的温度显著升高，但没有超过60℃;1200s时商业区2m高度的温度到达60℃，在模拟的1800s内，只有商业区2m高度的温度超过60℃，其他区域例如应急通道和海关通道2m高度的温度均没有超过60℃。（4）从距地面2m安全高度处的能见度分布图可看出，250s时火源附近区域2m高度的能见度降低，400s是商业区2m高度的能见度降低，但是没有低于10m;1200s火源附近以及商业区墙壁边缘2m高度的能见度低于10m，其他区域的能见度有所下降，但没有低于10m;在模拟的1800s内，商业区2m高度的能见度下降，火源附近和墙壁附近的能见度1200s后低于10m，其他区域的能见度基本没有变化。

模拟结果表明：一层商业区火灾在灭火系统有效的情况下，现有的排烟方案可也保证在模拟的1800s内人员可以安全疏散。模拟计算结果如图5所示。

4.3火灾场景C

（1）火灾发生后，烟气以轴对称羽流上升至顶棚，撞击顶棚形成顶棚射流，然后开始沿屋顶蔓延，由于一层行李提取厅的空间较大，烟气在蔓延过程中不断与空气掺混稀释，当撞击到侧壁时，烟气开始向下填充建筑空间。（2）从CO浓度2m高度的平面上的CO浓度分布图可以明显看出，除火源所在办公室的CO浓度增大外，其他区域的CO浓度基本上没变化，而且办公室2m高度的CO浓度没有超过500ppm。（3）从距地面2m安全高度处的温度分布图可看出，火灾发生300s时边防检查区墙边区域的温度超过60℃，火灾发生350s时边防检查区2m高度的温度均超过60℃，1440s时远机位到达厅的温度超过60℃;在模拟的1800s内，除去火源所在办公室、边防检查区和远机位到达厅2m高度的温度超过60℃，其他区域的温度均没有超过60℃。（3）从距地面2m安全高度处的能见度分布图可看出，100s时火源附近区域2m高度的能见度降低，200s是边防检查区2m高度的能见度降低，但是没有低于10m;300s办公室以及边防检查区墙壁边缘2m高度的能见度低于10m，其他区域的能见度有所下降，但没有低于10m，490s时边防检查区和远机位到达厅2m高度的能见度均低于10m;在模拟的1800s内，火源所在办公室、边防检查区、远机位到大厅以及部分办公室的2m高度的能见度低于10，其他区域的能见度基本没有低于10m。

模拟结果表明，一层办公室火灾在灭火系统无效的情况下，现有的排烟方案可保证在模拟的350s内人员可以安全疏散。模拟计算结果如图6。

4.4对比分析

经过各火灾场景的数值模拟结果分析，得出各场景可用安全疏散时间ASET见表2：

5 结论

综合分析可知，按照《民用机场航站楼设计防火规范》（GB51236-2017），結合该民用机场航站楼实际使用功能划分防火分区时，虽然防火分区面积显著增大，但只要设置可靠的排烟系统，整个防火分区的控火效果能达到满足人员安全疏散的要求。即使灭火系统失效的最不利状态下，排烟系统能正常开启，整个防火分区的控火效果也能达到人员安全疏散的基本要求。可见依据现行《民用机场航站楼设计防火规范》（GB51236-2017）对民用机场航站楼内大空间公共区域防火分区面积划分的要求，配合好排烟系统和灭火系统的设置，工程实际控火效果能达到最佳状态。

参考文献

[1] 霍然，胡源，李元洲.建筑火灾安全工程导论[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2009.

[2] 周星.大型剧院消防设计探讨[J].武警学院学报，2011（2）：56-58.

[3] 霍然，袁宏永.性能化建筑防火分析与设计[M].合肥：安徽科学技术出版社，2003.

[4] 宋玉华，李焕群.某大剧院观众厅不同排烟方式控烟效果研究[J].武警学院学报，2017（4）：60-63.

[5] GB51236-2017.民用机场航站楼设计防火规范[S].

[6]李鹏哲.某航站楼性能化防火设计中的人员安全疏散研究[D].天津：中国民航大学，2019.

[7] 孙承华，付强.基于FDS模拟的屋顶停车场汽车火灾火场特性研究[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2016（4）：415-421.

[8] 王旭，石鹤.国家大剧院高大空间排烟系统的分析设计[J].暖通空调，2008（9）：52-54.

[9]易亮，杨洋，李勇，等.水平风作用下火羽流的质量流率[J].燃烧科学与技术，2011（6）：505-511.

收稿日期：2021-09-30

*基金项目：山东省重点研发计划（软科学项目），山东省应急救援大规模知识库构建与智慧消防服务（2020RKB01772）。

作者简介：宋玉华（1981—），男，山东文登人，硕士，工程师，研究方向：火灾烟气流动与控制。

Abstract： Based on the actual situation of passenger public area of a civil airport， different fire source locations are set， use fire dynamics simulation software （FDS） to perform numerical simulation calculations on various fire scenarios under different working conditions in such areas， the fire control effect of each fire scene is obtained， the effectiveness of fire compartment division is determined through comparative analysis， provide guidance for engineering practice.

Keywords： Civil airport terminal; Passenger public area; Fire compartment; Fire control effect