無柱防火分隔設(shè)施在商業(yè)綜合體應(yīng)用中的防煙有效性研究

引言

在實(shí)際應(yīng)用中，防火分隔設(shè)施可在一定時間內(nèi)將火勢控制在指定空間內(nèi)，阻止火勢蔓延，并隔斷火焰和熱量。由于大型購物中心、醫(yī)院等場所人流量大，可燃物多，火災(zāi)風(fēng)險高，為防止火勢、煙氣蔓延，防火分隔設(shè)施成為當(dāng)代消防系統(tǒng)中必不可少的組成部分。傳統(tǒng)防火分隔設(shè)施有防火卷簾、防火玻璃、防火墻等，而無柱防火分隔設(shè)施類似傳統(tǒng)的防火卷簾，其主要功能是在水平方向上分隔防火區(qū)域，控制火勢，減少火災(zāi)損失。目前，針對傳統(tǒng)防火卷簾的研究主要聚焦于對開閉時間、運(yùn)行可靠性以及可燃物布置距離等關(guān)鍵參數(shù)的定量分析。為深入探究防火卷簾在火災(zāi)場景中的動態(tài)作用機(jī)制，邢哲理等人創(chuàng)新性地構(gòu)建了“單室一走廊”模型實(shí)驗(yàn)臺，并配備了先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其研究結(jié)果顯示，在火源熱釋放速率（HRR）達(dá)到峰值后，防火卷簾的關(guān)閉會顯著加速煙氣的積聚過程，從而對逃生人員的安全構(gòu)成直接威脅[1]。余后進(jìn)一步從工程實(shí)踐角度出發(fā)，對防火卷簾的運(yùn)行可靠性進(jìn)行了量化評估，明確指出電源故障、物品遮擋以及防火分區(qū)內(nèi)卷簾數(shù)量過多是導(dǎo)致其運(yùn)行可靠性降低的主要因素[2]。此外，為科學(xué)界定防火卷簾兩側(cè)可燃物的安全布置距離，于進(jìn)江等人借助數(shù)值模擬技術(shù)，模擬了多種火災(zāi)場景，成功推導(dǎo)出卷簾兩側(cè)可燃物布置距離的經(jīng)驗(yàn)公式，為防火設(shè)計提供了重要參考[3]。本文聚焦于驗(yàn)證無柱防火分隔設(shè)施在商業(yè)綜合體中的防煙有效性4，通過實(shí)驗(yàn)手段揭示其在實(shí)際火災(zāi)場景中的防煙性能與作用機(jī)制，以期為提升商業(yè)綜合體的消防安全水平提供科學(xué)依據(jù)。

一、系統(tǒng)構(gòu)造和設(shè)置位置的必要性分析

（一）系統(tǒng)構(gòu)造

無柱防火分隔設(shè)施具有兩個或兩個以上垂直卷繞式單卷軸重疊獨(dú)特技術(shù)搭接組成的幕式“防火分隔設(shè)施”，中間無須增加立柱和導(dǎo)軌，就可將整個異形建筑結(jié)構(gòu)洞口完全分隔5，形成一道可移動的防火屏障。該系統(tǒng)構(gòu)造主要涵蓋四種類型，包括直線/曲線型搭接結(jié)構(gòu)、直角轉(zhuǎn)彎型搭接結(jié)構(gòu)以及T型（分支型）搭接結(jié)構(gòu)與Y型（匯合型）搭接結(jié)構(gòu)。各類構(gòu)造均通過特定的設(shè)計實(shí)現(xiàn)簾面之間的無縫直接搭接，以滿足不同建筑布局與防火分隔需求。簾布分段搭接示意圖如圖1所示。

圖1簾布分段搭接示意圖

（二）設(shè)置位置的必要性

根據(jù)以往項目的工程實(shí)例，無柱防火分隔設(shè)施主要應(yīng)用在樓扶梯開口、走道、店鋪門口處。

首先，針對樓扶梯開口處，傳統(tǒng)防火卷簾因需在立柱側(cè)安裝導(dǎo)軌，往往會對空間視覺效果和空間開闊性造成一定影響。然而，在商業(yè)綜合體的樓梯開口處，業(yè)主通常追求視覺效果、無視線阻礙以及空間開闊的設(shè)計目標(biāo)，因此有意減少在此處安放阻擋物（如立柱）。無柱防火分隔設(shè)施恰好滿足了這一需求，其無須導(dǎo)軌的輔助就能夠在樓扶梯開口處能夠保持開闊的視野和流暢的空間感，同時又能有效發(fā)揮防火分隔的作用，確保了建筑的安全性。其次，走道作為主要的疏散通道，其安全性直接關(guān)系人員的生命安全。傳統(tǒng)卷簾在全部關(guān)閉后，可能會將疏散人群限制在封閉區(qū)域內(nèi)，增加了疏散難度和風(fēng)險。無柱防火分隔設(shè)施采用內(nèi)外搭接的構(gòu)造形式，具有優(yōu)異的防火性能。這種設(shè)計使得疏散通道在火災(zāi)等緊急情況下能夠保持暢通無阻，為人們提供更安全的疏散路徑和更長的疏散時間，從而有效提升建筑的整體安全性。最后，對于店鋪而言，傳統(tǒng)卷簾箱的高度往往較高，這會導(dǎo)致店鋪門頭吊頂?shù)陀诠矃^(qū)域天花板，影響店鋪的整體美觀和視覺效果。無柱防火分隔設(shè)施具有更小體積的卷簾箱設(shè)計，使得店鋪門頭吊頂能夠與公共區(qū)域天花板平齊，既滿足了防火分隔的要求，又保證了店鋪的裝修效果和空間利用率。這種設(shè)計不僅提升了店鋪的商業(yè)價值，還滿足現(xiàn)代商業(yè)綜合體對于美觀和實(shí)用性的雙重追求。

二、防煙性能實(shí)驗(yàn)概況

（一）試件材料及搭建

試件采用無柱防火分隔設(shè)施實(shí)際應(yīng)用時的搭接形式，在火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室搭建一連廊，包含三組拼接防火分隔材料、石膏板墻板、彩鋼板頂板、龍骨，并配備發(fā)煙裝置、壓差裝置、溫濕度裝置、溫度場裝置、風(fēng)速儀及攝像裝置等實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備[6-7]，現(xiàn)場試件情況，如圖2所示。

圖2防煙性能實(shí)驗(yàn)試件

實(shí)驗(yàn)用的發(fā)煙裝置由符合《防排煙系統(tǒng)性能現(xiàn)場驗(yàn)證方法熱煙實(shí)驗(yàn)法》（XF/T999-2012）規(guī)定的隔熱墊、燃燒盤、盛水盤、示蹤煙氣、燃料、冷卻水組成[8]。集煙裝置用于收集發(fā)煙裝置產(chǎn)生的熱煙氣，并模擬將熱煙氣溢出至走道。集煙裝置由石膏板集煙罩、槽鋼支架、防火密封膠、手動風(fēng)閥組成。將石膏板集煙罩置于槽鋼支架頂部，集煙罩前端連接發(fā)煙裝置的發(fā)煙口，發(fā)煙裝置末端與風(fēng)閥連接，并通向走道，如圖3所示。

圖3發(fā)煙及集煙裝置

（二）測點(diǎn)布置

為測量走道壓差的變化，實(shí)驗(yàn)采用符合《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分：通用要求》（GB/T9978.1-2008）中規(guī)定的壓力探頭、壓力管、連接管組成的壓力測試裝置[9]。將此裝置分別布置于距地面 100mm?2100mm 以及距頂板 100mm 處，共布置3個壓力測點(diǎn)。為測量走道溫度場的變化，實(shí)驗(yàn)采用符合《熱電偶第1部分：電動勢規(guī)范和允差》（GB/T16839.1－2018）規(guī)定的絲徑為0.75mm-2.30mm 的鎳鉻-鎳硅（K型）的熱電偶及熱電偶架組成的溫度場測試裝置。將鋼筋焊接固定在框架上組成固定架，并將熱電偶綁扎到固定架上。測點(diǎn)探頭均距離無柱防火分隔設(shè)施 100mm 。每個無柱防火分隔設(shè)施各布置3支熱電偶，分別位于每個無柱防火分隔設(shè)施的中間寬度處，并距地面高度分別為 500mm 、 1500mm 及2500mm 。具體測點(diǎn)位如圖4所示。

圖4無柱防火分隔設(shè)施及設(shè)備安裝布置示意圖

（三）實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)的發(fā)煙過程遵循一定的順序，試件的實(shí)驗(yàn)時間為 30min 。在實(shí)驗(yàn)全過程中，簾布中縫的風(fēng)速在 5min 達(dá)到最大值 0.44m/s ，隨后風(fēng)速下降趨于 0.20m/s 并保持穩(wěn)定。無柱防火分隔設(shè)施在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至約 2.5min 時，少量煙氣從簾布中縫搭接處向上溢出。在約 5.5min 時，無柱防火分隔設(shè)施縫隙全截面外側(cè)均有煙氣溢出。 12min 后，中縫上部煙氣溢出量逐漸減小，溢出的煙氣在下部橫向流動。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至 30min ，簾布中縫風(fēng)速基本保持不變，走道內(nèi)壓差與溫度場趨于穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)過程中的煙氣溢出情況，如圖5所示。

圖5實(shí)驗(yàn)過程中的煙氣溢出情況

三、防煙性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（一）溫度場

在無柱防火分隔設(shè)施應(yīng)用于商業(yè)綜合體的防煙有效性實(shí)驗(yàn)中，該設(shè)施在控制走道溫度場方面展現(xiàn)出顯著效能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7所示。在實(shí)驗(yàn)初期，由于測溫裝置設(shè)置于走道內(nèi)部且煙氣沿走道蔓延，溫度迅速上升。隨后溫度上升速率逐漸放緩，且最高溫度維持在安全范圍內(nèi)。這一趨勢表明，無柱防火分隔設(shè)施在火災(zāi)初期對防止煙氣蔓延和熱量積聚具有顯著影響。

圖6走道平均溫度場分布曲線

圖7走道內(nèi)距地面 500mm，1500mm，2500mm 高度處的溫度場曲線

1.溫度變化趨勢分析。走道溫度場隨時間呈現(xiàn)出明顯的階段性變化。在實(shí)驗(yàn)初始階段（前 15min ），溫度迅速升高，這歸因于火源釋放的熱量在走道內(nèi)迅速積聚，此時無柱防火分隔設(shè)施對煙氣蔓延的阻擋效果尚未完全顯現(xiàn)，使得熱量得以較自由地傳播。進(jìn)入中后期（ 15min 后），溫度上升速率明顯減緩并出現(xiàn)波動，表明無柱防火分隔設(shè)施開始有效阻擋煙氣蔓延，間接影響了熱量傳播路徑和速度，同時走道內(nèi)的空氣流動、熱對流及熱輻射的反射和吸收等因素也對溫度場分布產(chǎn)生了復(fù)雜影響。

2.最高溫度值分析。在實(shí)驗(yàn)過程中，走道溫度場的最高溫度達(dá)到了 32.3^qC 。這一溫度值對于評估無柱防火分隔設(shè)施在火災(zāi)場景下的性能具有重要意義。它反映了在特定火源條件下，無柱防火分隔設(shè)施能夠限制走道內(nèi)溫度升高的程度，使走道內(nèi)最高溫度低于可能對人體造成傷害的臨界溫度 60^°C^[10] ，這說明無柱防火分隔設(shè)施在阻擋煙氣蔓延的同時，也有效地控制了走道內(nèi)溫度的升高。

3.溫度場隨高度變化分析。針對溫度場隨高度變化的結(jié)果，走道內(nèi)溫度場呈現(xiàn)出顯著的垂直分布特征。具體而言，距地面 2500mm 高度處的溫度場溫度最高，升溫速率最大，最高溫度達(dá)到了 46.0% ，這表明在火災(zāi)場景下，熱煙氣由于浮力作用傾向于向上積聚，高層區(qū)域溫度迅速升高。距地面 1500mm 高度處的溫度場的最高溫度達(dá) 31.1q ，顯示出隨著高度的降低，溫度雖有所減小，但仍保持較高的升溫趨勢。距地面 500mm 高度處的溫度場溫度最低，在整個實(shí)驗(yàn)過程中溫度升高不明顯，全程僅升高 8.6% ，最高溫度僅為 22.5^°C 。這進(jìn)一步證實(shí)了熱煙氣向上積聚的特性，同時也表明在較低高度區(qū)域，無柱防火分隔設(shè)施可更有效地阻擋熱量的傳播。

（二）壓差

壓差隨時間和高度變化的結(jié)果如圖8所示。在實(shí)驗(yàn)開始 15min 時，壓差達(dá)到最大值 5Pa ，這一峰值出現(xiàn)在距地面 2100mm 處。同時，該高度處的溫度場也達(dá)到了最大值。這一現(xiàn)象表明，在火災(zāi)場景下，熱煙氣的上升不僅導(dǎo)致了溫度場的垂直分布差異，還引起了顯著的壓差變化。無柱防火分隔設(shè)施對煙氣流動的阻擋效果也顯著影響壓差變化。無柱防火分隔設(shè)施旨在阻止或減緩煙氣蔓延[11]。當(dāng)煙氣遇到該設(shè)施時，其流動路徑受到限制，導(dǎo)致煙氣在設(shè)施附近積聚并產(chǎn)生壓力變化。

圖8距屋頂 100mm 、距地面 2100mm 距地面 100mm 高度處的壓差曲線

（三）風(fēng)速

風(fēng)速隨時間變化的結(jié)果如圖9所示。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到5min 時，無柱防火分隔設(shè)施中縫處的平均風(fēng)速達(dá)到了峰值。這一現(xiàn)象表明，在火災(zāi)初期，火源釋放的熱量和煙氣迅速增加，可致中縫處的氣流速度急劇上升。然而， 5min 后，隨著火災(zāi)的發(fā)展以及無柱防火分隔設(shè)施對煙氣流動的阻擋作用逐漸顯現(xiàn)，中縫處的平均風(fēng)速開始減小。20min 后，平均風(fēng)速趨于平穩(wěn)，表明煙氣流動趨于穩(wěn)定，無柱防火分隔設(shè)施對煙氣的控制作用也達(dá)到了相對穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，平均風(fēng)速隨時間的變化趨勢驗(yàn)證了無柱防火分隔設(shè)施在控制煙氣蔓延方面的有效性。

圖9平均風(fēng)速-時間曲線圖

結(jié)語

本研究通過對無柱防火分隔設(shè)施防煙性能的實(shí)體實(shí)驗(yàn)，得到以下結(jié)論。第一，無柱防火分隔設(shè)施在控制走道溫度場方面展現(xiàn)出顯著效能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)施能夠有效影響煙氣的蔓延路徑和速度，間接調(diào)控?zé)崃康姆e聚與分布，使得走道溫度上升速率逐漸減緩，最高溫度被控制在人體耐受臨界溫度 60% 的安全界限內(nèi)，為人員疏散和消防救援爭取了關(guān)鍵的時間窗口。第二，無柱防火分隔設(shè)施對煙氣流動產(chǎn)生的壓差變化具有顯著影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，壓差隨時間和高度呈現(xiàn)規(guī)律性變化，特別是在火災(zāi)場景下，熱煙氣的上升導(dǎo)致溫度場垂直分布差異，并引起顯著的壓差變化。無柱防火分隔設(shè)施對煙氣流動的阻擋效果導(dǎo)致煙氣在設(shè)施附近積聚并產(chǎn)生壓力變化，進(jìn)一步揭示了煙氣流動的動態(tài)特性。第三，無柱防火分隔設(shè)施在控制煙氣蔓延方面表現(xiàn)出有效性。通過監(jiān)測風(fēng)速隨時間的變化，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到 5min 時，中縫處的平均風(fēng)速達(dá)到峰值，隨后逐漸減小并趨近平穩(wěn)。這表明無柱防火分隔設(shè)施能夠在火災(zāi)初期迅速對煙氣流動形成有效阻擋，減緩煙氣的蔓延速度，并在火災(zāi)發(fā)展過程中持續(xù)發(fā)揮作用，使煙氣流動趨于穩(wěn)定，從而驗(yàn)證了其在控制煙氣蔓延方面的持續(xù)有效性。

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