地下空間火災(zāi)煙氣蔓延特征與排煙策略優(yōu)化

摘要：地下空間火災(zāi)發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的煙氣會(huì)在地下環(huán)境里快速擴(kuò)散開來，這即是地下空間火災(zāi)煙氣蔓延現(xiàn)象。地下空間為封閉且通道復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，較地面建筑而言，其煙氣蔓延的速度更快，擴(kuò)散的范圍也明顯更廣?，F(xiàn)對(duì)地下空間火災(zāi)煙氣蔓延的特征展開細(xì)致分析，提出了安全優(yōu)先、分區(qū)控制以及協(xié)同聯(lián)動(dòng)等排煙策略優(yōu)化原則，并對(duì)排煙通道布局、智能控?zé)熛到y(tǒng)升級(jí)及防煙分隔措施等方面進(jìn)行具體優(yōu)化，旨在提升地下空間面對(duì)火災(zāi)時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)能力。

關(guān)鍵詞：地下空間；火災(zāi)煙氣；蔓延特征；排煙策略

中圖分類號(hào)：TU998.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）06-0097-03

0 引言

地下空間是現(xiàn)代城市極為重要的構(gòu)成部分，鑒于其特殊結(jié)構(gòu)及功能特性，通常面臨更繁雜的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)狀況。地下空間火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣會(huì)迅速蔓延開來，并對(duì)人民群眾生命安全以及各類設(shè)施構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，針對(duì)地下空間火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律展開細(xì)致研究，同時(shí)，積極探尋更高效的排煙策略，已成為保障地下空間消防安全的核心課題。

1 地下空間火災(zāi)煙氣蔓延特征

1.1" 快速

地下空間因其封閉且復(fù)雜的構(gòu)造情況，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣積聚與傳播速度遠(yuǎn)高于地面建筑。火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)，由于地下空間結(jié)構(gòu)比較密閉，空氣流動(dòng)受到了限制，煙氣則快速在局部區(qū)域中聚集，進(jìn)而形成高濃度煙霧，使視距大幅下降[1]。地下空間的垂直構(gòu)造亦是造成煙氣快速蔓延的關(guān)鍵因素。煙氣在火源周邊能夠受到熱空氣的升騰推動(dòng)作用，從而迅速向上擴(kuò)散，并在層間或不同區(qū)域連接通道內(nèi)流動(dòng)，由此形成較強(qiáng)烈的對(duì)流效應(yīng)。地下停車場(chǎng)、隧道等區(qū)域一旦發(fā)生火災(zāi)，煙氣很可能沿著諸多通道擴(kuò)散開來，進(jìn)而影響處于不同樓層及不同區(qū)域的人員，產(chǎn)生極大的安全隱患。

1.2" 多向

與常規(guī)建筑有所不同，地下空間具備封閉性特點(diǎn)，其通道情況也較為復(fù)雜。因此，火災(zāi)煙氣的蔓延路徑難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。煙氣擴(kuò)散路徑通常不會(huì)局限在某一方向，而是同時(shí)向多個(gè)方向蔓延，形成全方位威脅態(tài)勢(shì)。這種煙氣的蔓延模式并非單純沿建筑縱深方向或者橫向進(jìn)行擴(kuò)展，而是受到諸多因素影響，使煙氣短時(shí)間內(nèi)快速占據(jù)大量空間，這無疑增加了逃生及救援工作的難度[2]。更為嚴(yán)重的是，地下空間一般會(huì)存在多個(gè)相互連通的房間或者區(qū)域，煙氣還會(huì)由墻體裂縫、通風(fēng)管道等途徑跳躍式擴(kuò)展，形成交錯(cuò)復(fù)雜的傳播路徑。正是這種多向性蔓延的特性，使傳統(tǒng)煙氣控制手段在地下空間應(yīng)用時(shí)面臨挑戰(zhàn)。

1.3" 積聚

積聚是指，在地下空間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，因?yàn)橥ǖ?、結(jié)構(gòu)物以及空間布局等因素帶來的影響，煙氣在某些特定區(qū)域出現(xiàn)集中堆積的情況。這種情況是地下空間的通風(fēng)條件、火源所處位置以及火災(zāi)蔓延期間熱量分布等因素共同作用產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生之際，火源產(chǎn)生的諸多熱量使空氣溫度急劇升高，從而促使煙氣加速上升。地下空間一般具備向上延伸的一定空間，熱煙氣上升過程中遭遇頂部或者天花板即會(huì)出現(xiàn)反向流動(dòng)狀況，進(jìn)而形成煙氣二次積聚現(xiàn)象。而這種煙氣的反向流動(dòng)會(huì)使上層區(qū)域的煙霧濃度更高，久而久之，煙氣會(huì)不停地聚集起來，進(jìn)而擴(kuò)大火災(zāi)所影響的范圍。

2 傳統(tǒng)地下空間排煙策略

傳統(tǒng)地下空間排煙策略一般為定風(fēng)量排煙系統(tǒng)與預(yù)設(shè)通風(fēng)通道的組合設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)思路是，在發(fā)生火災(zāi)初期即強(qiáng)制排煙風(fēng)機(jī)迅速啟動(dòng)，并沿設(shè)計(jì)路徑將煙氣由地下空間向地面或側(cè)向集中區(qū)域排出。這種策略多數(shù)體現(xiàn)為線性空間結(jié)構(gòu)，并在理想火源位置進(jìn)行排煙口布置，幾乎理想化地強(qiáng)調(diào)以最短路徑實(shí)現(xiàn)煙氣外排。

排煙系統(tǒng)對(duì)火源初發(fā)位置、煙氣蔓延路徑及結(jié)構(gòu)開口程度的依賴性較高。一旦火災(zāi)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通風(fēng)受限區(qū)域產(chǎn)生煙氣，即可沿未設(shè)排煙節(jié)點(diǎn)的路徑擴(kuò)散，以至于排煙速度滯后于蔓延速度，使局部區(qū)域因煙氣積聚形成高溫低氧環(huán)境。特別在人員密集或空間交錯(cuò)的區(qū)域，若是煙氣進(jìn)入疏散通道或垂直井道，會(huì)造成短時(shí)間的能見度驟降或熱氣流障礙，從而影響逃生引導(dǎo)工作與救援通行速度。

傳統(tǒng)策略在應(yīng)對(duì)多源煙氣、異步著火點(diǎn)、動(dòng)態(tài)擴(kuò)散路徑等復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)，通常為固定模式的響應(yīng)機(jī)制，這可能引發(fā)區(qū)域壓差紊亂、煙氣反推、路徑重疊等聯(lián)動(dòng)失衡態(tài)勢(shì)的出現(xiàn)。并且，傳統(tǒng)策略一般沒有與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)形成多個(gè)層級(jí)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，只是依靠預(yù)設(shè)的啟停條件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行控制，這缺乏對(duì)火災(zāi)態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)解析，也不具備自適應(yīng)調(diào)整能力。因此，當(dāng)火災(zāi)演化超出設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)參數(shù)時(shí)，排煙系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡就會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)煙氣蔓延路徑出現(xiàn)偏離，從而影響火災(zāi)場(chǎng)景下的煙氣組織效率，引發(fā)熱煙回流、煙控失衡、局部再聚集等潛在風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)。

3 地下空間排煙策略的優(yōu)化原則

3.1" 安全優(yōu)先

安全優(yōu)先是指，不論采取哪種排煙措施或方案，在初期設(shè)計(jì)時(shí)，需將保障人員生命安全作為首要目標(biāo)。地下空間具有封閉性強(qiáng)、通風(fēng)條件不足等特點(diǎn)，這些因素使得火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣蔓延速度較快且難以控制。因此，排煙系統(tǒng)不僅要降低煙氣濃度、改善能見度，還要為被困人員營(yíng)造出相對(duì)安全的疏散通道，從而有效降低被困人員吸入有害氣體的風(fēng)險(xiǎn)。依照安全優(yōu)先的原則，排煙系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備能即時(shí)啟動(dòng)的功能，以及依據(jù)火災(zāi)蔓延具體情況對(duì)排煙速率做出相應(yīng)調(diào)整的功能[3]。

3.2" 分區(qū)控制

地下空間排煙策略的優(yōu)化務(wù)必要緊密聯(lián)系實(shí)際狀況，遵循分區(qū)控制的原則，從而有效應(yīng)對(duì)火災(zāi)情形下煙氣不斷蔓延的問題。該原則的核心目標(biāo)是，阻攔火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣在空間中隨意蔓延的路徑，進(jìn)而為受影響區(qū)域的人員爭(zhēng)取更多安全逃生的時(shí)間。

具體來講，分區(qū)控制需依據(jù)地下空間自身布局特點(diǎn)、火災(zāi)可能出現(xiàn)的位置以及人員密集程度等諸多因素展開綜合性分析工作。每一區(qū)域所配備的排煙系統(tǒng)都應(yīng)依據(jù)該區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、通風(fēng)條件及疏散通道布局情況進(jìn)行針對(duì)性定制。例如，火源區(qū)域應(yīng)優(yōu)先設(shè)置強(qiáng)大排煙能力裝置，以此來保證煙氣能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)得到有效引導(dǎo)，同時(shí)，避免煙氣向周圍區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散。而對(duì)于相鄰區(qū)域，則可采取排煙力度相對(duì)較小的措施，但同樣也需確保該區(qū)域的煙氣不會(huì)進(jìn)入疏散通道或者關(guān)鍵區(qū)域當(dāng)中。

3.3" 協(xié)同聯(lián)動(dòng)

協(xié)同聯(lián)動(dòng)原則著重強(qiáng)調(diào)排煙作業(yè)期間各方力量的緊密配合，以實(shí)現(xiàn)高效協(xié)調(diào)運(yùn)作。該原則需不同部門、系統(tǒng)及設(shè)備在火災(zāi)發(fā)生初期即可有秩序地相互配合，以此來保障排煙相關(guān)工作得以順利推進(jìn)。

在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，地下空間的排煙工作并非依靠某一單獨(dú)系統(tǒng)進(jìn)行，而是由消防、安保、物業(yè)等多個(gè)部門共同參與并協(xié)作的[4]。消防部門應(yīng)依據(jù)火災(zāi)不同的發(fā)展階段情況啟動(dòng)排煙系統(tǒng)，并對(duì)其運(yùn)行速度加以調(diào)節(jié)，保證煙氣能被有效排放；安保人員負(fù)責(zé)保障疏散通道時(shí)刻暢通無阻，確保人員可迅速且安全地撤離現(xiàn)場(chǎng)；物業(yè)管理團(tuán)隊(duì)則需要保證排煙設(shè)備處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，認(rèn)真細(xì)致地做好設(shè)備檢查及維護(hù)等各項(xiàng)工作。該種跨部門、跨領(lǐng)域的合作方式能大幅提升排煙效率，進(jìn)而減少煙氣不斷蔓延帶來的人員安全威脅。

4 地下空間排煙策略優(yōu)化路徑

4.1" 優(yōu)化排煙通道布局

在火災(zāi)發(fā)生之際，為保證能夠?qū)煔饴忧闆r予以有效控制，并進(jìn)一步提升排煙效率，需由多方面著手對(duì)排煙通道展開系統(tǒng)性優(yōu)化。

1）空間布局方面。對(duì)于地下商場(chǎng)、車庫與地鐵等區(qū)域，排煙系統(tǒng)在布局時(shí)需考量到各個(gè)不同區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)狀況，同時(shí)，緊密結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做合理規(guī)劃安排。在開展設(shè)計(jì)工作期間，務(wù)必要保證每個(gè)區(qū)域設(shè)置的排煙口都可以有效連通至排煙通道的主要出口，絕不能出現(xiàn)因排煙路徑過長(zhǎng)致使煙氣出現(xiàn)滯留的現(xiàn)象。

2）排煙通道數(shù)量方面。層多且面積大的地下空間，僅依靠單一的排煙口，無法滿足大規(guī)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)的排煙需要。因此，排煙通道的具體數(shù)量需參照地下空間的整體面積、人員密集程度及建筑功能等因素做合理規(guī)劃安排，保證在火災(zāi)發(fā)生初期即可迅速且有效地將煙氣分散。設(shè)計(jì)通道的時(shí)候，既要考慮排煙通道本身的通行能力，也要顧及煙氣排放的效率，切不可出現(xiàn)因通道太過狹窄或排煙口設(shè)置不合理致使煙氣流速減慢的現(xiàn)象。

地下空間排煙通道較為理想的布局方式應(yīng)采用垂直通道形式，使其能夠徑直與地面或者地面之上的安全區(qū)域相互連通，減輕煙霧給地下空間帶來的影響[5]。對(duì)于較深層的地下空間，可以設(shè)置多個(gè)排煙口，以保證縱深區(qū)域的煙氣能及時(shí)被引導(dǎo)至排煙通道之中，防止在局部出現(xiàn)積聚的情況。而針對(duì)層高較高的地下空間，則可以設(shè)置具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的排煙閥門，對(duì)火災(zāi)煙氣的流動(dòng)狀況予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，并依據(jù)煙氣濃度情況對(duì)排煙量加以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

4.2" 升級(jí)智能控?zé)熛到y(tǒng)

智能控?zé)熛到y(tǒng)需運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各類煙氣探測(cè)器、溫濕度傳感器以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊整合起來，從而對(duì)地下空間的煙霧濃度、溫度變化等信息予以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[6]。當(dāng)探測(cè)到煙氣濃度超出標(biāo)準(zhǔn)或者溫度出現(xiàn)急劇上升的情況時(shí)，該系統(tǒng)可以馬上啟動(dòng)報(bào)警功能，并自動(dòng)對(duì)排煙系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)節(jié)。該過程不依靠人工干預(yù)，在火災(zāi)發(fā)生初期階段即可做到精準(zhǔn)且及時(shí)的應(yīng)對(duì)，減少由于人員疏忽或者反應(yīng)不夠迅速而產(chǎn)生的隱患。

排煙策略中極為關(guān)鍵的一點(diǎn)在于，需提升系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。傳統(tǒng)意義的排煙系統(tǒng)往往依賴固定不變的排煙模式進(jìn)行運(yùn)作，當(dāng)面對(duì)不斷變化的火災(zāi)環(huán)境時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制操作。升級(jí)后，智能控?zé)熛到y(tǒng)充分運(yùn)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析手段，能夠依據(jù)火災(zāi)實(shí)時(shí)發(fā)展?fàn)顩r做出動(dòng)態(tài)調(diào)整舉措。例如，該系統(tǒng)能依據(jù)不同火災(zāi)發(fā)展階段所呈現(xiàn)的煙氣特征，自動(dòng)挑選契合的排煙路徑，同時(shí)，也能對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速做出合理選擇，進(jìn)而切實(shí)有效地防止煙氣在其他區(qū)域出現(xiàn)二次蔓延。

4.3" 強(qiáng)化防煙分隔措施

防煙分隔墻在設(shè)計(jì)時(shí)，需契合與之相關(guān)的防火規(guī)范的各項(xiàng)要求，保證其擁有充足的耐火性能，以此防止在火災(zāi)初期階段煙氣快速向其他區(qū)域擴(kuò)散。分隔墻布局應(yīng)依據(jù)地下空間劃分的不同功能區(qū)域來安排，而且需將不同功能區(qū)域面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)全部納入考量范圍。例如，在商業(yè)區(qū)、停車場(chǎng)及儲(chǔ)藏區(qū)等場(chǎng)所中，防煙墻應(yīng)具備較良好的密封性，以保障發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域能與其他區(qū)域有效隔離，防止煙氣出現(xiàn)滲透的情況。而對(duì)于墻體材料的挑選，則應(yīng)將耐高溫性能較好、毒性較低且具備一定持久性的材料作為主要選擇對(duì)象，避免處于火災(zāi)環(huán)境時(shí)因材料原因致使分隔效果無法達(dá)到預(yù)期，甚至出現(xiàn)失效的情況。

防煙門屬于極為重要的防煙分隔手段，應(yīng)布置在樓梯間、電梯井及緊急疏散通道等地下空間的關(guān)鍵部位。需要注意的是，防煙門需擁有較高的密封性，具備自動(dòng)關(guān)閉功能。同時(shí)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還需考慮安全疏散要求，既要保證人員在面臨緊急狀況時(shí)能夠順利通行，又要防止煙氣對(duì)其他區(qū)域造成二次污染。

5 結(jié)束語

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣的擴(kuò)散路徑以及蔓延速度，會(huì)受到建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)條件以及火源自身特性等諸多因素的影響。因此，排煙系統(tǒng)須具備充足的處理能力，且能依據(jù)不同的火災(zāi)情境靈活進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此應(yīng)對(duì)火災(zāi)發(fā)生過程中煙氣蔓延引發(fā)的種種變化。未來，應(yīng)持續(xù)深化對(duì)煙氣蔓延路徑的相關(guān)研究，緊跟人工智能預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，不斷完善動(dòng)態(tài)排煙策略優(yōu)化方案，保障地下空間消防安全。

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