张 宇

(北京朝阳区消防支队，北京 100032)

室内步行街排烟系统设计的探讨

张 宇

(北京朝阳区消防支队，北京 100032)

以某商业裙房工程项目为例，结合建筑结构造型特点，对其室内步行街的排烟设计进行了分析。结合性能化设计的理论与方法，提出了控烟分区的概念和步行街排烟系统分区控制的方案，并采用火灾动力学分析软件FDS模拟分析了不同火灾场景下的步行街火灾烟气蔓延情况，验证了各火灾场景下，现有的排烟设计方案能够满足步行街区域各楼层人员安全疏散的环境要求。

室内步行街；防烟分区；控烟分区

1 工程背景

某商业裙房建筑地下二层、地上四层，其中，地下二层为车库、设备机房、库房；地下一层为超市、消防控制室、货运通道；地上一层至四层为商业，商业中部设置商业步行街。步行街地面位于首层，二层至四层设有回廊及连桥。南北向步行街地面净宽度不小于13 m，二至四层回廊人行道宽度不小于3 m，步行街空间高度约22 m。其主要消防设计如下：

1.1 防火分区划分

该工程商业营业厅部分防火分区面积不大于4 000 m2；餐饮、影院部分防火分区面积不大于2 000 m2；地下车库防火分区面积不大于4 000 m2；设备用房部分防火分区面积不大于1 000 m2。

1.2 人员疏散设计

楼梯、走道净宽度每100人不小于1 m，各层楼梯疏散宽度满足规范要求；商业营业厅室内疏散距离按大空间30 m设置，其他部分内任何一点至最近的安全出口的直线距离双向不超过40 m,单向不超过20 m。

1.3 报警系统设计

该工程为一类防火建筑，火灾自动报警系统的保护等级按一级设置。消防控制室设在地下一层，设有直接通往室外的出口。除卫生间、水箱间等场所，均设火灾自动报警系统。

1.4 防排烟系统设计

按《高层民用建筑设计防火规范》的规定设计防排烟系统。不满足自然防排烟条件的防烟楼梯间均设置机械加压送风系统，地上楼梯间与地下楼梯间分别设置加压送风系统。中庭设有机械排烟系统，排烟风机设置于屋顶，发生火灾时，经消防控制中心确认后，排烟口及排烟风机即自动开启，进行排烟。排烟系统按防烟分区设置排烟口，每个排烟分区内的排烟口平时常闭，当发生火警时，经消防控制中心确认后，自动或手动开启报警区内的排烟阀及该系统的排烟风机和补风机，进行排烟和补风。

1.5 自动灭火系统设计

除小于5 m2的卫生间、设备间及其他不宜用水灭火的部位外均设置自动灭火设施。商业、地下超市按中危险II级布置自动喷水灭火系统,地下车库按中危险II级布置预作用喷水灭火系统。室内净高大于8 m、小于12 m的场所按非仓库类高大净空场所设计，室内净高大于12 m的大空间(商业中庭部分)设置大空间智能型主动喷水灭火系统。

2 消防设计问题

该工程步行街贯通一层至四层，其防火分区面积超过现行规范的相关规定。另外，由于工程占地面积大，部分位于建筑中部的疏散楼梯，需经首层步行街疏散至室外。为了保证人员疏散的安全，需要对人员疏散的安全性进行评估，针对排烟系统设计的评估是其中的一个重要方面。

《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)规定需设置机械排烟设施且室内净高小于等于6.0 m的场所应划分防烟分区；每个防烟分区的建筑面积不宜超过500 m2，防烟分区不应跨越防火分区，防烟分区宜采用隔墙、顶棚下凸出不小于500 mm的结构梁以及顶棚或吊顶下凸出不小于500 mm的不燃烧体等进行分隔。针对机械排烟系统的排烟量计算，《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)第9.4.5条规定了机械排烟系统的最小排烟量。

由于该工程室内步行街拟作为疏散准安全区考虑，如何合理设置防烟分区，如何确定合理的排烟量，需要深入分析，不宜完全依照现行规范进行排烟设计。因此针对该工程室内步行街，采用基于性能的方法分析该大空间区域的排烟系统，并根据分析结果提出相应的设计要求。

3 排烟设计策略

考虑到安全疏散的需要，室内步行街需要具备疏散临时安全区的功能，应充分利用室内步行街空间高大的特点，为人员疏散创造有利的条件。由于室内步行街仅作为人员交通通道使用，可燃物很少，如果步行街与周围店铺间的防火分隔措施能够控制火灾蔓延，则室内步行街内不会发生燃烧的大面积蔓延，但是必须有效地控制火灾烟气的蔓延。

参照上海市工程建设规范《建筑防排烟技术规程》及国内外相关消防性能化设计指南，防烟分区的长边不应大于60 m，当室内高度超过6 m且具有对流条件时不应大于75 m，所以建议防烟分区最大长度不超过75 m。当防烟分区面积超过2 000 m2或长边大于60 m时，应采用挡烟垂壁、隔墙或梁划分防烟分区，且应满足疏散所需的清晰高度。

针对该工程的排烟设计，提出了控烟分区的概念。控烟分区是指在建筑内部屋顶或顶板、吊顶下采用具有挡烟功能的构配件进行分隔所形成的控制烟气水平蔓延的区域。防烟分区一定是控烟分区，但控烟分区不一定是防烟分区。控烟分区的最大建筑面积不宜大于2 000 m2，最大长度不宜大于60 m，且不要求一定具有蓄烟能力。

4 排烟设计方案

该工程室内步行街长度约113 m，宽15 m，高约22 m，由于考虑作为疏散准安全区，不宜完全依照现行规范进行排烟设计，拟采用基于性能的方法分析该大空间区域的排烟系统，并根据分析结果提出相应的设计要求。

4.1 控烟分区的划分

步行街建筑内没有条件设置物理分隔措施划分防烟分区，但是可在不同分区内设置独立的机械排烟系统，形成控烟分区。每个控烟区域均有独立的排烟设施和统一的报警联动地址，从而减小火灾烟气的蔓延范围，有利于整个建筑的安全疏散。该工程室内步行街的控烟分区的划分示意图如图1(以二层平面图为例)所示。

图1 步行街控烟分区划分示意图

具体划分方法如下：(1)室内步行街区域总共划分3个控烟分区，控烟分区之间设置挡烟垂壁，挡烟垂壁下降高度为1.0 m。(2)步行街内的圆形中庭区域独立划分为一个控烟分区，长41.9 m，为“控烟分区2”。(3)步行街北侧与南侧2个边形中庭区域，按照区域长度进行划分，若30 m≤长度≤60 m，则独立进行烟控设计；若长度≤30 m，则可与相邻的中庭控烟分区合并成一个区域进行控烟设计。该工程北、南侧边形中庭长度分别为33.7 m、37.4 m，因此作为独立的控烟分区，将其命名为“控烟分区1”和“控烟分区3”。

4.2 控烟策略

该工程中庭大空间为集中排烟，但是为了有效控制火灾烟气蔓延的范围，不宜同时排烟，因此建议分区域排烟。若某控烟分区内发生火灾，则只启动该控烟分区内排烟口；若烟气蔓延至其他控烟分区，则相邻控烟分区内感烟探测器探测到烟气后，联动启动相应控烟分区内的排烟口排烟。

4.3 排烟量计算

针对机械排烟系统的排烟量计算，目前主要有手动计算和相关规范规定两种方法。《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)第9.4.5条规定了机械排烟系统的最小排烟量；手动计算时，排烟系统的排烟量与火灾的热释放速率和烟缕的质量流量有关。以产烟量等于排烟量为标准，计算机械排烟系统的临界排烟量。NFPA 204、NFPA 92B以及上海市《建筑防排烟技术规程》等设计指南提出了适合工程应用的排烟量计算公式，烟气生成量的计算方法如下：

式中，mp为羽流的质量流量，kg·s-1；Qc为火源热释放速率转化成的对流热量部分，kW；z为设计烟层高度，m；zl为限制火焰高度，取3.54m；Tp为高度z时的烟气的绝对温度，K；T0为环境绝对温度，298K；Cp为空气比热，1.02kJ·kg-1·K-1；V为排烟量，m3·s-1；ρ0为空气密度，1.2kg·m-3。

取设计烟层高度为18.7m(四层地面高度以上2.0m)，火源热释放速率为3MW，计算可得每个控烟分区所需最小排烟量为391 420m3·h-1，即步行街沿水平方向每75m区域的排烟量为391 420m3·h-1。该工程步行街长约113m，因此整个步行街的最小排烟量应为391 420×113/75=589 739m3·h-1。每个控烟分区的排烟量可按照长度进行均匀设置，即控烟分区1排烟量为175 878m3·h-1(长33.7m)、控烟分区2排烟量为218 673.3m3·h-1(长41.9m)、控烟分区3排烟量为195 188.1m3·h-1(长37.4m)。

5 模拟分析结论

为了进一步验证基于控烟分区排烟设计理念进行中庭排烟系统设计的有效性，采用火灾动力学分析软件FDS进行数值模拟。排烟有效性判定指标为：火灾烟气层高度在模拟过程中始终稳定在清晰高度之上；各层距离地面2m处烟气温度在模拟时间内不超过60 ℃；各层距离地面2m处的能见度在模拟时间内不小于10m。

5.1 火灾烟气分析

该工程在首层中庭地面、首层商铺及四层店铺内设置了火灾场景，具体见表1。

表1 步行街火灾场景设置

各场景计算结果表明：(1)首层边部商铺发生火灾，由于中庭区域各层楼板开洞率较小，商铺与洞口有一定的距离，因此烟气会先在本层内蔓延，到达开洞区域后，才会竖向蔓延。因靠近首层出口，有自然补风的影响，因此首层的烟气相对较少，二层靠近边部的区域烟气较易聚集。(2)首层中庭发生火灾，首先烟气竖向蔓延，到达顶棚后开始水平蔓延，由于烟气在上升过程中不断卷吸冷空气，使得烟气的温度有所下降，上升浮力有所减小，因此烟气容易在顶棚下方聚集，四层平面危险来临时间为800s。(3)四层商铺发生火灾，由于火灾位置靠近顶棚，产生的热烟气浮力较大，能很快被机械排烟系统排出，在1 200s内并未出现烟气大量聚集的现象。

5.2 人员疏散分析

该工程中疏散运动时间采用STEPS分析软件进行预测分析。疏散模型中人员属性包括：人员类型、人员组成分布、人员行走速度、出口及通道流量。人员分类及组成比例设定为：男士(40%)、女士(40%)、儿童(10%)、长者(10%)。各人员种类的行走速度参考了美国SFPEHandbook及英国Simulex模型的建议，并结合我国人员形体尺寸和行走速度统计数据进行一定的折减。有效宽度是出口或楼梯间的净宽度减去边界层宽度，边界层的宽度参考SFPE手册中的建议数值。

根据所设置的火灾场景，考虑了四种火灾情况下的人员疏散情况，具体疏散模型及模拟结果如下：

5.2.1 疏散场景S1，火源位于首层步行街安全出口附近的商铺内，考虑封堵火源附近的安全出口，首层人员向远离火源的其他安全出口疏散；四层人员在20s左右疏散到步行街邻近的各疏散楼梯入口，出现排队等待现象，在320s左右四层步行街人员全部进入楼梯间。步行街内人员全部离开步行街的时间总计465s。

5.2.2 疏散场景S2，火源位于首层步行街中庭内，各安全出口均可用，360s左右本层步行街内人员完全疏散；四层人员在30s左右疏散到步行街邻近的各疏散楼梯入口，出现排队等待现象，305s左右四层步行街内人员全部疏散至楼梯间内。步行街内人员全部离开步行街的时间总计455s。

5.2.3 疏散场景S3，火源位于四层步行街中庭附近的餐饮店铺内，考虑封堵火源附近的疏散楼梯，本层步行街内人员在30s左右疏散到步行街邻近的各疏散楼梯入口，出现排队等待现象，290s左右四层步行街内人员全部疏散至楼梯间内。步行街内人员全部离开步行街的时间总计450s。

5.2.4 疏散场景S4，火源位于四层步行街中庭附近的餐饮店铺内，考虑封堵火源附近的疏散走道，人员经其他疏散出口进行疏散，本层步行街内人员在30s左右疏散到步行街邻近的各疏散楼梯入口，出现排队等待现象，320s左右四层步行街内人员全部疏散至楼梯间内。步行街内人员全部离开步行街的时间总计485s。

6 结论

通过对某商业裙房工程室内步行街人员疏散安全性的分析，特别是排烟系统的分析，可以得出以下结论：(1)防烟分区的划分与火灾烟气的蔓延特性、排烟系统的排烟量、建筑的空间结构形式等因素有关。(2)防烟分区划分一般不宜跨越建筑楼层，但是控烟分区可以跨越楼层。防烟分区由顶棚和挡烟垂壁围合而成，控烟分区主要由各层的挡烟垂壁围合而成，仅对火灾烟气的水平蔓延范围进行控制。(3)控烟分区可应用于净空高度大于6m的场所的排烟系统设计。当应用于多层且各层均有人员活动的场所时，应该结合不同的火灾形式，建立典型的火灾场景，借助火灾模型分析进行有效性验证。

[1]GB50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[2]DJG08-88-2006,建筑防排烟技术规程[S].

[3]NFPA204:StandardforSmokeandHeatVenting(2007Edition)[S].

[4]CIBSEGuideE:FireEngineering[M].CIBSEGuideESteeringCommittee,2003.

[5]PD7974-2:2002:BritishStandards,SpreadofSmokeandToxicGasesWithinandBeyondtheEnclosureofOrigin[S].

(责任编辑 李 蕾)

On the Smoke-ventilation-system Design with Indoor Business Streets

ZHANG Yu

(ChaoyangDistrictMunicipalFireBrigade,Beijing100032,China)

This paper explains the smoke-ventilation-system with indoor business street based on the structural features of certain business project. The paper puts forward a plan of smoke compartment and a smoke-ventilation compartment system with an indoor business street according to the performance-based design theory and ways, and the smoke spread and movement is simulated in the case of a fire to test whether this plan will meet the needs of human evacuation.

indoor business street; smoke compartment; smoke-control compartment

2015-04-15

张宇(1982— )，女，山西平陆人，工程师。

TU998.1

A

1008-2077(2015)06-0074-04