室內防火隔離帶排煙設施設計要點分析

王紀鋒

摘 要：大空間建筑物由于受建筑結構的影響，對其進行物理防火分區存在困難。該文運用現場模擬軟件FDS進行計算機仿真，模擬火場煙氣在場所內的擴散分布情況，提出了在建筑內防排煙設施的設計建議。

關鍵詞：防火隔離帶 FDS 場模擬防排煙分區

中圖分類號：X924.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（b）-0023-02

防火隔離帶指的是在建筑空間內，為阻止火災大面積蔓延，在室內根據有效間隔寬度來設置消防設施區域，確保在發生火災的時候，室內的另外一側不會受起火點的火焰和高溫的煙氣的影響和危害。由于防火隔離帶能夠有效的阻止火災蔓延，起到了保護人身財產安全的作用，進而在城市消防規劃中，民用建筑外保溫系統中，草原森林中，均采用了這種措施。但是，大空間建筑大多是處于共享狀態，具有一定的特殊性，因而防火隔離措施的設計有較高的難度性。筆者利用fds工具，對火災現場的煙氣擴散及溫度分布情況進行了場數值模擬，建議將排煙設計融入到防火隔離帶中。

1 防火隔離帶的概念和特性

室內防火隔離帶，指的是在建筑空間內，為阻止火災大面積蔓延，通過熱輻射模型計算確定，利用室內空間的自身條件設置一定有效寬度的間隔區域，并在該區域設置可靠的消防設施，保證火災時一側的火焰、煙氣不會輻射蔓延至另外一個區域。

室內防火隔離帶能夠有效的阻隔火災蔓延，其效果類似于防火卷簾、防火墻等物理分隔措施，但只是一種邏輯的防火隔離方法，而且有以下特殊性質：（1）阻火可控性。設定的間隔距離可以有效地阻止火災區域的熱輻射進一步影響到隔壁的防火區域，并防止可燃物起火后造成火勢更加兇險。（2）隔煙清晰性。該區域必須能夠有效阻擋煙氣的擴散，空間必須始終保持高度清晰，以便人群的快速疏散和救援。（3）本體不燃性。在防火隔離帶禁止任何可燃物的存在。（4）空間整體性。隔離帶是由該區域上下整體形成的一個空間，同時可以有效結合該區域設置的消防設施對火災進行整體的阻隔和控制。

2 煙氣蔓延特性的數值模擬

現階段，室內防火隔離帶的運用是相當廣泛的，尤其是大型購物中心，展示建筑，以及倉庫等空間高大建筑內，這種類型的建筑都有建筑面積大、樓層高、區域功能統一、空間難以分段通常等特點。建筑樓層的高度均在6 m以上，有的高度甚至達到30 m。

建筑內部發生火災時，在局部空間內，可燃物的燃燒速率會劇增，四周的空氣將會被升騰起來的煙羽流不斷卷吸，質量流逐漸增加，平均溫度和濃度也會隨之上升。當煙氣受到建筑頂棚阻擋時，將朝頂棚下方四面擴散開來（熱煙氣水平蔓延的速度可達1～2 m/s）；當受到墻壁和上梁的阻擋后，便快速向下方轉移，在建筑空間的上方形成熱煙氣層，并且厚度逐漸增加，濃度和溫度也隨之不斷上升，進而造成高溫度的熱輻射，其危害性不堪設想。如圖1所示。

一旦熱煙氣層的厚度超過擋煙垂壁，就會蔓延到相鄰的防煙分區。而對于樓層較高的建筑，如6～30 m，發生火災時，整個內部上方空間都會被熱煙氣包圍，而且，熱煙氣具有較強的毒性和遮光性，對人體健康有極其嚴重的損害，也不利于人群的疏散和救援。由此可見，阻止火勢蔓延的關鍵在于，必須有有效的防煙、排煙的防護措施。

在燃燒過程中，煙氣和熱傳導通過數值方法求解Navier-Stokes方程來進行分析，得出FDS偏微分方程組解的核心算法是一種顯式的預測-糾錯方法，時間和空間的精度為二階，計算中渦流處理方式采用大渦流模擬，對于計算和處理火災煙氣流場的精度較高。

筆者將建筑物內部的熱輻射和煙氣流動狀況通過火災模擬軟件FDS 5_6_3進行了仿真模擬，邊界的環境設置如下條件：建筑物凈高10 m；環境溫度23 ℃，風速0/s，火災規模20 MW。計算結果分析顯示出的模擬情況如圖1、圖2所示。計算結果說明，當t=250 s時，因頂棚的阻擋，火焰中心上方射流而形成熱煙氣層，其厚度約為3 m，溫度分布情況如圖2所示。

3 防煙排煙設計

為了阻止火災發生時煙氣的蔓延，在設置區域防護措施時，應該將條件最惡劣的情況下的防煙、排煙的設計作為最重要的任務，落到實處。也就是，在建筑內部某個區域發生火災時，如果該區域的排煙設施、自動噴水滅火系統均處于不工作狀態，但仍然能夠阻止煙氣通過室內防火隔離帶從起火區域向隔壁區域蔓延，這就要求防火隔離帶的防煙、排煙設施獨自擁有一個阻止系統，與其他區域互不作用和干擾，以控制受到火災區域的影響，導致其他區域防排、煙設施的失效。

（1）防煙設計。為了有效阻止煙氣的蔓延和人群的安全疏散，應該在防火隔離帶兩側與相鄰區域交界的地方設置擋煙垂壁，擋煙垂壁的設置必須要滿足疏散時所需要的清晰高度，最小清晰高度可由公式（1）計算得出結果：

Hq=1.6+0.1H （1）

其中，H為排煙空間的建筑凈高度，Hq為最小清晰高度。

擋煙垂壁的設置高度L應≥（H～Hq）。應該選用不燃燒的材料對穿越防火隔離帶的洞口進行封堵，更在通風管道穿越處應該設置自動關閉的防煙防火閘門進行隔斷。

（2）排煙設計。排煙的設計具有自然排煙和機械排煙，兩者的排煙效果各有優缺點。其中，自然排煙，成本低、操作簡單、但是排煙效果在很大程度上受到風力風向等多種外界因素的影響，具有一定的不可控性。機械排煙，成本較高，雖然排煙效果佳，但是由于需要控制的環節眾多，不利于管理，從而失效的風險偏高。如果是在首層、地下一層或者單層建筑內設置室內防火隔離帶，可以安裝可開啟采光天窗或采光天棚，并且在火災發生時或故障維修狀況下自動開啟來進行自然排煙，高效集合了采光、排煙以及隔離各大功能。如果某些建筑內部不具備自然排煙的條件，那么就必須采用機械排煙設施來設置室內防火隔離帶，進而在發生火災時完成排煙工作。值得注意的是，如果一個建筑內部同時設置了自然排煙和機械排煙時，根據不同樓層結構以及排煙流量所需要的空間，應該將其中一種設定為主要排煙設施，另一種則起到輔助和急救的作用即可，這樣做是為了確保火災發生時，能夠及時有效進行排煙，從而為人群的疏散和救援提供充足的有利條件。

4 結語

綜上所述，室內防火隔離帶排煙設施在火災發生時所起到的決定性作用，尤其是設計要點上，不容疏忽。隨著城市的發展，展覽建筑、大型購物中心，如商城和超市，以及倉庫等高大空間建筑的建造需求也越來越廣泛，因此室內防火隔離帶排煙設施的設計問題將會更加頻繁出現。比如，可以嘗試運用防火隔離帶的措施來規劃防火分區。但是，因為高大空間建筑內部放置的物品的眾多以及計算機進行火災模擬時也會存在一些細微的偏差，所以不確定因素比較多，難以嚴控。這種室內防火隔離帶排煙設施的設計和防火分區的劃分方法是否科學合理、行之有效，還需要實踐的進一步檢驗和完善。

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