王大鹏1 孙 旋 袁沙沙 周欣鑫 王志伟
中国建筑科学研究院有限公司 北京 100013
摘要：随着社会的发展，建筑功能趋于复杂，地下空间被充分利用，地下空间的特点使得消防安全变得尤为重要｡防排烟系统是保证建筑消防安全的重要系统，随着防排烟技术的不断进步，国家标准《建筑防排烟系统技术规范》即将出台｡然而，现有规范无法为所有场所提供满意的防排烟系统设计参数，仍可能存在不足之处｡文章就建筑防排烟设计需求和可能存在的问题进行分析，结合规范相关规定和防排烟技术原理探讨了可行的解决方案｡
关键词：地下空间；防排烟系统；设计
引言
地下空间是城市化进程的产物，用以满足不断增加的城市功能需求｡随着地铁、地下车库、地下商业和城市管廊等的不断涌现，地下空间火灾事故的预防与控制成为影响城市安全的重要因素。受地下空间特点的制约，地下火灾烟气排出条件与地上空间有较大差别，热量容易聚集，扑救困难，容易造成大规模人员伤亡。如果防排烟系统设计不合理，更易造成严重后果。
1､建筑防排烟系统原理
防排烟系统的构造需要满足通风和排烟两种功效，构造包括管道､管井､防火阀､手动控制装置､消防风机等，主要原理是通过对烟气的控制，确保正常工况和火灾工况时，烟气的影响区域和蔓延过程受到控制，并可有效避免烟气短时间内扩散，利于人员疏散｡其中：
防烟系统起防烟作用，阻止烟气进入所保护的空间，通常采用正压送风系统，即在一定的空间保持较高压力，阻止烟气进入；防烟分区边界设置的挡烟垂壁也可认为是防烟设施，可采用固定或活动模式。活动挡烟垂壁与火灾报警系统联动，平时隐藏于吊顶内，收到火警信号后，垂落至设定高度，形成“储烟仓”限制烟气流动，并利于排烟系统将高温烟气排出室外。
排烟系统及时排出火灾烟气，确保空间内温度、能见度保持在一定数值，保障人员安全疏散并为消防救援创造有利条件，有自然排烟和机械排烟两种模式。自然排烟方式通常采用火灾时能手动或联动开启的自然排烟窗；机械排烟方式通常划分防烟分区并设置排烟口、排烟管道和排烟风机，火灾时联动启动排烟。
一般情况下，防排烟系统均与消防联动，以保证火灾工况时启动并发挥应有的功能。在建筑设计阶段，防排烟系统作为重要的内容之一，需依据规范、特殊消防设计方案等进行设计或论证；在消防验收阶段，相关主管部门依据规范、特殊消防设计报告、功能实验等对防排烟系统进行验收。
在设计阶段，防排烟系统的型式选择、参数选取、计算方法主要依据国家规范、行业标准和地方标准，如2015年实施的《建筑设计防火规范》（GB5001-2014）规定了防排烟系统的设置原则，由于《建筑防排烟系统技术规范》尚未颁布，目前防排烟系统中排烟量的计算方法和参数选择仍主要依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）和《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）（2005版）。
2､地下空间火灾特点分析
地下空间具有不同于地面环境的特点，许多因素对消防安全会产生不利影响，因此在消防设计中，地下空间的消防要求一般严于地上空间，这些不利因素通常包括：
1）空间受束缚，烟气易积聚。为了提高空间利用率，地下空间在功能设计中更会倾向于“满足功能需求的最小空间”思想，使得很多场所为小空间，这更增加了短时间内被烟气填满的风险。而据日本相关发烟实验，在25 m2房间，内部装修材料燃烧，至10min，以10m能见度为衡量标准，烟气的体积将达到体积为2.4×105m3，可以充满每层3500m2、层高3m、23层建筑的所有空间，可见，小空间一旦失火不受控制，烟气将很快充满整个空间。
2）自然通风条件差，发烟量大。同地上建筑周边为大气的环境不同，地下空间周边一般为覆土，这减少了烟气溢出建筑的路径，自然通风条件差，氧气供给受限，易发生不完全燃烧，产生更多的烟气和有毒有害气体。
3）疏散条件不利地下空间人员需向上疏散至地面，与烟气自然蔓延方向一致，易受烟气毒害；地下空间设置通向地面的出口时易受地面条件限制，往往出口数量较少，这些情况均不利于人员疏散。
4）信号受屏蔽，传递信息比较困难。火灾状况、被困人员位置和数量、消防设备设施工作情况等信息对灭火救助十分重要。构筑空间结构的钢筋混网架、周边土层和岩石均对电磁波有屏蔽作用，未采用消防电源的信号放大器在火灾发生时断电不能工作，这些均将造成情报传递困难，延误外部救援时机。
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5）外部救援条件差地下空间无法从周边直接观测火灾概况，扑救人员从地面进入地下空间时与从地下空间疏散至地面的人流交叉，消防车一般也无法进入地下空间或从周围灭火，造成地下空间的外部救援和救援条件差。
3､地下空间防排烟系统设计
鉴于地下空间相对于地上建筑的不利因素，一般应加强对其消防设计的要求。如《建筑设计防火规范》（GB5001-2014）（以下简称《建规》）第8.5.4条规定：地下或半地下建筑（室）、地上建筑内的无窗房间，当总建筑面积大于200m2或一个房间建筑面积大于50m2，且经常有人停留或可燃物较多时，应设置排烟设施，与8.5.2条和8.5.3条中地上建筑相关要求相比，明显加强了。此外，对于经常见到的下沉广场这类场所，《建规》第6.4.12条对其排烟设施做了明确规定。
对于特殊类型的地下空间，如车库、地铁、人防工程等，国家也出台了相应国家标准或行业标准，可依据《汽车库､修车库､停车场设计防火规范》（GB50067-2014）、《地铁设计规范》（GB50157-2013）、《人民防空工程设计防火规范》（GB50098-2009）等进行相应防排烟系统设计。
对于复杂、无法划分防烟分区的高大空间，如地面低于设计地面的大型体育馆、剧院等，无法按相应规范设计排烟系统或按规范计算的排烟量巨大无法实现时，可向当地消防主管部门申请，委托有资质的单位采用特殊消防设计的方式，运用火灾规模预测、烟羽流计算公式、清晰搞定等消防工程学原理提出方案并借助烟气与疏散仿真计算进行验证，最终确定设计方案。为了方便设计人员进行相关设计，即将出台的国家标准《建筑防排烟系统技术规范》将包括消防工程学基本计算公式，列举了不同功能场所的热释放量，并对1MW至20MW火灾规模的火灾烟气的烟缕质量流量、烟气平均温度与环境温度的差、所需排烟量建立了快速查询表。
鉴于上述分析，工程中进行防排烟系统设计时可参照以下流程：
1）根据对象类型，确认是否有专业国家规范、行业标准；
2）依据《建规》及其他相关规范进行系统设计；
3）无规范可依或按规范计算无法实现的，向当地消防主管部门申请进行特殊消防设计。
当然，在实际设计中，还可能遇到特殊的技术问题，相关规范的规定比较模糊，这些可能得根据经验灵活处理，以实现既定目标。例如：选择加压送风机的风量时，是否要考虑竖井漏风的系数，因为土建竖井对于漏风率要控制在20%以上，如果不考虑漏风系数，加压效果达不到设计要求｡再如前室和楼梯间的送风量，并非越大越好，因为过大的压力会使得前室和楼梯间的门很难打开｡因此，在工程设计时，要充分考虑地下空间的特点、场所的防护和功能要求，选择合适的防排烟系统类型和参数，既满足功能要求，也要考虑投资和节能减排因素。
4.结束语
防排烟系统是地下空间非常重要的一项消防安全设施，它的正常运行，可为人员安全疏散提供重要条件，也能为保护财产和外部救援提供保障。随着消防技术的发展，更加专业的消防规范越来越完善，并随着新型建筑的出现不断的与时俱进，正如城市综合管廊正在大力推广，与之配套的专业消防规范也在紧锣密鼓的制定，而国家标准《建筑防排烟系统技术规范》也即将出台，这些最新的规范不仅契合消防理念，也在体现“以人为本”的理念。在地下空间的防排烟设计中，建议设计人员在遵守“人命第一､安全第一”的原则下，科学运用相关技术，既保证安全，也实现功能，使得防排烟系统设计成为一门艺术，而不仅仅是一门技术。
参考文献：
[1]《建筑设计防火规范》（GB5001-2014）
[2]《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
[3]《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）（2005版）。
[4]《汽车库､修车库､停车场设计防火规范》（GB50067-2014）
[5]《地铁设计规范》（GB50157-2013）
[6]《人民防空工程设计防火规范》（GB50098-2009）
[7]《建筑防排烟系统技术规范》（送审稿）
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基金项目：国家重点研发计划（2016YFC0802500）
作者简介：
王大鹏（1977-），男，硕士，高级工程师。
论文作者:王大鹏1,孙,旋,袁沙沙,周欣鑫,王志伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/30
标签：排烟论文; 地下论文; 烟气论文; 空间论文; 系统论文; 建筑论文; 火灾论文; 《防护工程》2018年第12期论文;