基于仿真模擬技術的某建筑防風雨罩設計方案消防安全特性分析

朱桂軍

摘 要 相鄰商業建筑搭建防風雨罩可以有效改善惡劣天氣下購物觀光體驗，但也會對排煙、散熱和人員疏散安全性等消防安全特性帶來影響。本文借助火災風險評估方法，使用數值模擬軟件對不同設計方案的火災情形下的消防安全水平進行分析和研究，并結合模擬結果提出相關加強措施以進一步提高建筑消防安全水平。

關鍵詞 防風雨棚;防排煙;仿真模擬;消防安全

引言

由多棟單體組成的商業建筑群可以有效提升營業規模和經營種類的豐富性，便于顧客實現集中采購和多種形式的消費體驗。為提升顧客在惡劣天氣下的購物體驗，減少顧客雨天在不同建筑間穿行出現淋濕的概率，往往采用在多棟單體建筑頂部設置防風雨罩的方式，將建筑間原本露天的區域進行保護。

然而，增加防風雨罩將可能對建筑群的消防安全特性帶來影響。首先，增加的防風雨罩在遮風擋雨的同時，也將對其覆蓋區域的排煙行為產生影響;其次，防風雨罩設置以后，將會對該區域的熱量擴散產生影響，可能會導致局部高溫的情況;同時，對比沒有設置防風雨罩的情形，人員疏散至防風雨罩下方后，不能完全等同于沒有遮擋的純室外區域，身處此處的行人的人身安全是否可以得到保證，也是需要關注的內容。

1研究對象介紹

作為占地面積較大的某商業綜合體建筑群，由于其實際使用功能需求及其美學外觀特性，兩主體建筑通過防風雨罩連接。雨罩下方凈空高度大、覆蓋面積廣、局部鏤空或挑空，采用了自然排煙方式。作為大空間結構布局，其火災時排煙效果以及能否滿足下部人員安全疏散要求需要進行定量模擬分析。為研究不同情形下消防安全特性，設計了共計四種防風雨罩的方案，用于對比排煙、散熱過程中溫度、煙氣濃度、能見度、一氧化碳濃度等關鍵特征參數的變化情況[1]。

表1給出了四種防風雨罩的設計方案，與防風雨罩相連的是商業建筑（表中附圖未顯示商業建筑）。其中，方案一選擇了4個區域進行局部挑高，挑高區域四周不做遮蔽，以便于高溫煙氣從此處排出;方案二和方案三，在方案一的基礎上分別增大了鏤空面積或者增加了挑高區域的數量和面積;方案四則是在方案三的基礎上，結合防風雨罩兩側建筑店鋪類型和出口位置，增加了一個末端的挑高，并且有針對性地選擇其他三個區域，進一步增加挑高的高度，以使得煙氣可以以更大的流量排出。

2數值模擬仿真

為解決對比四種方案的消防安全特性，結合實際情況，建立數值模擬模型，如圖1所示。

參照可信最不利原則，通過對建筑內部店鋪類型、位置及可燃物進行調研統計，設計了8個火災場景，分別模擬不同方案下不同位置發生火災之后的明火及煙氣的蔓延過程。模擬過程中，對關鍵部位的煙氣濃度、可見度、溫度、一氧化碳濃度進行監測。表2給出了火災場景清單[2]。

3結果分析論證

通過對表2中火災場景模擬，觀察和研究煙氣蔓延過程，對關鍵監測點的主要火災特征參數進行分析，可以得出不同方案下的消防安全特征。表3和表4分別給出了火災場景F0煙氣蔓延過程和能見度變化過程。

頂部樓層的溫度和一氧化碳濃度等參數是影響該部位人員安全逃生的重要參數，模擬過程中在頂層安全出口及疏散走道相對高度2米處設置了13個監測點，用以研究不同位置相關參數的變化情況。表5給出了相關發展曲線[3]。

通過以上過程和監測曲線可知：在模擬時間243s內，頂層連廊區域的能見度低于10m。次頂層及以下區域的能見度均在10m以上。在模擬時間1000s內，整個空間內的溫度均小于60℃;在模擬時間579s時，頂層連廊區域的CO濃度低于500ppm;綜上所述，該場景頂層可用安全疏散時間（ASET）為243s，其他區域的可用安全疏散時間大于1000s。

4結束語

對其他火災場景進行模擬分析，表6給出了8個火災場景下可用疏散時間的模擬結果。

可以發現不同的防風雨棚設置方案，在火災發生時可以攻的可用安全疏散時間存在較為明顯的區別。通過表中數據可以看出，對于方案一頂棚排煙口設置方案，其開口位置較少，且分布不均勻，導致當火災發生在位置C處時，該區域頂棚區域未設置開口，火災煙氣上升到頂棚后無法及時排出，大量煙氣開始蓄積、沉降，火災煙氣在起火4分鐘后會對頂層連廊區域的人員疏散帶來不利影響。

通過分析場景FA-1與FA-2發現，FA-1條件下，其頂層可用疏散時間僅有275s，而FA-2的頂層疏散時間大于1200s，這是由于本項目的共享空間南側端部設有電子顯示屏，而FA-1場景的頂棚在端部未設置開孔，這導致火災發生后，煙氣在端部蓄積，不能及時有效的排散至室外空間，因此，火災高溫煙氣在較短的時間內沉降至頂層連廊區域，對該區域的人員疏散造帶來不利影響。而工況FA-2是將南側端部的頂棚處設置2個開敞的排煙口，發生火災后，煙氣能及時通過排煙口擴散至室外空間，不會在端部區域大量蓄積，因此，該條件下，能為頂層連廊區域的人員提供較好的疏散條件[4]。

其他個場景下，由于頂棚設有連續或均勻設置的排煙口，火災產生的煙氣均能通過排煙口及時排出，煙氣不會在頂棚下方大量蓄積、沉降，整個共享空間及兩側連廊均在一定時間內具備較好的疏散環境。

綜上可知，方案二及方案四提供了比方案一和方案三更好的防排煙性能，能更好地保障防風雨罩下方煙氣和熱量及時排出，也能為人員疏散提供更長的疏散可用時間，應優先采用。

同時，為進一步提高該建筑群的整體消防安全水平，應進一步采取火災荷載控制和防火保護措施，如：雨罩正下方區域不應設置可燃物、不應設置商業功能;雨罩材質應采用不燃材料;建議沿街區各店鋪內應配置滅火器;加強對雨棚鋼構件的防火保護，保證其耐火時間不低于1.0h;確保消防車可以進入首層街區開展滅火救援工作等。

參考文獻

[1] 建筑設計防火規范：GB50014-2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[2] 黃瀚峰.中庭教學樓火災煙氣模擬與疏散對策研究[D].成都：西南石油大學，2015.

[3] 潘杰.城市地下商業街火災風險評價及安全疏散模擬研究[D].長沙：湖南科技大學，2016.

[4] 姜蓬.基于數值模擬的某大廈特大火災過程調查[J].燃燒科學與技術，2007，13（1）：76-79.