上蓋開發(fā)式車輛段射流通風(fēng)與消防排煙研究進(jìn)展★

胡 睿,董海廣,楊 林,許淑惠

(1.北京市建筑能源高效綜合利用工程技術(shù)研究中心，北京建筑大學(xué),北京 100044；2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600)

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市交通網(wǎng)絡(luò)也日益發(fā)達(dá)，傳統(tǒng)軌道交通建造中將地上與地下空間分割利用的模式已無法應(yīng)對(duì)城市日漸匱乏的土地資源。上蓋開發(fā)是指在軌道交通途經(jīng)的地區(qū)的上方或鄰近周邊進(jìn)行民用建筑開發(fā)建設(shè)的土地開發(fā)方式。其以軌道交通為先導(dǎo)促進(jìn)城市發(fā)展，圍繞交通為城市提供配套服務(wù)，是一種新興的城市軌道交通模式。這種模式既可以提高土地使用效率、緩解日趨緊張的城市土地資源，又能夠密切軌道交通與上蓋物業(yè)的聯(lián)系，使市民出行更加便捷。開發(fā)上蓋物業(yè)可以讓交通企業(yè)和周邊物業(yè)形成造血機(jī)制，走良性發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展道路。

在我國，許多較發(fā)達(dá)的地區(qū)和城市已開始大規(guī)模開發(fā)上蓋項(xiàng)目。2012年，寧波市軌道交通1號(hào)線一期啟用天童莊車輛段與綜合基地，其上蓋物業(yè)區(qū)不僅囊括了車輛基地人員培訓(xùn)中心、員工宿舍、員工活動(dòng)中心等綜合基地建筑，還包含了商業(yè)中心、房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目等多元化物業(yè)類型。其蓋下區(qū)域則修建了檢修主廠房、運(yùn)用庫、物資總庫、維修車間等單體建筑。圖1為此項(xiàng)目蓋下運(yùn)用庫區(qū)域施工中期和完成時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)。

南京市青龍車輛段啟用于2015年7月，作為南京市4號(hào)線的配套車輛段，由于其上蓋開發(fā)的特性，大力地帶動(dòng)了周邊村鎮(zhèn)的發(fā)展，并成功開發(fā)“南京青龍地鐵小鎮(zhèn)”等產(chǎn)業(yè)園區(qū)[1]。圖2為此項(xiàng)目蓋下運(yùn)用庫的車輛停放現(xiàn)場(chǎng)。

上蓋開發(fā)模式固然為經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了巨大的效益。然而在上蓋開發(fā)設(shè)施中，消防安全是一個(gè)難以解決的問題。由于不同類別的建筑疊加建造，目前還沒有現(xiàn)行規(guī)范來規(guī)定指導(dǎo)此類建筑的消防設(shè)計(jì)，這方面的設(shè)計(jì)目前也少有成功的案例可以借鑒[2]。因此，上蓋開發(fā)式地下車輛段建筑的消防通風(fēng)及防排煙設(shè)計(jì)是目前急需解決的問題。

蓋下車輛段主要包含運(yùn)用庫、聯(lián)合檢修庫和綜合樓等設(shè)施，其中運(yùn)用庫是列車車輛停放、檢修、保養(yǎng)以及維護(hù)的重要基地。在列車運(yùn)用庫中停放和檢修的過程中，存在著諸多引起火災(zāi)的隱患，如果火勢(shì)沒有及時(shí)得到控制，還將極有可能引發(fā)蓋上物業(yè)建筑的火災(zāi)。然而目前針對(duì)于蓋下運(yùn)用庫的消防及防排煙方案較單一，而且大多數(shù)不能快速進(jìn)行消防應(yīng)對(duì)，這對(duì)正在蓬勃發(fā)展的上蓋式軌道交通的開發(fā)無疑是巨大的安全隱患之一。

由于蓋下運(yùn)用庫處于地下，一旦發(fā)生火災(zāi)，難以像地上建筑一樣及時(shí)得到外界的消防救援，所以運(yùn)用庫依靠自身的機(jī)械通排風(fēng)能力來協(xié)同防排煙是值得探究的課題。蓋下運(yùn)用庫在正常的工作狀態(tài)中，通風(fēng)系統(tǒng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)來確保庫中的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，如果在火災(zāi)來臨時(shí)，將通風(fēng)系統(tǒng)完全關(guān)閉，單靠防火卷簾、擋煙垂壁等阻隔火勢(shì)和煙氣的設(shè)備來應(yīng)對(duì)火災(zāi)，那么效果是有限的。此時(shí)，如果通風(fēng)系統(tǒng)可以通過快速的轉(zhuǎn)變協(xié)同防排煙，那么會(huì)對(duì)防排煙產(chǎn)生很大的積極作用。將蓋下運(yùn)用庫的通風(fēng)與排煙系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，不僅能提高防排煙效率，還能避免許多后期針對(duì)蓋下建筑防排煙系統(tǒng)的整改，在消防效率和建設(shè)成本控制方面都有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

上蓋開發(fā)式車輛段的火災(zāi)、排煙、通風(fēng)、消防和救援措施等研究案例，將國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分為六個(gè)部分。

1 火災(zāi)特性及數(shù)值模擬研究

1.1 火災(zāi)危險(xiǎn)性研究

對(duì)于火災(zāi)的危險(xiǎn)性，首當(dāng)其沖的要考慮引發(fā)火災(zāi)的原因和材料。經(jīng)曹會(huì)[3]統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)火災(zāi)案例中大約80%屬于電氣火災(zāi)，而由電纜短路引發(fā)的火災(zāi)又占電氣火災(zāi)的50%以上。對(duì)于地鐵火災(zāi)，亦是電氣原因所導(dǎo)致的火災(zāi)發(fā)生概率最大[4]。而列車檢修庫中的線纜往往更換周期較長(zhǎng)，故易出現(xiàn)電纜老化的情況，在檢修過程中的電壓急劇變化可能會(huì)引起線纜局部出現(xiàn)短路。

目前，我國大多數(shù)電纜的絕緣保護(hù)層使用聚氯乙烯或交聯(lián)聚乙烯等材料，這些物質(zhì)燃燒時(shí)釋放的熱量高達(dá)19 000 kJ/kg～46 000 kJ/kg，而聚氯乙烯的燃點(diǎn)卻僅為120 ℃[5]。且聚氯乙烯在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳、氯化氫等有害氣體。

對(duì)于地下大空間建筑，火災(zāi)的危險(xiǎn)性尤其突出。許林峰[6]根據(jù)當(dāng)前地下建筑空間火災(zāi)事故實(shí)施滅火救援過程中存在的問題，總結(jié)了地下建筑空間火災(zāi)事故特點(diǎn)：地下建筑空間密閉，高溫和濃煙會(huì)導(dǎo)致?lián)渚壤щy；在火災(zāi)中性面下移的影響下，環(huán)境溫度會(huì)明顯上升，短時(shí)間內(nèi)事故現(xiàn)場(chǎng)溫度可達(dá)800 ℃～900 ℃，并且著火點(diǎn)附近的溫度會(huì)更高，給消防救援以及人員疏散工作都會(huì)造成極大的負(fù)面影響。

1.2 火災(zāi)載荷研究

由于缺乏適合的測(cè)量手段，以及火災(zāi)實(shí)驗(yàn)本身具有極大的危險(xiǎn)性，進(jìn)行一套完整的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)需要的準(zhǔn)備條件要求極高，因此按照實(shí)際比例建立的大功率火災(zāi)模型實(shí)驗(yàn)非常稀少，因此對(duì)于火災(zāi)載荷的研究數(shù)據(jù)和成果還需參考各類消防規(guī)范。相關(guān)規(guī)范[7]中，說明了國內(nèi)地鐵列車的設(shè)計(jì)火災(zāi)規(guī)模通常取用7.5 MW～10.5 MW。

列車的火災(zāi)載荷與列車內(nèi)部和外部環(huán)境因素都有關(guān)系。姚小林[8]對(duì)列車內(nèi)部影響火災(zāi)載荷的因素進(jìn)行了總結(jié)和FDS軟件數(shù)值模擬研究，計(jì)算得出在不考慮旅客行李和逃生窗關(guān)閉的情況下，一等座車廂火災(zāi)熱釋放速率最大值為4.34 MW，餐車車廂最大值為4.22 MW。

對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的列車，馬紀(jì)軍等[9]以某高速列車為研究對(duì)象，對(duì)列車運(yùn)行速度為40 km/h時(shí)不同火源功率對(duì)列車火災(zāi)發(fā)展的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。計(jì)算結(jié)果表明整個(gè)列車火災(zāi)熱釋放速率最大可達(dá)20 MW，且熱釋放率在10 MW～20 MW之間變化時(shí)，對(duì)列車內(nèi)的溫度和煙氣濃度分布影響不大。

而對(duì)于列車外部的因素，則除了文獻(xiàn)外需要考慮各類規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和消防設(shè)計(jì)約束。相關(guān)地鐵防火規(guī)范說明了國內(nèi)地鐵列車的設(shè)計(jì)火災(zāi)規(guī)模通常取用7.5 MW～10.5 MW，但此規(guī)范并未給出具體的環(huán)境條件和計(jì)算要求。而建筑防排煙相關(guān)規(guī)范則針對(duì)各類建筑制訂了相應(yīng)的火災(zāi)載荷計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算式中各參數(shù)的取值作了詳細(xì)的說明。

對(duì)于列車停靠于建筑中發(fā)生火災(zāi)的情況，朱中通過錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)和FDS數(shù)值模擬方法對(duì)某城市地鐵列車的熱釋放速率進(jìn)行研究，得出在火源位于列車中部的情況下，列車停于隧道中靜止?fàn)顟B(tài)下燃燒時(shí)的熱釋放速率大小約為7 MW。

1.3 火災(zāi)數(shù)值模擬研究

由于列車的燃燒實(shí)驗(yàn)不僅花費(fèi)巨大，還存在各項(xiàng)參數(shù)難以精確測(cè)試的情況。更重要的，火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性高，為了不威脅實(shí)驗(yàn)人員的安全，大多高校和科研機(jī)構(gòu)已大量減少此類實(shí)驗(yàn)。

數(shù)值模擬是目前對(duì)于火災(zāi)實(shí)驗(yàn)較理想的研究方法。將各模擬軟件的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)整理于表1。

表1 各數(shù)值模擬軟件的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)

由表1可看出，目前可對(duì)火災(zāi)環(huán)境內(nèi)煙氣流動(dòng)情況、溫度分布和有害氣體分布以及可燃材料燃燒熱釋放速率進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計(jì)算的軟件為FDS(Fire Dynamic Simulation)，且FDS可對(duì)可燃材料和燃燒產(chǎn)物進(jìn)行定義和化學(xué)式分析，其準(zhǔn)確性也經(jīng)過了大量火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

火災(zāi)數(shù)值模擬可分為場(chǎng)模擬和區(qū)域模擬。場(chǎng)模擬主要應(yīng)用于計(jì)算火災(zāi)時(shí)的溫度分布、煙氣流動(dòng)情況、有毒氣體分布等，僅少量軟件可計(jì)算可燃材料燃燒的熱釋放速率。區(qū)域模擬則主要應(yīng)用于計(jì)算煙氣的流動(dòng)情況和溫度分布，也很少應(yīng)用于熱釋放速率的計(jì)算。

劉雪[15]通過與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)所做火災(zāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，對(duì)實(shí)驗(yàn)的建筑物建立數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，結(jié)果表明FDS軟件可用于地下車庫的火災(zāi)模擬。

對(duì)于大空間內(nèi)的火災(zāi)模擬，霍然等[16]分析了煙氣在大空間建筑內(nèi)的充填情況，得到了不同火源熱釋放速率下的煙氣填充計(jì)算模型，并在大空間實(shí)驗(yàn)廳內(nèi)進(jìn)行了全尺寸油池火對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，煙氣在大空間內(nèi)的溫度并不高，但煙氣層沉降速度很快。且計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，在大空間建筑內(nèi)仍可利用火災(zāi)區(qū)域模擬方法計(jì)算煙氣的運(yùn)動(dòng)。

在地下建筑消防中，火焰射流溫度也是極其重要的參數(shù)，頂棚射流溫度的增幅是隧道等相對(duì)封閉地下空間火災(zāi)安全的關(guān)鍵參數(shù)。Fei Tang等[17]研究了在隧道中使用頂棚排煙時(shí)，由不同高寬比燃燒器的矩形火源引起的頂棚射流溫度的增幅，結(jié)果表明，高寬比越小的燃燒器引起的頂棚射流溫度增幅越大。

對(duì)于地鐵車廂的火災(zāi)發(fā)展過程，張金[18]結(jié)合地鐵車廂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)地鐵車廂內(nèi)的火災(zāi)荷載進(jìn)行了調(diào)研分析，然后以此為基礎(chǔ)，對(duì)影響地鐵火災(zāi)安全的指標(biāo)因素進(jìn)行了總結(jié)歸納，并運(yùn)用數(shù)值模擬軟件分析了火源熱釋放速率、溫度分布特征、火焰及煙氣的蔓延過程以及轟燃現(xiàn)象。研究結(jié)果表明：在不啟用任何消防設(shè)備和設(shè)施的情況下，車廂內(nèi)火焰流將沿頂棚下方迅速蔓延，且整個(gè)車廂在短時(shí)間內(nèi)即被高溫?zé)煔馑\罩，此時(shí)車廂內(nèi)發(fā)生明顯轟燃現(xiàn)象。

在列車火災(zāi)中，對(duì)于火源熱釋放速率和產(chǎn)煙量的聯(lián)系，鐘委[19]通過火災(zāi)數(shù)值模擬得出了站廳正壓送風(fēng)時(shí)擋煙臨界風(fēng)速的預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明，當(dāng)火源功率增大到一定值后，臨界風(fēng)速將達(dá)到一個(gè)最大臨界值。且論文所建立的模型預(yù)測(cè)結(jié)果與全尺寸試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算值較為符合。

2 通風(fēng)及排煙系統(tǒng)研究

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)研究

由于本研究的通風(fēng)方案主要使用射流排風(fēng)進(jìn)行蓋下運(yùn)用庫通風(fēng)狀態(tài)下的排風(fēng)，需通過文獻(xiàn)整理對(duì)多種通風(fēng)方式進(jìn)行對(duì)比分析。

無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)尚屬于較創(chuàng)新的通風(fēng)方式。對(duì)于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的使用，國內(nèi)目前還處于嘗試階段，但已有研究表明誘導(dǎo)通風(fēng)比傳統(tǒng)風(fēng)管更適用于地下大空間結(jié)構(gòu)。田利偉等[20]采用庫內(nèi)干球溫度、濕黑球溫度、通風(fēng)量、換氣效率與能量利用系數(shù)等環(huán)境與熱環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算分析了運(yùn)用庫內(nèi)不同熱源強(qiáng)度下誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的排熱效果，結(jié)果表明，誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)可有效排除庫內(nèi)余熱以及改善各作業(yè)面的熱環(huán)境參數(shù)，使工作車間更宜于人體舒適度。李茜[21]對(duì)中國成都市某地下車庫采用無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)時(shí)的氣流組織使用CFD軟件進(jìn)行模擬分析，通過改變送排風(fēng)口的相對(duì)位置、噴嘴的射流角度、送排風(fēng)機(jī)壓差引起的氣流和誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)射流氣流的相對(duì)關(guān)系等，總結(jié)了無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，并證明了無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)能達(dá)到理想的通風(fēng)效果。

對(duì)于無風(fēng)管誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的射流理論，常琳[22]對(duì)此進(jìn)行了匯總分析，并進(jìn)行風(fēng)機(jī)陣列排布的流場(chǎng)測(cè)試，通過測(cè)試單臺(tái)風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)的流場(chǎng)分布，驗(yàn)證了射流理論在地下空間的適用性。且在實(shí)際地下車庫中進(jìn)行了熱煙實(shí)驗(yàn)測(cè)試射流風(fēng)機(jī)用于輔助排煙的效果，研究結(jié)果表明所采用的射流模型是正確的。

對(duì)于上蓋開發(fā)的地鐵車輛段運(yùn)用庫通風(fēng)的主要通風(fēng)方案，曾雯[23]將之總結(jié)為四個(gè)：方案一為機(jī)械排煙兼風(fēng)管通風(fēng)系統(tǒng)(共用風(fēng)機(jī)和風(fēng)管)外加壁掛式風(fēng)扇；方案二為機(jī)械排煙兼風(fēng)管通風(fēng)系統(tǒng)(共用風(fēng)機(jī)和風(fēng)管)外加大型工業(yè)吊扇；方案三為機(jī)械排煙兼風(fēng)管通風(fēng)系統(tǒng)(分設(shè)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管)外加壁掛式風(fēng)扇；方案四為誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)外加壁式強(qiáng)力排風(fēng)機(jī)。不論使用何種通風(fēng)方式，運(yùn)用庫的庫內(nèi)熱環(huán)境對(duì)于工作人員的健康和安全是必須要考慮的因素。不同季節(jié)下的庫內(nèi)熱環(huán)境各不相同，鄒磊等[24]通過對(duì)夏熱冬冷地區(qū)長(zhǎng)沙的兩個(gè)運(yùn)用庫內(nèi)的通風(fēng)量、通風(fēng)形式和庫內(nèi)熱環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示采用蒸發(fā)冷卻下送風(fēng)系統(tǒng)的庫內(nèi)熱舒適性更好，庫內(nèi)濕球黑球溫度達(dá)標(biāo)率為90%。

在使用數(shù)值模擬法對(duì)通風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行各類參數(shù)的計(jì)算時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)果偏差。李斯文等[25]對(duì)地下大空間通風(fēng)系統(tǒng)的氣流組織進(jìn)行了研究，并選取一典型地下水電站主廠房發(fā)電機(jī)層為研究對(duì)象。研究表明，在模擬結(jié)果出現(xiàn)偏差時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮改善各風(fēng)口風(fēng)量數(shù)據(jù)和與模擬研究區(qū)域相通的大尺寸通風(fēng)口、隧道等，且參數(shù)設(shè)置需要與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，合理描述其邊界條件以提高計(jì)算準(zhǔn)確度。

對(duì)于火災(zāi)等緊急情況下的通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)變研究，是目前較為缺少的研究?jī)?nèi)容。Kubinyecz Vladimir等[26]提出，目前大多數(shù)研究側(cè)重于確定一些火災(zāi)相關(guān)參數(shù)(通風(fēng)時(shí)空氣臨界速度、煙氣層距離、煙層最高溫度或煙氣和污染物最大濃度等)的具體數(shù)值，因此缺乏應(yīng)急模式下與通風(fēng)系統(tǒng)配套的排煙模式的高效利用研究，而這也是本研究側(cè)重的對(duì)象之一。

2.2 排煙系統(tǒng)研究

對(duì)于上蓋開發(fā)式建筑的防排煙研究案例，還需結(jié)合一些典型大空間建筑的研究案例，以全面地對(duì)防排煙研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)。

首先從建筑內(nèi)的防排煙設(shè)施入手，分析整理各類防排煙設(shè)施的布置與運(yùn)行方案對(duì)排煙效果的影響。

針對(duì)徐州市軌道交通1號(hào)線杏山子車輛段項(xiàng)目E地塊的蓋下建筑，李志明等采用FDS數(shù)值模擬的方法對(duì)項(xiàng)目方案在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的火焰蔓延、溫度分布及煙氣流動(dòng)等現(xiàn)象變化規(guī)律進(jìn)行了分析，通過評(píng)估運(yùn)用庫、檢修庫等蓋下建筑的消防安全性，針對(duì)消防系統(tǒng)管理提出了建議：機(jī)械排煙系統(tǒng)常閉排煙口應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開啟、聯(lián)動(dòng)開啟以及遠(yuǎn)程開啟功能，以確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)機(jī)械排煙系統(tǒng)的及時(shí)有效啟用。在大型的廠房或地下建筑中，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)在防排煙中也起著很關(guān)鍵的作用，RuoJun Wang等[27]利用FDS模擬軟件對(duì)地鐵車站防火安全系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了計(jì)算分析，通過分析煙氣流動(dòng)特性及溫度、一氧化碳濃度和能見度分布，得出在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行下，煙氣蔓延未達(dá)到對(duì)人體產(chǎn)生重大威脅的程度。

對(duì)于機(jī)械排煙系統(tǒng)，排煙口位置的不同會(huì)導(dǎo)致排煙效果的巨大差異。劉雪通過FDS模擬分析得出，在同一時(shí)刻，相同位置處側(cè)排煙時(shí)的煙氣溫度和煙氣濃度要小于下排煙的情況，而能見度要大于下排煙的情況。且當(dāng)建筑物的排煙系統(tǒng)不作改變時(shí)，補(bǔ)風(fēng)量的改變對(duì)排煙效果的影響比較小，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)可以為著火空間內(nèi)的疏散人群補(bǔ)充氧氣以及稀釋有毒氣體的濃度，且不會(huì)延長(zhǎng)著火空間內(nèi)的危險(xiǎn)時(shí)間作用。排煙位置和方式還會(huì)對(duì)頂棚最高溫度和溫層產(chǎn)生很大的影響。Yuantao Zhu等[28]在8∶1的 縮尺寸模型隧道中進(jìn)行了排煙口最佳長(zhǎng)寬比的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，側(cè)向排煙系統(tǒng)主要影響煙層橫向溫度分布，且橫向溫度分布曲線呈現(xiàn)出良好的分層現(xiàn)象，煙層最大溫度點(diǎn)還會(huì)隨著側(cè)向排煙系統(tǒng)移動(dòng)向側(cè)向排煙口方向偏移。

長(zhǎng)距離隧道中的排煙與車輛段蓋下檢修庫很類似，其都屬于相對(duì)封閉的大空間，且一般縱深較長(zhǎng)。胡隆華[29]依據(jù)所開展的全尺寸模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出隧道橫向排煙系統(tǒng)中設(shè)置火災(zāi)機(jī)械排煙和補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，總體上應(yīng)遵循“遠(yuǎn)端補(bǔ)風(fēng)、近端排煙”的策略，若補(bǔ)風(fēng)口和排煙口的位置太近，排煙形成的風(fēng)壓將與補(bǔ)風(fēng)口形成局部“短路”效應(yīng)，導(dǎo)致排煙效率降低。李建[30]以國內(nèi)某一在建地鐵區(qū)間隧道的送風(fēng)機(jī)布置方案為研究案例，研究表明，當(dāng)火源附近足夠數(shù)量的送風(fēng)風(fēng)機(jī)開啟后，額外增加距離火源較遠(yuǎn)的送風(fēng)風(fēng)機(jī)并不會(huì)顯著提升系統(tǒng)排煙效率，且即使開啟風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)一致，開啟火源所在區(qū)段兩端的風(fēng)機(jī)排煙效果明顯好于開啟其他風(fēng)機(jī)。

針對(duì)排煙形式的選擇，Lyubomirov等[31]采用基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬器(FDS)進(jìn)行研究，對(duì)自然排煙、靜態(tài)排煙和動(dòng)態(tài)排煙在一個(gè)大的中庭進(jìn)行了模擬，并將計(jì)算結(jié)果與全尺寸燃燒試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果說明，靜態(tài)排煙是大功率火源火災(zāi)的較好選擇，而動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)于小功率火災(zāi)最好，并提出了一種可持續(xù)的新型動(dòng)靜排煙混合設(shè)計(jì)，可在排煙中實(shí)現(xiàn)較低的煙溫和較高的煙層界面高度。

對(duì)于煙氣在建筑中的逆流，抑制煙氣逆流的誘導(dǎo)氣流組織是評(píng)價(jià)排煙系統(tǒng)控?zé)熜Ч闹匾獏?shù)，Xuepeng Jiang等[32]通過縮小尺寸隧道模型試驗(yàn)，針對(duì)不同熱釋放速率的隧道火災(zāi)，提出了誘導(dǎo)氣流速度和煙氣逆流長(zhǎng)度的擬合公式并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)證明。結(jié)果表明，當(dāng)煙氣無量綱逆流長(zhǎng)度大于4時(shí)，排煙口面積對(duì)誘導(dǎo)氣流的速度和煙氣逆流長(zhǎng)度的影響很小，且煙層逆流長(zhǎng)度與誘導(dǎo)氣流速度的關(guān)系受火源熱釋放速率的影響較大。

對(duì)于上蓋開發(fā)式建筑，在進(jìn)行防煙分區(qū)劃分時(shí)，需要考慮到廠房?jī)?nèi)自然通風(fēng)和蓋下作業(yè)區(qū)域?qū)ιw上物業(yè)開發(fā)區(qū)域的影響。劉正清[33]提出，帶有上蓋物業(yè)開發(fā)的車輛段通風(fēng)排煙設(shè)計(jì)要結(jié)合上蓋物業(yè)開發(fā)要求，并利用自然通風(fēng)井最大限度地改善蓋下環(huán)境。并且車輛段的運(yùn)用庫采用機(jī)械排煙時(shí)，要合理劃分防煙分區(qū)，使每個(gè)防煙分區(qū)都要有可滿足排煙量要求的機(jī)械排煙設(shè)施。

2.3 通風(fēng)與排煙聯(lián)合研究

利用數(shù)值模擬分析，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)與排煙聯(lián)合系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的射流排風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量、風(fēng)速、射流方向與風(fēng)機(jī)開啟陣列的控制，以及具體的控制方案進(jìn)行研究，使通風(fēng)系統(tǒng)既可獨(dú)立完成運(yùn)用庫的通風(fēng)要求，也能聯(lián)合排煙系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)防排煙，其在設(shè)計(jì)思路上具有極大的創(chuàng)新性。

目前大部分研究將上蓋式建筑蓋下區(qū)域排煙系統(tǒng)與其他非應(yīng)急條件下的工作系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)的想法僅停留在理論階段。于斌[34]提出，現(xiàn)今的地下車庫消防設(shè)計(jì)中，排風(fēng)和排煙共用一套系統(tǒng)是現(xiàn)階段消防安全設(shè)計(jì)中較為高效的一種系統(tǒng)模式。將排煙與排風(fēng)裝置同時(shí)投入運(yùn)行，能夠最大程度上提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，也能減少多余的試運(yùn)行步驟。

李莉莉[35]提出，當(dāng)計(jì)算排風(fēng)量大于計(jì)算排煙量時(shí)，為節(jié)省車庫的豎向利用層高，合用管道系統(tǒng)，此時(shí)風(fēng)機(jī)應(yīng)按各自風(fēng)量分別設(shè)置；當(dāng)計(jì)算排風(fēng)量與計(jì)算排煙量相近時(shí)，為考慮節(jié)能，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)將排風(fēng)和排煙分別設(shè)置風(fēng)機(jī)；而在排風(fēng)量遠(yuǎn)小于排煙量的情況下，應(yīng)考慮選擇雙速耐高溫排煙風(fēng)機(jī)，低速時(shí)可作排風(fēng)用，高速時(shí)作排煙用。

當(dāng)一個(gè)單體建筑存在多種排煙方式時(shí)，不同的排煙方式互相存在影響。Hua Yang等[36]對(duì)某在建高鐵站地下站臺(tái)進(jìn)行改造時(shí)，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬方法對(duì)機(jī)械式排煙系統(tǒng)、移動(dòng)式排煙系統(tǒng)以及兩者結(jié)合的三種煙氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械防煙系統(tǒng)有效啟動(dòng)的情況下，如果移動(dòng)排煙系統(tǒng)使用不當(dāng)，會(huì)使煙氣擴(kuò)散到鄰近的室內(nèi)區(qū)域。故在機(jī)械排煙系統(tǒng)有效啟動(dòng)的情況下，排煙應(yīng)主要依靠機(jī)械排煙系統(tǒng)。而在恰當(dāng)使用移動(dòng)式排煙系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械排煙系統(tǒng)有效啟動(dòng)的情況下，可在機(jī)械排煙有效的同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行控制。

3 人員疏散研究

閻衛(wèi)東等[37]利用 Pathfinder 軟件對(duì)沈陽建筑大學(xué)圖書館進(jìn)行疏散仿真研究，模擬人員疏散情況，分析火災(zāi)時(shí)人員疏散行為特征、樓梯利用率及堵塞情況、疏散出口通過率以及人員安全疏散時(shí)間。

李寶玉等[38]以軌道交通地下站為例，構(gòu)建了地鐵站建筑結(jié)構(gòu)以及人員特性仿真環(huán)境，用FDS模擬軟件對(duì)不同條疏散通道、疏散出口、樓梯口下的地鐵站進(jìn)行疏散模擬分析，進(jìn)而疏散模擬結(jié)果分析，總結(jié)出影響人員疏散的關(guān)鍵因素，為地鐵站火災(zāi)應(yīng)急管理提供基礎(chǔ)。

汪志雷等[39]通過FDS+EVAC軟件模擬地鐵列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)的情況下，列車進(jìn)站疏散和就地疏散兩種方式的疏散情況。通過對(duì)比相同時(shí)間點(diǎn)上車廂內(nèi)CO，CO2含量及溫度的分布情況，分析兩種疏散方式在特定情況下的疏散效果，明確影響疏散的限制條件。

目前研究主要針對(duì)人員安全疏散中的疏散時(shí)間、疏散路徑、疏散影響因素及疏散行為等方面，而關(guān)于火災(zāi)情況下列車檢修庫疏散研究較少。在此通過FDS火災(zāi)數(shù)值模擬軟件對(duì)檢修庫火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展過程進(jìn)行數(shù)值模擬，通過Pathfinder人員疏散模擬軟件對(duì)檢修庫火災(zāi)時(shí)期人員安全疏散過程進(jìn)行模擬分析，將火災(zāi)數(shù)值模擬結(jié)果與人員疏散模擬進(jìn)行耦合分析，對(duì)所研究的檢修庫的人員疏散是否合理進(jìn)行分析。

4 目前研究中存在問題及解決思考

1)由于上蓋開發(fā)式車輛段建設(shè)成本高，技術(shù)也相對(duì)復(fù)雜，目前在車輛段完成的成熟消防設(shè)計(jì)案例并不多。且上蓋物業(yè)開發(fā)是將車輛段、汽車停車庫、商業(yè)建筑和住宅等疊加建造，車輛段屬于工業(yè)用房，汽車停車庫和商住宅等屬于民用建筑，多種類型的建筑需要依照不同的消防規(guī)范進(jìn)行消防建設(shè)。雖然地鐵、動(dòng)車等軌道交通維護(hù)檢修設(shè)施的消防設(shè)計(jì)規(guī)范已日趨完善，各類檢修廠房也有相應(yīng)的消防設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，但由于上蓋式建筑的特殊性，上蓋物業(yè)開發(fā)性質(zhì)與蓋下工業(yè)用房性質(zhì)存在一定的消防設(shè)計(jì)上的矛盾，以致目前還沒有完善的整體規(guī)范指導(dǎo)。

2)在車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)與蓋下車輛段的設(shè)計(jì)中一般存在完全獨(dú)立的兩個(gè)消防系統(tǒng)，互不干擾，通過結(jié)構(gòu)樓板進(jìn)行了上下消防分割，且結(jié)構(gòu)梁、板、柱均要求滿足規(guī)范要求耐火時(shí)限[40]。但火勢(shì)的蔓延也會(huì)令防火隔溫層難以長(zhǎng)時(shí)間隔絕火災(zāi)。這體現(xiàn)出目前上蓋物業(yè)區(qū)域與蓋下工業(yè)區(qū)域消防設(shè)計(jì)的不契合，僅有防火分隔設(shè)計(jì)難以達(dá)到理想的消防效果。

3)對(duì)于蓋下區(qū)域的消防設(shè)計(jì)，目前主要沿用傳統(tǒng)的排煙系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)分離設(shè)計(jì)的方式，然而傳統(tǒng)的機(jī)械排煙系統(tǒng)在應(yīng)用于地下長(zhǎng)大空間時(shí)效果十分有限。對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目前主要使用傳統(tǒng)風(fēng)管進(jìn)行送排風(fēng)[41]，而風(fēng)管系統(tǒng)不僅改造維護(hù)成本高，也難以在消防方面起到作用。

4)要防止蓋下區(qū)域的火災(zāi)對(duì)上蓋物業(yè)產(chǎn)生影響，目前只能從提高蓋下區(qū)域的防火排煙效果入手，而啟用無風(fēng)管誘導(dǎo)排風(fēng)系統(tǒng)，并使之可用于協(xié)同排煙，是一種極富創(chuàng)新且潛力極大的新型消防設(shè)計(jì)。

5)根據(jù)規(guī)范[42]，室內(nèi)凈高大于8 m時(shí)，應(yīng)按無噴淋場(chǎng)所對(duì)待，對(duì)于此類蓋下區(qū)域來講，可通過改變庫內(nèi)射流風(fēng)機(jī)的射流角度，并聯(lián)合無風(fēng)管誘導(dǎo)排煙系統(tǒng)，使射流風(fēng)機(jī)協(xié)同機(jī)械排煙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣擴(kuò)散的控制，以及對(duì)機(jī)械排煙系統(tǒng)排煙效率的提升。