高層建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)規(guī)律分析及煙氣控制措施★

何勇軍 郭 蓉

(1.四川警察學(xué)院,四川 瀘州 646000； 2.瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 瀘州 646000)

1 概述

當(dāng)前高層建筑的增多在給城市帶來繁華的同時(shí),也因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣、人員密集、施救困難等諸多原因增加了消防安全隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)，往往火勢(shì)很猛，煙霧很大，經(jīng)常會(huì)造成群死群傷的嚴(yán)重后果[1]。2015年7月11日，湖北武漢紫荊嘉苑大火，住宅樓電纜豎井線路老化發(fā)生自燃，造成人員傷亡；2017年6月14日凌晨英國(guó)倫敦大火，造成多人遇難。從國(guó)內(nèi)外大量火災(zāi)案例表明，絕大部分的火災(zāi)事故中的人員傷亡都是由于吸入火災(zāi)過程中產(chǎn)生的有毒有害煙氣造成的[2,3]。因此對(duì)高層建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析、探究煙氣控制的方法等就顯得尤為重要。

2 高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)

2.1 人員疏散困難

由于高層建筑內(nèi)部功能齊全，空間結(jié)構(gòu)多變，人員來往復(fù)雜，垂直距離遠(yuǎn)，并且在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，唯一可以利用的疏散通道只有樓梯這樣的豎向通道，因此，被困人員在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)很難疏散到安全區(qū)域。當(dāng)高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，建筑內(nèi)部的裝修材料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，這使得人員的視線距離縮短，看不清安全出口或者安全疏散標(biāo)志，容易造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。

2.2 火勢(shì)蔓延迅速

高層建筑內(nèi)部垂直的通道很多，如電梯豎井，管道豎井，電纜豎井，一旦發(fā)生火災(zāi)，如果防火分隔或防火處理措施不當(dāng)，豎井就會(huì)成為火勢(shì)蔓延的途徑，煙囪效應(yīng)就會(huì)通過這些豎井很容易形成。火勢(shì)就會(huì)很快向上蔓延到樓層的其他部位。加之外部的風(fēng)力也會(huì)使火災(zāi)向相鄰的建筑物擴(kuò)散。

2.3 功能復(fù)雜，火災(zāi)荷載大，起火因素多

高層建筑一般具有很多的使用功能。很多高層建筑集餐飲、娛樂、賓館于一體。為滿足這些功能，高層建筑需要進(jìn)行大量的裝修。而裝修材料內(nèi)部含有大量的可燃物，使整個(gè)建筑物的火災(zāi)荷載增大。并且建筑物內(nèi)用電設(shè)備很多，用電量大，漏電、短路時(shí)有發(fā)生容易形成點(diǎn)火源。建筑物內(nèi)電路復(fù)雜，在安裝、使用、維修過程中也易形成潛在的點(diǎn)火源。如果在用電過程中亂拉電線，隨意增加用電荷載，就會(huì)增大火災(zāi)危險(xiǎn)性。

2.4 撲救難度大

高層建筑高達(dá)幾十米，甚至超過二三百米，現(xiàn)在的消防設(shè)備遠(yuǎn)不能滿足高層建筑對(duì)高度的要求。目前，國(guó)內(nèi)最高的消防云梯車出現(xiàn)在杭州，高度可達(dá)到101 m，約35層樓的高度；世界上先進(jìn)的消防云梯才能達(dá)到112 m，約40多層樓的高度。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高層建筑消防要求。消防隊(duì)員徒步登樓的忍耐極限是10層樓左右，再高就會(huì)因體力不支而失去戰(zhàn)斗力。建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)會(huì)很快向上蔓延，幾只消防水槍控制不住火勢(shì)。因此撲救高層建筑火災(zāi)往往難度較大。

3 高層建筑火災(zāi)的煙氣流動(dòng)規(guī)律分析

3.1 煙氣的豎向流動(dòng)

煙氣在高層建筑豎向流動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)過程受到兩種機(jī)制控制，第一種是“煙囪效應(yīng)”；第二種是湍流混合機(jī)制。具體就是豎井內(nèi)煙氣的流動(dòng)是由兩部分組成：先是煙氣從著火空間溢出后進(jìn)入豎井，沿著豎井的側(cè)壁上升，最后到達(dá)頂部，并通過豎井的上部開口流出室外；與此同時(shí)在煙氣的上升過程中，豎井內(nèi)的空氣又與煙氣進(jìn)行混合，就形成大量的渦旋流動(dòng)。在垂直空間中煙氣的上升過程和煙氣與空氣的混合過程都在不斷的吸入新鮮的空氣，且煙氣與空氣的混合過程中的混合氣體也慢慢下沉，外部的新鮮風(fēng)流就通過豎井底部開口流進(jìn)垂直的著火空間。

3.2 煙氣的橫向流動(dòng)

高層建筑火災(zāi)煙氣的橫向流動(dòng)時(shí)，對(duì)流作用是主要的原因之一?；馂?zāi)發(fā)生后，熱氣流的迅速向上翻騰和新的冷空氣的不斷向下補(bǔ)充，從而形成熱對(duì)流現(xiàn)象。隨著著火區(qū)域的不斷擴(kuò)大，溫度不斷上升，將會(huì)形成強(qiáng)烈的熱對(duì)流。在熱對(duì)流的作用下，熱氣流在上升過程中熱流量不斷增加，當(dāng)遇到障礙物或者阻礙時(shí)煙氣會(huì)向四周擴(kuò)散，這將導(dǎo)致火災(zāi)的蔓延擴(kuò)大。其煙氣膨脹的速度不斷加快，使得橫向空間充滿煙氣的時(shí)間越短。當(dāng)橫向空間充煙后，煙氣又通過建筑物左右及上下的滲漏進(jìn)入建筑內(nèi)未充煙的空間，從而引起整個(gè)建筑物的充煙甚至著火，使得火災(zāi)擴(kuò)大蔓延。

3.3 煙氣的沉降

對(duì)于高層建筑火災(zāi)，煙氣除了會(huì)在建筑物內(nèi)橫向和豎向流動(dòng)，還會(huì)因建筑結(jié)構(gòu)的阻擋而向下擴(kuò)散，即煙氣的沉降。資料顯示，對(duì)于高層建筑居民樓的火災(zāi)荷載條件下，著火房間的煙氣降至80 cm的時(shí)間一般不會(huì)超過3 min，所以房間一旦著火就會(huì)伴隨著煙氣的侵襲。這不僅使得房間的能見度降低，還使得攜帶并輻射大量熱量的空氣中含氧量減少，形成缺氧環(huán)境，并伴隨著有毒、有害和腐蝕性的物質(zhì)，從而威脅到生命及財(cái)產(chǎn)安全。

4 高層建筑火災(zāi)煙氣控制方式

4.1 防煙方式

防煙的方式主要有不燃化防煙、密閉防煙和機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)防煙。不燃化防煙不僅是采用不燃材料或難燃材料，而且建筑室內(nèi)的可燃物品也使用不燃材料或難燃材料的櫥柜存放，此外在管道穿過樓板、墻等部位要采用不燃材料封堵材料密封；密閉防煙是指利用密封性能很好的門窗和墻壁等將房間封閉起來防止火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣竄入房間的防煙方式，當(dāng)房間起火時(shí)，密閉的門和窗可以杜絕新鮮空氣流入，使著火房間因缺氧而自行熄滅。機(jī)械加壓送風(fēng)防煙系統(tǒng)是在高層建筑物內(nèi)設(shè)計(jì)加壓送風(fēng)防煙系統(tǒng)，其目的是當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)樓梯間等疏散通道內(nèi)部不受煙氣的干擾，有利于人員疏散，這就要求需要加壓的位置的門在關(guān)閉著的時(shí)候，加壓部位必須與發(fā)生火災(zāi)的樓層保持一定的壓力差。同時(shí)，在加壓地方的門打開時(shí)，在門洞斷面處從里到外必須有足夠的流速，以防止煙氣的入侵。

4.2 排煙方式

排煙方式主要有自然排煙和機(jī)械排煙。自然排煙利用火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的熱壓力和室外風(fēng)力作用，通過建筑物的窗子或門等開口把煙氣輸送至室外的排煙方式，這種排煙方式實(shí)質(zhì)上是高溫?zé)煔馀c室外冷空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，自然排煙不需要?jiǎng)恿?。窗口以及專門設(shè)置在疏散通道的排煙口都可以作為自然排煙的出口。機(jī)械排煙是利用風(fēng)機(jī)將建筑物內(nèi)部著火區(qū)域產(chǎn)生的煙氣通過排煙管道和排煙口排到室外的排煙方式。這種強(qiáng)制排煙方法有很大的優(yōu)勢(shì)。一個(gè)好的排煙系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以排除80%的熱量和大部分的煙氣，給人員疏散和滅火提供了極大的便利條件。再利用這種方法進(jìn)行排煙時(shí)，要將建筑物內(nèi)部的空間利用擋煙垂壁，隔墻劃分成不同的區(qū)域，這樣有利于排煙的效率。因此在選擇科學(xué)的排煙系統(tǒng)時(shí)，需注重自然排煙的作用。

5 結(jié)語

針對(duì)高層建筑特別是超高層建筑的火災(zāi)煙氣，切實(shí)可行的防排煙控制措施對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有很大的作用。通過對(duì)建筑火災(zāi)特點(diǎn)的分析以及建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)分析，得出了煙氣控制的一般方法，對(duì)高層建筑火災(zāi)煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。