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摘 要：大空间建筑物由于受建筑结构的影响，对其进行物理防火分区存在困难。该文运用现场模拟软件FDS进行计算机仿真，模拟火场烟气在场所内的扩散分布情况，提出了在建筑内防排烟设施的设计建议。
关键词：防火隔离带 FDS 场模拟防排烟分区
中图分类号：X924.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0023-02
防火隔离带指的是在建筑空间内，为阻止火灾大面积蔓延，在室内根据有效间隔宽度来设置消防设施区域，确保在发生火灾的时候，室内的另外一侧不会受起火点的火焰和高温的烟气的影响和危害。由于防火隔离带能够有效的阻止火灾蔓延，起到了保护人身财产安全的作用，进而在城市消防规划中，民用建筑外保温系统中，草原森林中，均采用了这种措施。但是，大空间建筑大多是处于共享状态，具有一定的特殊性，因而防火隔离措施的设计有较高的难度性。笔者利用fds工具，对火灾现场的烟气扩散及温度分布情况进行了场数值模拟，建议将排烟设计融入到防火隔离带中。
1 防火隔离带的概念和特性
室内防火隔离带，指的是在建筑空间内，为阻止火灾大面积蔓延，通过热辐射模型计算确定，利用室内空间的自身条件设置一定有效宽度的间隔区域，并在该区域设置可靠的消防设施，保证火灾时一侧的火焰、烟气不会辐射蔓延至另外一个区域。
室内防火隔离带能够有效的阻隔火災蔓延，其效果类似于防火卷帘、防火墙等物理分隔措施，但只是一种逻辑的防火隔离方法，而且有以下特殊性质：（1）阻火可控性。设定的间隔距离可以有效地阻止火灾区域的热辐射进一步影响到隔壁的防火区域，并防止可燃物起火后造成火势更加凶险。（2）隔烟清晰性。该区域必须能够有效阻挡烟气的扩散，空间必须始终保持高度清晰，以便人群的快速疏散和救援。（3）本体不燃性。在防火隔离带禁止任何可燃物的存在。（4）空间整体性。隔离带是由该区域上下整体形成的一个空间，同时可以有效结合该区域设置的消防设施对火灾进行整体的阻隔和控制。
2 烟气蔓延特性的数值模拟
现阶段，室内防火隔离带的运用是相当广泛的，尤其是大型购物中心，展示建筑，以及仓库等空间高大建筑内，这种类型的建筑都有建筑面积大、楼层高、区域功能统一、空间难以分段通常等特点。建筑楼层的高度均在6 m以上，有的高度甚至达到30 m。
建筑内部发生火灾时，在局部空间内，可燃物的燃烧速率会剧增，四周的空气将会被升腾起来的烟羽流不断卷吸，质量流逐渐增加，平均温度和浓度也会随之上升。当烟气受到建筑顶棚阻挡时，将朝顶棚下方四面扩散开来（热烟气水平蔓延的速度可达1～2 m/s）；当受到墙壁和上梁的阻挡后，便快速向下方转移，在建筑空间的上方形成热烟气层，并且厚度逐渐增加，浓度和温度也随之不断上升，进而造成高温度的热辐射，其危害性不堪设想。如图1所示。
一旦热烟气层的厚度超过挡烟垂壁，就会蔓延到相邻的防烟分区。而对于楼层较高的建筑，如6～30 m，发生火灾时，整个内部上方空间都会被热烟气包围，而且，热烟气具有较强的毒性和遮光性，对人体健康有极其严重的损害，也不利于人群的疏散和救援。由此可见，阻止火势蔓延的关键在于，必须有有效的防烟、排烟的防护措施。
在燃烧过程中，烟气和热传导通过数值方法求解Navier-Stokes方程来进行分析，得出FDS偏微分方程组解的核心算法是一种显式的预测-纠错方法，时间和空间的精度为二阶，计算中涡流处理方式采用大涡流模拟，对于计算和处理火灾烟气流场的精度较高。
笔者将建筑物内部的热辐射和烟气流动状况通过火灾模拟软件FDS 5_6_3进行了仿真模拟，边界的环境设置如下条件：建筑物净高10 m；环境温度23 ℃，风速0/s，火灾规模20 MW。计算结果分析显示出的模拟情况如图1、图2所示。计算结果说明，当t=250 s时，因顶棚的阻挡，火焰中心上方射流而形成热烟气层，其厚度约为3 m，温度分布情况如图2所示。
3 防烟排烟设计
为了阻止火灾发生时烟气的蔓延，在设置区域防护措施时，应该将条件最恶劣的情况下的防烟、排烟的设计作为最重要的任务，落到实处。也就是，在建筑内部某个区域发生火灾时，如果该区域的排烟设施、自动喷水灭火系统均处于不工作状态，但仍然能够阻止烟气通过室内防火隔离带从起火区域向隔壁区域蔓延，这就要求防火隔离带的防烟、排烟设施独自拥有一个阻止系统，与其他区域互不作用和干扰，以控制受到火灾区域的影响，导致其他区域防排、烟设施的失效。
（1）防烟设计。为了有效阻止烟气的蔓延和人群的安全疏散，应该在防火隔离带两侧与相邻区域交界的地方设置挡烟垂壁，挡烟垂壁的设置必须要满足疏散时所需要的清晰高度，最小清晰高度可由公式（1）计算得出结果：
Hq=1.6+0.1H （1）
其中，H为排烟空间的建筑净高度，Hq为最小清晰高度。
挡烟垂壁的设置高度L应≥（H～Hq）。应该选用不燃烧的材料对穿越防火隔离带的洞口进行封堵，更在通风管道穿越处应该设置自动关闭的防烟防火闸门进行隔断。
（2）排烟设计。排烟的设计具有自然排烟和机械排烟，两者的排烟效果各有优缺点。其中，自然排烟，成本低、操作简单、但是排烟效果在很大程度上受到风力风向等多种外界因素的影响，具有一定的不可控性。机械排烟，成本较高，虽然排烟效果佳，但是由于需要控制的环节众多，不利于管理，从而失效的风险偏高。如果是在首层、地下一层或者单层建筑内设置室内防火隔离带，可以安装可开启采光天窗或采光天棚，并且在火灾发生时或故障维修状况下自动开启来进行自然排烟，高效集合了采光、排烟以及隔离各大功能。如果某些建筑内部不具备自然排烟的条件，那么就必须采用机械排烟设施来设置室内防火隔离带，进而在发生火灾时完成排烟工作。值得注意的是，如果一个建筑内部同时设置了自然排烟和机械排烟时，根据不同楼层结构以及排烟流量所需要的空间，应该将其中一种设定为主要排烟设施，另一种则起到辅助和急救的作用即可，这样做是为了确保火灾发生时，能够及时有效进行排烟，从而为人群的疏散和救援提供充足的有利条件。
4 结语
综上所述，室内防火隔离带排烟设施在火灾发生时所起到的决定性作用，尤其是设计要点上，不容疏忽。随着城市的发展，展览建筑、大型购物中心，如商城和超市，以及仓库等高大空间建筑的建造需求也越来越广泛，因此室内防火隔离带排烟设施的设计问题将会更加频繁出现。比如，可以尝试运用防火隔离带的措施来规划防火分区。但是，因为高大空间建筑内部放置的物品的众多以及计算机进行火灾模拟时也会存在一些细微的偏差，所以不确定因素比较多，难以严控。这种室内防火隔离带排烟设施的设计和防火分区的划分方法是否科学合理、行之有效，还需要实践的进一步检验和完善。
参考文献
[1] 郑玉海，钱建民，李淑惠，等.中国消防手册（第三卷）[M].上海：上海科学技术出版社，2006.
[2] 修奇.场模拟在高大空间仓库建筑性能化设计中的应用[J].消防科学与技术，2008，27（4）：252-254.
[3] 谢飞，褚新颖.谈大型展厅利用防火隔离带划分防火分区[J].消防科学与技术，2008，27（6）：406-408.
[4] 黄白蓉.室内防火隔离带的设计要点分析[J].消防科学与技术，2012，31（1）：40-42.
关键词：防火隔离带 FDS 场模拟防排烟分区
中图分类号：X924.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0023-02
防火隔离带指的是在建筑空间内，为阻止火灾大面积蔓延，在室内根据有效间隔宽度来设置消防设施区域，确保在发生火灾的时候，室内的另外一侧不会受起火点的火焰和高温的烟气的影响和危害。由于防火隔离带能够有效的阻止火灾蔓延，起到了保护人身财产安全的作用，进而在城市消防规划中，民用建筑外保温系统中，草原森林中，均采用了这种措施。但是，大空间建筑大多是处于共享状态，具有一定的特殊性，因而防火隔离措施的设计有较高的难度性。笔者利用fds工具，对火灾现场的烟气扩散及温度分布情况进行了场数值模拟，建议将排烟设计融入到防火隔离带中。
1 防火隔离带的概念和特性
室内防火隔离带，指的是在建筑空间内，为阻止火灾大面积蔓延，通过热辐射模型计算确定，利用室内空间的自身条件设置一定有效宽度的间隔区域，并在该区域设置可靠的消防设施，保证火灾时一侧的火焰、烟气不会辐射蔓延至另外一个区域。
室内防火隔离带能够有效的阻隔火災蔓延，其效果类似于防火卷帘、防火墙等物理分隔措施，但只是一种逻辑的防火隔离方法，而且有以下特殊性质：（1）阻火可控性。设定的间隔距离可以有效地阻止火灾区域的热辐射进一步影响到隔壁的防火区域，并防止可燃物起火后造成火势更加凶险。（2）隔烟清晰性。该区域必须能够有效阻挡烟气的扩散，空间必须始终保持高度清晰，以便人群的快速疏散和救援。（3）本体不燃性。在防火隔离带禁止任何可燃物的存在。（4）空间整体性。隔离带是由该区域上下整体形成的一个空间，同时可以有效结合该区域设置的消防设施对火灾进行整体的阻隔和控制。
2 烟气蔓延特性的数值模拟
现阶段，室内防火隔离带的运用是相当广泛的，尤其是大型购物中心，展示建筑，以及仓库等空间高大建筑内，这种类型的建筑都有建筑面积大、楼层高、区域功能统一、空间难以分段通常等特点。建筑楼层的高度均在6 m以上，有的高度甚至达到30 m。
建筑内部发生火灾时，在局部空间内，可燃物的燃烧速率会剧增，四周的空气将会被升腾起来的烟羽流不断卷吸，质量流逐渐增加，平均温度和浓度也会随之上升。当烟气受到建筑顶棚阻挡时，将朝顶棚下方四面扩散开来（热烟气水平蔓延的速度可达1～2 m/s）；当受到墙壁和上梁的阻挡后，便快速向下方转移，在建筑空间的上方形成热烟气层，并且厚度逐渐增加，浓度和温度也随之不断上升，进而造成高温度的热辐射，其危害性不堪设想。如图1所示。
一旦热烟气层的厚度超过挡烟垂壁，就会蔓延到相邻的防烟分区。而对于楼层较高的建筑，如6～30 m，发生火灾时，整个内部上方空间都会被热烟气包围，而且，热烟气具有较强的毒性和遮光性，对人体健康有极其严重的损害，也不利于人群的疏散和救援。由此可见，阻止火势蔓延的关键在于，必须有有效的防烟、排烟的防护措施。
在燃烧过程中，烟气和热传导通过数值方法求解Navier-Stokes方程来进行分析，得出FDS偏微分方程组解的核心算法是一种显式的预测-纠错方法，时间和空间的精度为二阶，计算中涡流处理方式采用大涡流模拟，对于计算和处理火灾烟气流场的精度较高。
笔者将建筑物内部的热辐射和烟气流动状况通过火灾模拟软件FDS 5_6_3进行了仿真模拟，边界的环境设置如下条件：建筑物净高10 m；环境温度23 ℃，风速0/s，火灾规模20 MW。计算结果分析显示出的模拟情况如图1、图2所示。计算结果说明，当t=250 s时，因顶棚的阻挡，火焰中心上方射流而形成热烟气层，其厚度约为3 m，温度分布情况如图2所示。
3 防烟排烟设计
为了阻止火灾发生时烟气的蔓延，在设置区域防护措施时，应该将条件最恶劣的情况下的防烟、排烟的设计作为最重要的任务，落到实处。也就是，在建筑内部某个区域发生火灾时，如果该区域的排烟设施、自动喷水灭火系统均处于不工作状态，但仍然能够阻止烟气通过室内防火隔离带从起火区域向隔壁区域蔓延，这就要求防火隔离带的防烟、排烟设施独自拥有一个阻止系统，与其他区域互不作用和干扰，以控制受到火灾区域的影响，导致其他区域防排、烟设施的失效。
（1）防烟设计。为了有效阻止烟气的蔓延和人群的安全疏散，应该在防火隔离带两侧与相邻区域交界的地方设置挡烟垂壁，挡烟垂壁的设置必须要满足疏散时所需要的清晰高度，最小清晰高度可由公式（1）计算得出结果：
Hq=1.6+0.1H （1）
其中，H为排烟空间的建筑净高度，Hq为最小清晰高度。
挡烟垂壁的设置高度L应≥（H～Hq）。应该选用不燃烧的材料对穿越防火隔离带的洞口进行封堵，更在通风管道穿越处应该设置自动关闭的防烟防火闸门进行隔断。
（2）排烟设计。排烟的设计具有自然排烟和机械排烟，两者的排烟效果各有优缺点。其中，自然排烟，成本低、操作简单、但是排烟效果在很大程度上受到风力风向等多种外界因素的影响，具有一定的不可控性。机械排烟，成本较高，虽然排烟效果佳，但是由于需要控制的环节众多，不利于管理，从而失效的风险偏高。如果是在首层、地下一层或者单层建筑内设置室内防火隔离带，可以安装可开启采光天窗或采光天棚，并且在火灾发生时或故障维修状况下自动开启来进行自然排烟，高效集合了采光、排烟以及隔离各大功能。如果某些建筑内部不具备自然排烟的条件，那么就必须采用机械排烟设施来设置室内防火隔离带，进而在发生火灾时完成排烟工作。值得注意的是，如果一个建筑内部同时设置了自然排烟和机械排烟时，根据不同楼层结构以及排烟流量所需要的空间，应该将其中一种设定为主要排烟设施，另一种则起到辅助和急救的作用即可，这样做是为了确保火灾发生时，能够及时有效进行排烟，从而为人群的疏散和救援提供充足的有利条件。
4 结语
综上所述，室内防火隔离带排烟设施在火灾发生时所起到的决定性作用，尤其是设计要点上，不容疏忽。随着城市的发展，展览建筑、大型购物中心，如商城和超市，以及仓库等高大空间建筑的建造需求也越来越广泛，因此室内防火隔离带排烟设施的设计问题将会更加频繁出现。比如，可以尝试运用防火隔离带的措施来规划防火分区。但是，因为高大空间建筑内部放置的物品的众多以及计算机进行火灾模拟时也会存在一些细微的偏差，所以不确定因素比较多，难以严控。这种室内防火隔离带排烟设施的设计和防火分区的划分方法是否科学合理、行之有效，还需要实践的进一步检验和完善。
参考文献
[1] 郑玉海，钱建民，李淑惠，等.中国消防手册（第三卷）[M].上海：上海科学技术出版社，2006.
[2] 修奇.场模拟在高大空间仓库建筑性能化设计中的应用[J].消防科学与技术，2008，27（4）：252-254.
[3] 谢飞，褚新颖.谈大型展厅利用防火隔离带划分防火分区[J].消防科学与技术，2008，27（6）：406-408.
[4] 黄白蓉.室内防火隔离带的设计要点分析[J].消防科学与技术，2012，31（1）：40-42.