基于仿真模擬技術(shù)的某建筑防風(fēng)雨罩設(shè)計(jì)方案消防安全特性分析

朱桂軍

摘 要 相鄰商業(yè)建筑搭建防風(fēng)雨罩可以有效改善惡劣天氣下購物觀光體驗(yàn)，但也會(huì)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，使用數(shù)值模擬軟件對不同設(shè)計(jì)方案的火災(zāi)情形下的消防安全水平進(jìn)行分析和研究，并結(jié)合模擬結(jié)果提出相關(guān)加強(qiáng)措施以進(jìn)一步提高建筑消防安全水平。

關(guān)鍵詞 防風(fēng)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(yè)建筑群可以有效提升營業(yè)規(guī)模和經(jīng)營種類的豐富性，便于顧客實(shí)現(xiàn)集中采購和多種形式的消費(fèi)體驗(yàn)。為提升顧客在惡劣天氣下的購物體驗(yàn)，減少顧客雨天在不同建筑間穿行出現(xiàn)淋濕的概率，往往采用在多棟單體建筑頂部設(shè)置防風(fēng)雨罩的方式，將建筑間原本露天的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)。

然而，增加防風(fēng)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(fēng)雨罩在遮風(fēng)擋雨的同時(shí)，也將對其覆蓋區(qū)域的排煙行為產(chǎn)生影響;其次，防風(fēng)雨罩設(shè)置以后，將會(huì)對該區(qū)域的熱量擴(kuò)散產(chǎn)生影響，可能會(huì)導(dǎo)致局部高溫的情況;同時(shí)，對比沒有設(shè)置防風(fēng)雨罩的情形，人員疏散至防風(fēng)雨罩下方后，不能完全等同于沒有遮擋的純室外區(qū)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(guān)注的內(nèi)容。

1研究對象介紹

作為占地面積較大的某商業(yè)綜合體建筑群，由于其實(shí)際使用功能需求及其美學(xué)外觀特性，兩主體建筑通過防風(fēng)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(jié)構(gòu)布局，其火災(zāi)時(shí)排煙效果以及能否滿足下部人員安全疏散要求需要進(jìn)行定量模擬分析。為研究不同情形下消防安全特性，設(shè)計(jì)了共計(jì)四種防風(fēng)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(guān)鍵特征參數(shù)的變化情況[1]。

表1給出了四種防風(fēng)雨罩的設(shè)計(jì)方案，與防風(fēng)雨罩相連的是商業(yè)建筑（表中附圖未顯示商業(yè)建筑）。其中，方案一選擇了4個(gè)區(qū)域進(jìn)行局部挑高，挑高區(qū)域四周不做遮蔽，以便于高溫?zé)煔鈴拇颂幣懦?方案二和方案三，在方案一的基礎(chǔ)上分別增大了鏤空面積或者增加了挑高區(qū)域的數(shù)量和面積;方案四則是在方案三的基礎(chǔ)上，結(jié)合防風(fēng)雨罩兩側(cè)建筑店鋪類型和出口位置，增加了一個(gè)末端的挑高，并且有針對性地選擇其他三個(gè)區(qū)域，進(jìn)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(shù)值模擬仿真

為解決對比四種方案的消防安全特性，結(jié)合實(shí)際情況，建立數(shù)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(nèi)部店鋪類型、位置及可燃物進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)了8個(gè)火災(zāi)場景，分別模擬不同方案下不同位置發(fā)生火災(zāi)之后的明火及煙氣的蔓延過程。模擬過程中，對關(guān)鍵部位的煙氣濃度、可見度、溫度、一氧化碳濃度進(jìn)行監(jiān)測。表2給出了火災(zāi)場景清單[2]。

3結(jié)果分析論證

通過對表2中火災(zāi)場景模擬，觀察和研究煙氣蔓延過程，對關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)的主要火災(zāi)特征參數(shù)進(jìn)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(zāi)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(shù)是影響該部位人員安全逃生的重要參數(shù)，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(shè)置了13個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，用以研究不同位置相關(guān)參數(shù)的變化情況。表5給出了相關(guān)發(fā)展曲線[3]。

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

4結(jié)束語

對其他火災(zāi)場景進(jìn)行模擬分析，表6給出了8個(gè)火災(zāi)場景下可用疏散時(shí)間的模擬結(jié)果。

可以發(fā)現(xiàn)不同的防風(fēng)雨棚設(shè)置方案，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以攻的可用安全疏散時(shí)間存在較為明顯的區(qū)別。通過表中數(shù)據(jù)可以看出，對于方案一頂棚排煙口設(shè)置方案，其開口位置較少，且分布不均勻，導(dǎo)致當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在位置C處時(shí)，該區(qū)域頂棚區(qū)域未設(shè)置開口，火災(zāi)煙氣上升到頂棚后無法及時(shí)排出，大量煙氣開始蓄積、沉降，火災(zāi)煙氣在起火4分鐘后會(huì)對頂層連廊區(qū)域的人員疏散帶來不利影響。

通過分析場景FA-1與FA-2發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A-1條件下，其頂層可用疏散時(shí)間僅有275s，而FA-2的頂層疏散時(shí)間大于1200s，這是由于本項(xiàng)目的共享空間南側(cè)端部設(shè)有電子顯示屏，而FA-1場景的頂棚在端部未設(shè)置開孔，這導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生后，煙氣在端部蓄積，不能及時(shí)有效的排散至室外空間，因此，火災(zāi)高溫?zé)煔庠谳^短的時(shí)間內(nèi)沉降至頂層連廊區(qū)域，對該區(qū)域的人員疏散造帶來不利影響。而工況FA-2是將南側(cè)端部的頂棚處設(shè)置2個(gè)開敞的排煙口，發(fā)生火災(zāi)后，煙氣能及時(shí)通過排煙口擴(kuò)散至室外空間，不會(huì)在端部區(qū)域大量蓄積，因此，該條件下，能為頂層連廊區(qū)域的人員提供較好的疏散條件[4]。

其他個(gè)場景下，由于頂棚設(shè)有連續(xù)或均勻設(shè)置的排煙口，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣均能通過排煙口及時(shí)排出，煙氣不會(huì)在頂棚下方大量蓄積、沉降，整個(gè)共享空間及兩側(cè)連廊均在一定時(shí)間內(nèi)具備較好的疏散環(huán)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(fēng)雨罩下方煙氣和熱量及時(shí)排出，也能為人員疏散提供更長的疏散可用時(shí)間，應(yīng)優(yōu)先采用。

同時(shí)，為進(jìn)一步提高該建筑群的整體消防安全水平，應(yīng)進(jìn)一步采取火災(zāi)荷載控制和防火保護(hù)措施，如：雨罩正下方區(qū)域不應(yīng)設(shè)置可燃物、不應(yīng)設(shè)置商業(yè)功能;雨罩材質(zhì)應(yīng)采用不燃材料;建議沿街區(qū)各店鋪內(nèi)應(yīng)配置滅火器;加強(qiáng)對雨棚鋼構(gòu)件的防火保護(hù)，保證其耐火時(shí)間不低于1.0h;確保消防車可以進(jìn)入首層街區(qū)開展滅火救援工作等。

參考文獻(xiàn)

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

[3] 潘杰.城市地下商業(yè)街火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及安全疏散模擬研究[D].長沙：湖南科技大學(xué)，2016.

[4] 姜蓬.基于數(shù)值模擬的某大廈特大火災(zāi)過程調(diào)查[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2007，13（1）：76-79.