郭 浩

上海聯(lián)創(chuàng)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 上海 200000

正文：

前言

高鐵的發(fā)展是我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)的一場(chǎng)重要革命，我國(guó)高鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。隨著高鐵事業(yè)的不斷發(fā)展，高鐵站房也日趨大型化，為保證實(shí)際使用功能和視覺(jué)通透性，高鐵候車(chē)廳內(nèi)難以設(shè)置防火及防煙分隔，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣會(huì)迅速蔓延開(kāi)來(lái)，極易產(chǎn)生嚴(yán)重危害。由于候車(chē)廳空間高大，在自然排煙過(guò)程中熱煙羽流流程較長(zhǎng)，煙氣在上升至頂棚以及沿頂棚水平擴(kuò)散的過(guò)程中，會(huì)卷吸大量的冷空氣，熱煙羽流的溫度、速度及濃度都存在大幅度衰減，容易發(fā)生煙氣沉降、彌散現(xiàn)象。因此，需要對(duì)此類區(qū)域排煙系統(tǒng)進(jìn)行特殊消防設(shè)計(jì)分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)值模擬方式逐漸成為研究煙氣運(yùn)動(dòng)的一個(gè)有效途徑，由于大空間煙氣蔓延過(guò)程具有明顯的分層現(xiàn)象，早期的數(shù)值模擬都采用區(qū)域模擬方法，但這種方法對(duì)建筑物的形狀、尺寸及火源位置等都有一定的限制。近幾年計(jì)算機(jī)計(jì)算能力發(fā)展迅速，因此計(jì)算量較大的CFD模擬技術(shù)也隨之取得較大進(jìn)展，CFD模擬可以給出各個(gè)物理量在全場(chǎng)的分布情況，且能夠給出煙氣蔓延的詳細(xì)過(guò)程。在我國(guó)，大空間建筑排煙問(wèn)題已得到很多關(guān)注，中國(guó)科技大學(xué)與香港理工大學(xué)合作建造了一座大空間火災(zāi)實(shí)驗(yàn)樓，用于研究中庭式大空間建筑火災(zāi)規(guī)律。取得了大量寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。[1]

數(shù)值模擬結(jié)果及分析

本文探討的對(duì)象是一個(gè)典型高鐵站房候車(chē)廳，站房候車(chē)廳面積約為12000m2候車(chē)廳室內(nèi)凈高20m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，候車(chē)廳共有19處門(mén)直對(duì)室外。頂部排煙窗有效開(kāi)啟面積為1395m2，候車(chē)廳內(nèi)疏散候車(chē)廳平面和空間相互連通難以分隔，現(xiàn)行建筑消防規(guī)范不能涵蓋本項(xiàng)目中的這些特殊空間。給消防安全帶來(lái)隱患。本文主要采用FDS模型分析候車(chē)廳自然排煙系統(tǒng)是否滿足人員疏散需求。

FDS（Fire Dynamics Simulator）是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）開(kāi)發(fā)的一種燃燒過(guò)程中流體流動(dòng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模型，此模型為基于有限元素方法下的電腦化的流體力學(xué)模型，主要用于分析火災(zāi)中煙氣與熱的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

本文針對(duì)熱熱釋放速率較大的候車(chē)區(qū)餐飲火災(zāi)進(jìn)行模擬分析，參照上海市工程建設(shè)規(guī)范《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006）[2]中公共場(chǎng)所考慮，火災(zāi)熱釋放功率設(shè)定為8MW（噴淋失效狀態(tài)）。

設(shè)計(jì)火災(zāi)一般分為熱釋放速率隨時(shí)間增長(zhǎng)的火和熱釋放速率恒定的火，用于排煙量確定時(shí)，一般采用熱釋放速率恒定的火，而對(duì)于模擬煙氣流動(dòng)的場(chǎng)模型分析，則設(shè)置熱釋放速率增長(zhǎng)火（t2火）。即火災(zāi)熱釋放速率與時(shí)間的平方成正比，公式如下，

Q=at2

式中，a為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)，kW/s2；t為火災(zāi)發(fā)展時(shí)間，s。

本模型設(shè)定為快速火，及熱釋放速率達(dá)到1055kW的時(shí)間為150s，如圖1所示，在自動(dòng)滅火系統(tǒng)失效的狀態(tài)下，火災(zāi)自由發(fā)展到其最大熱釋放速率。

圖1 火災(zāi)熱釋放功率

火災(zāi)臨界危險(xiǎn)狀態(tài)指的是火災(zāi)環(huán)境可對(duì)室內(nèi)人員造成嚴(yán)重傷害的火災(zāi)狀態(tài)，現(xiàn)在一般根據(jù)以下幾種因素判定火災(zāi)對(duì)人員構(gòu)成的危險(xiǎn)：煙氣的溫度、火焰及煙氣的熱輻射、能見(jiàn)度以及煙氣中的有毒氣體的濃度。具體指標(biāo)如下表所示，因此本次模擬內(nèi)容主要驗(yàn)證煙氣溫度，能見(jiàn)度及co濃度等是否滿足人員疏散需求。

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模擬得到的煙氣流動(dòng)如下圖所示，火災(zāi)發(fā)生后，煙氣沿?zé)釤熡鹆魃仙粮呒軐禹敳坷^而向四周蔓延?；馂?zāi)充分發(fā)展后約400s時(shí)煙氣開(kāi)始在頂棚集聚，在前期800s內(nèi)，煙氣層沉降速度較快，煙氣層很快發(fā)展至6m左右厚度（如圖3），800s后，在自然排煙的作用下，煙氣層沉降速度明顯減慢，在模擬時(shí)間（1200s）內(nèi)，煙氣未沉降至距高架層以及高架夾層地面 2.1m 高度處。圖4中可以看出，除火源上空以外，其他區(qū)域溫度均在20度到30度范圍內(nèi)，如圖5所示，在距高架夾層地面2.1m高度處能見(jiàn)度水平約為27m到30m，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足人員疏散需求。

圖2 火災(zāi)煙氣流動(dòng)示意圖

圖3 煙氣厚度隨時(shí)間變化

圖4 煙氣溫度剖面示意圖（1200s）

圖5 候車(chē)廳內(nèi)能見(jiàn)度示意圖（1200s）

結(jié)論

1.由于高鐵候車(chē)廳空間高大，進(jìn)風(fēng)口面積大，煙氣在上升過(guò)程中會(huì)卷吸大量的冷空氣，因此煙氣平均溫度并不高。

2.由于自然排煙作用，在煙氣厚度發(fā)展到一定程度后，煙氣沉降速度明顯減緩。當(dāng)煙氣產(chǎn)生速度與自然排煙速度持平時(shí)，煙氣厚度基本維持穩(wěn)定。

3.高大空間內(nèi)火災(zāi)產(chǎn)生的co等有毒有害氣體濃度遠(yuǎn)低于人體能承受的上限值。