对内部设步行街场所排烟方案优化的探究 / 朱安强

摘要：建筑内步行街是目前大型综合体大多采用的建筑形式，此类建筑的烟气控制方案一直是性能化防火设计的重要组成部分。文章以性能化的设计理念，通过数值模拟的方法，以某工程为例，对其烟气控制方案进行了研究并得出相关结论。文章假设火灾环境下，探究在采用机械排烟的前提下，优化中庭和回廊的排烟效果。

关键词：消防;建筑内步行街;数值模拟;排烟

随着体验式商业的不断发展，室内综合体建筑在我国各城市中不断涌现，这类建筑大多采用建筑内步行街形式建造，有效的烟气控制方案是降低此类建筑火灾危险性的重要措施之一。本文将以某工程为例，对建筑内步行街的烟气控制方案进行研究。

1  工程概况

某一大型综合体，地上的面积是328597m2，地下的面积是186892m2。建筑内步行街每一层的面积如表1所示。

1.1  火灾场景设计

1.1.1  火源位置

建筑内步行街内的中庭由于占地面积较大，常常作为展销区域，甚至演出场地，可燃物集中，人员密集。本着假想最不利点的原则，假设起火点是在最大中庭的首层中央处，在此基础上探究建筑内步行街的烟气优化控制方案。

1.1.2  火灾规模

大型商业综合体的建筑内步行街内的中庭等空间常常被用于商品展示、节日促销活动等而被临时布置小型展台以及其他可燃物。因此把建筑内步行街的火灾评定成t2快速火，依据火灾的增长系数=0.04689kW/s2，将火源规模设定为8MW。

1.2  模型建立

文章依据实际工程的设计情况，为使模拟更具真实性，建立与该项目建筑内步行街的尺寸比例为1∶1的计算模型。在保证结果精度的前提下，为了方便建模，本文将采用网格划分方法，将火源附近按照0.1×0.1×0.1m划分，其他区域按照0.5×0.5×0.5m划分。

模拟计算时采用的主要参数设置为：模拟时间为1800s;火灾规模为8MW。

采取自然方法排烟时，自然排烟窗为顶部开窗，沿步行街东西走向均匀布置在建筑内步行街的顶棚，采用自然补风方式进行补风。

采取机械方法排烟时，沿步行街东西走向顶部均匀设置排烟口。当风速为6m/s时，最大的距离小于30m，到安全出口之间大于5m。

2  自然排烟方案研究

2.1  方案设计

针对该项目建筑内步行街的自然排烟口有效面积的设计进行讨论，分析不同方案中烟气流动情况。具体的自然排烟口有效面积设计如表2所示。

2.2  数值模拟及分析

2.2.1  模拟结果

（1）1800s时，各工况下的烟气流动如图1所示。

（2）1800s时，各工况下的温度分布如图2所示。

2.2.2  结果分析

（1）根据烟气蔓延情况，在设定的火灾场景中，随着自然排烟口有效面积的增大，烟气层高度不断升高。当自然排烟口有效面积达到地面面积2%时，在半小时内，烟气层沉降至地上三层，当自然排烟口的面积占地面面积的10%以上时，烟气往往只会在顶层积聚。

（2）根据各顶层温度的分布来看，在假设的火灾模拟情景中，随着自然排烟口有效面积的增大，建筑内步行街受烟气影响的范围不断减小，顶层回廊内距回廊地面2m处的平面上，温度有较高浮动的范围不断缩小。当自然排烟口有效面积占地面面积比例达到10%以上时，顶层回廊距地面2m处时，温度有较大升高的范围基本可控制在发生火灾的中庭附近。

（3）该建筑内步行街空间体量巨大，具有良好的蓄烟能力，根据烟气蔓延及顶层回廊温度的分布情况，当自然排烟口有效面积设计为占地面面积10%时，排煙效果较2%、5%的工况有了大幅度提升，当自然排烟口的面积增大至地面面积的15%、20%时，排烟的效果逐渐增强。因此，在设定的火灾场景中，自然排烟口有效面积占地面面积10%以上时，可保障建筑内步行街人员安全疏散的同时，缩小烟气蔓延范围。

3  机械排烟方案研究

3.1  方案设计

3.1.1  方案一

中庭回廊之间未设置挡烟垂壁，为同一防烟分区，按照换气次数法，换气次数取4次，体积取中庭回廊整体体积进行计算，当排烟量达到524616m3/h时，那么机械排烟口就要均匀分布在建筑内步行街顶部。

3.1.2  方案二

中庭回廊之间未设置挡烟垂壁，为同一防烟分区，按照换气次数法，换气次数取5次，体积取中庭回廊整体体积进行计算，当排烟的总量达到655770m3/h时，那么机械排烟口就要均匀分布在建筑内步行街顶部。

3.1.3  方案三

中庭回廊之间未设置挡烟垂壁，为同一防烟分区，按照换气次数法，换气次数取6次，体积取中庭回廊整体体积进行计算，当排烟总量达到786924m3/h时，那么同样排烟口也要均匀分布在建筑内步行街顶部。

3.1.4  方案四

根据NFPA92提供的轴对称羽流公式[4]，得出假设的火灾场景中排烟总量为535320m3/h。采用防烟设施，划分为四个烟控区域，每个烟控区域取排烟量计算值的1/2，是267660m3/h。当其中一个烟控区域受到火灾威胁时，则该烟控区域排烟系统打开。

3.1.5  方案五

采用体积换气次数法来测算中庭的排烟总量，当运用机械排烟系统时，它的抽排量为135296m3/h;如果使用垂壁把每一层回廊沿走向分隔为4个烟控区域，每个烟控区域按面积再计算排烟量，取60m3/m2·h计算。

3.2  数值模拟及分析

3.2.1  模拟结果

（1）30min时，根据数值模拟得出的顶层烟气的分布情况如图3。

（2）30min时，根据数值模拟得出的顶层温度分布情况如图4。

3.2.2  结果分析

（1）当采用换气次数法计算机械排烟量，根据模拟情况可知，该建筑内步行街在设定的火灾场景中，顶层回廊温度均保持在50℃以下。当排烟量达到6次/h时，排烟的量设计数值相对较大，就能及时排出热烟气，温度较高的区域被控制在着火中庭附近的顶层回廊内，受高温影响范围与方案一、方案二相比，较小。

（2）运用NFPA92推荐的羽流轴对称公式测算该火灾场景中的机械排烟情况，结论与采用4次/h的换气法测算数值基本相同。将该建筑内步行街设定为四个烟控区域，每个区域取计算排烟量的1/2。根据模拟测算结果看出，顶层回廊受烟气影响较大，烟气沉降至地上二层。相比之下，其他方案效果要优于方案四的效果。

（3）根据模拟结果，采用中庭和各层回廊分别设置机械排烟系统的方案对建筑内步行街具有很好的保护效果，顶层温度有较大幅动的部位被控制在着火中庭附近的首层回廊，烟气层被控制在顶层，地上一至三层未受到烟气的严重威胁。此外，对各层回廊划分烟控分区，根据火灾烟气蔓延情况开启各分区的机械排烟系统，对控制烟气扩散范围具有很好的效果。

4  结论与展望

本文在文献调研、工程案例分析的基础上，对建筑内步行街建筑的烟气控制方案分别进行自然排烟和机械排烟的研究，得出主要结论如下：

4.1  通过模拟某建筑内步行街自身排烟系统排烟

根据模拟结果，在典型火灾场景中，该建筑内步行街自然排烟口有效面积占地面面积比例设置为10%以上时，可将室内烟气蔓延控制在一定范围的前提下為及时疏散人员赢得时间。

4.2  以某建筑内步行街为例，对广泛应用的几种机械排烟方案进行模拟研究

结果表明，运用集中排烟的方案时，排烟的量以6次/h的换气频次来测算，效果最佳;当中庭、回廊两部分单独设置机械排烟系统时，排烟效果与中庭回廊整体按换气次数6次/h设计机械排烟量的方案效果基本一致。两种方案都能在将室内烟气蔓延控制在一定范围的前提下为及时疏散人员提供保证。此外，对建筑内步行街划分烟控分区有利于控制烟气蔓延范围，对于保证人员安全疏散有积极作用。

参考文献：

[1]GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2018：67-67.

[2]黄益良，路世昌.基于“亚安全区”理念的大型商业室内步行街中庭排烟设计研究[A].2011中国消防协会科学技术年会论文集[C].中国消防协会、山东省公安消防总队：中国消防协会，2011：456-460.

[3]DG J08-88-2006.建筑防排烟技术规程[S].2006.

[4]NFPA92，Standard for Smoke Control Systems[S].Quincy，

MA，USA：2012：245-260.

[5]张鑫.步行街建筑自然排烟的研究[J].武警学院学报，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