地下建筑排烟模式研究

现代大型商业建筑正朝着大型化、多功能化、整体化的方向发展，集商业、餐饮、游艺、文化、休闲等功能于一体，形成了业态丰富的建筑综合体。由于建筑规模庞大，功能复杂，且追求建筑的整体性和商业业态的连续性，现代大型商业建筑特别是大型地上商业建筑面积往往远超过20000ITI。为了控制大片地下商业连在一起的情形，往往采用防火墙、防火隔间、下沉广场等进行防火分隔，为了保证商业的整体性和营造空调环境，很多下沉广场平时封闭，火灾时开启屋顶自然排烟窗排烟，以营造等效于半室外的效果，这种特殊的设计也给建筑整体排烟带来了新的难题。下沉广场采用自然排烟，与下沉广场相邻的地上半封闭商业街采用机械排烟，由于商业街直接通向下沉广场，相邻区域两种不同排烟系统势必相互影响，如何有效进行排烟模式设计，优化排烟口位置，提高火灾时的排烟效率，营造人员疏散安全环境，需要进行深入论证分析。笔者将针对某具体案例进行分析。

1建筑概况与问题的提出

某城市副中心工程为4个大型综合商业地块联合开发，地下共3层，其中一、二层为商业，总面积近17万m，三层为汽车库，各地块之间相互贯通，商业规模大、功能多、人员密度大、正常运营时内部交通流线复杂，而建筑设计则需将紧急事件下人员疏散安全、功能使用便利合理、建筑美观环保作为基本的设计要求。地下商业共设置了13个下沉广场，结合防火墙、商业步行街等分隔措施将地下商业分隔为9个面积小于20000Tn的防火区块。该项目巨大的体量形成了人员密集的地下商业街区，可类比地下商业城的概念。以其中某个下沉广场地下二层为例，下沉广场采用屋顶和高位侧窗自然排烟，地下二层商业步行街采用机械排烟，与下沉广场之间拟采用挡烟垂壁进行防烟分隔，剖面如图i所示。该项目防排烟设计难点：当启动地下商业街机械排烟时，下沉广场下部向地下商业街内补风，补风气流将降低下沉广场内的自然排烟效果。因此，如何有效地进行二者之间的防烟分隔，优化布置地下商业街内的机械排烟口，减小其对下沉广场自然排烟效果的影响，以及二者均启动时，下沉广场的排烟效果如何，需要论证分析。

2地下商业街火灾排烟模拟及优化

2．1火灾场景设计

在下沉广场区域，大部分下沉广场的最底层或下部几层在每层都有一定面积的楼板覆盖区，楼板覆盖区也作为下沉广场的一部分，在此称作“下沉广场环廊区”。以下沉广场为例，为了考察环廊区的排烟策略，研究了环廊区设置机械排烟和利用下沉广场上部自然排烟窗排烟两种情形下下沉广场的排烟效果，设置了两种工况l、2。为了考察地下商业街最近排烟口离地下商业街与下沉广场之间挡烟垂壁距离对下沉广场自然排烟的影响，设置了工况3～5，如表1所示。表1下沉广场环廊区排烟策略研究工况表下沉广场地下商业街最近排烟口离商业街工况火灾规模与下沉广场之间挡烟环廊区排烟排烟垂壁距离／m下沉广场相机械排烟，洞口火灾时l邻餐厅火，与环廊区边缘8MW设有挡烟垂壁不开启下沉广场相利用下沉广场2邻餐厅火，自然排烟窗排火灾时烟，边缘无挡不开启8MW烟垂壁利用下沉广场地下商业街自然排烟窗排火灾时310火灾，1MW烟，边缘无挡开启烟垂壁利用下沉广场地下商业街自然排烟窗排火灾时415火灾，1MW烟，边缘无挡开启烟垂壁利用下沉广场地下商业街自然{{}烟窗{{}火灾时520火灾，1MW烟，边缘无挡开启烟垂壁参考上海市《建筑防排烟技术规程》对各种场所火灾规模的规定，考虑喷淋失效下的公共场所火灾，工况1、2设定火灾为t陕速时间增长火，稳定火源功率为8Mw；工况3～5中考虑地下商业街火灾，由于该区域仅作为人员交通功能，保守起见，亦考虑该处发生火灾，可能的火灾形式为座椅、垃圾桶等火灾，设定火灾为t陕速时间增长火，稳定火源功率为1Mw。笔者采用火灾动力学软件FDS进行火灾烟气仿真模拟，图2所示为工况1和工况2的建模图，图3所示为工况3～5的建模图。

2．2商业街与下沉广场之间挡烟垂壁设置

图4和图5为工况1和工况2下沉广场竖向截面的火场能见度对比和温度矢量图对比。可以看出，下沉广场环廊有机械排烟(环廊和洞口之间设置挡烟垂壁)和无消防科学与技术2o12年1月第3l卷第1期机械排烟(环廊和洞口之间无挡烟垂壁)时，下沉广场的自然排烟均能较好地将蔓延到下沉广场内的烟气排出；但在工况1下，由于环廊机械排烟形成的强迫气流对下沉广场内的自然排烟空气对流有一定的扰动，导致部分烟气被“拖曳”下来，减缓了其在下沉广场内的上升排烟速率，而下沉广场环廊无排烟时，则能通过下沉广场的排烟保证下沉广场下部较长时间的清晰空气层。综合对工况1、2的分析，建议下沉广场环廊区不设置机械排烟，均利用下沉广场顶部的自然排烟窗排烟，可实现有效排烟。

2．3地下商业街排烟口与挡烟垂壁距离

图6和图7分别为工况3、4、5过地下商业街和下沉广场竖向截面的火场能见度对比和温度矢量图对比。由图中可以看出：由于地下商业街内可燃物较少，火灾规模较小，在地下商业街的机械排烟作用下，加之在地下商业街与下沉广场之间设置了2m高的挡烟垂壁，在工况3～5三种情形下，烟气均能在1200S内被控制在地下商业街内，仅有少量烟气蔓延到下沉广场。从图7可以看出：在地下商业街排烟系统均能较好地控制烟气的前提下，当最近排烟口离挡烟垂壁的水平距离为10m和l5FO_时，机械排烟形成的强迫对流使得下沉广场内的空气流向步行街，影响下沉广场的排烟效率，对于蔓延到下沉广场的少量烟气，不利于其快速排出；而当最近排烟口离挡烟垂壁的水平距离增大至20i71时，地下商业街机械排烟系统对下沉广场的气流扰动明显减小，下沉广场内的大部分空气通过上部排烟口形成良好对流，当少量烟气蔓延到下沉广场时，也能够通过顶部排烟窗和高位侧窗快速排出。竖向截面的火场温度矢量图综合对工况3、4、5的分析，建议地下商业街内最近排烟口离地下商业街和下沉广场之间挡烟垂壁的水平距离不小于20ITI，但不应大于规范最远30m的要求。

3结论

针对某超大型地下商业建筑项目，通过火灾动力学模拟，论证了下沉广场环廊区的排烟方案和与下沉广场相邻的地下商业街机械排烟口布置方案。结果表明：

(1)下沉广场最底层或下部几层在每层都有一定的“下沉广场环廊区”，若该环廊区设置机械排烟，则机械排烟形成的强迫气流对下沉广场内的自然排烟空气对流有一定的扰动，导致部分烟气被“拖曳”下来。因此，建议下沉广场环廊区均利用下沉广场顶部的自然排烟窗，可实现有效排烟。

(2)当地下商业街内最近排烟口离地下商业街与挡烟垂壁的水平距离在2O～30rrl时，地下商业街的机械排烟系统对下沉广场的气流扰动明显减小，下沉广场内的大部分空气通过上部排烟口形成良好对流。即使烟气少量蔓延到下沉广场，也能够通过顶部排烟窗和高位侧窗快速排出。