楊 卓 郭宗敏

（云南云大設(shè)計(jì)研究院 昆明 650031）

0 引言

大型坡地建筑群，地下車庫(kù)經(jīng)常用分臺(tái)和斜板兩種方式來(lái)處理高差。嚴(yán)格意義上，任何平板型地下車庫(kù)，為了找坡排水，地面都不是完全水平的，這種方式俗稱“建筑找坡”。若車庫(kù)找坡方向與長(zhǎng)方向重合，其最遠(yuǎn)端積累的高差，對(duì)車庫(kù)使用凈高的影響不可小覷。常規(guī)設(shè)計(jì)中，通過(guò)短邊找坡，或多段找坡等手段，可以有效化解上述負(fù)面影響。本文討論的，是以“結(jié)構(gòu)找坡”方式設(shè)置的斜板型地下機(jī)動(dòng)車庫(kù)，給暖通防排煙設(shè)計(jì)帶來(lái)的新問(wèn)題。

1 平板型車庫(kù)防排煙設(shè)計(jì)措施

以一個(gè)狹長(zhǎng)的地下機(jī)動(dòng)車庫(kù)模型為例，不考慮找坡排水，視其底板和頂板均為水平，車庫(kù)面積不大于4000m2，層高3.70m，主梁高0.80m（含頂板厚度160mm），停車84 輛，劃分為1 個(gè)防火分區(qū)，設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。暖通排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟簡(jiǎn)述如下：

（1）將車庫(kù)劃分為2 個(gè)防煙分區(qū)，單個(gè)防煙分區(qū)面積2000m2，如圖1 所示。按凈高3.54m 計(jì)算，最小清晰高度為Hqmin=1.6+0.1×3.54=1.954m，因《車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ100-2015）規(guī)定，保證微型車、小型車出入的最小凈高為2.20m，因此設(shè)計(jì)清晰高度取2.50m。防煙分區(qū)交界的擋煙垂壁即由0.8m 高的結(jié)構(gòu)主梁及0.4m 高的擋煙垂板組合構(gòu)成，擋煙垂壁下方凈高Hq=3.70-（0.80+0.40）=2.50m，儲(chǔ)煙倉(cāng)厚度Hc=0.80+0.40-0.16=1.04m。

圖1 防煙分區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of smoke prevention zoning

（2）每個(gè)防煙分區(qū)獨(dú)立設(shè)置一套機(jī)械排煙系統(tǒng)。根據(jù)車庫(kù)凈高尺寸，查《汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50067-2014 表8.2.5，取單套系統(tǒng)排煙量30810CMH，另?yè)?jù)CO 濃度法計(jì)算得單個(gè)分區(qū)排風(fēng)量21000CMH（過(guò)程略），選擇高速擋風(fēng)量為31500CMH、低速擋風(fēng)量為22000CMH的雙速風(fēng)機(jī)，設(shè)于專用機(jī)房?jī)?nèi)，以排煙風(fēng)速（風(fēng)機(jī)高速擋）計(jì)算干管—支管截面，并用排風(fēng)風(fēng)速（風(fēng)機(jī)低速擋）進(jìn)行校核。系統(tǒng)平面布置如圖2 所示。

圖2 單個(gè)防煙分區(qū)機(jī)械排煙系統(tǒng)平面圖Fig.2 Plan of mechanical smoke elimination system in single smoke prevention zoning

（3）依據(jù)氣流均衡原則，共設(shè)置10 個(gè)排煙口，單個(gè)排煙口1000×200，采用常開(kāi)式百葉風(fēng)口。按《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017（以下簡(jiǎn)稱《煙標(biāo)》）第4.4 章要求進(jìn)行計(jì)算，排煙口安裝高度為距地3.090m（即距頂板下方0.45m）時(shí)，排煙口最低點(diǎn)與擋煙垂壁最低點(diǎn)之間的高差（即排煙系統(tǒng)吸入口最低點(diǎn)之下的煙氣層厚度）為db=1.04-0.45=0.59m，此時(shí)計(jì)算得單個(gè)排煙口最大允許排煙量為3306.70CMH，單個(gè)防煙分區(qū)所有排煙口最大允許排煙量為33076.0CMH，煙層平均溫度與環(huán)境溫度的差為200.02K，排煙措施合理有效[1]，具體如圖3、圖4 所示。

圖3 平板型車庫(kù)機(jī)械排煙系統(tǒng)剖面示意圖Fig.3 Section diagram of mechanical smoke elimination system of flat garage

圖4 排煙口設(shè)置校核計(jì)算表Fig.4 Check and calculation table of smoke vent setting

2 斜板型車庫(kù)出現(xiàn)的新問(wèn)題

仍以上述地下車庫(kù)模型為例，平面參數(shù)不變，但采取結(jié)構(gòu)找坡方式，坡度為3%，則在Z 軸方向上，最高點(diǎn)比最低點(diǎn)升高4.550m。同樣劃分為2個(gè)防煙分區(qū)，為既保證汽車通過(guò)凈高，又維持儲(chǔ)煙倉(cāng)最大厚度，擋煙垂壁最低點(diǎn)取距該處地面2.20m。但與平板型空間不同的是，斜板型空間的儲(chǔ)煙倉(cāng)，不再是一個(gè)高度相等的均勻立方體空間。

按《煙標(biāo)》中儲(chǔ)煙倉(cāng)的定義，“位于建筑空間頂部，由擋煙垂壁、梁或隔墻等形成的用于蓄積火災(zāi)煙氣的空間”，這一空間僅是五面圍合的，其開(kāi)敞的底邊，其實(shí)是一個(gè)“虛擬”的平面。位于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)的煙氣層，頂邊、周邊都受限，只有底面開(kāi)敞，而這個(gè)底面，理論上保持水平，這是煙氣的物理特性所決定的。因此，斜板型車庫(kù)的儲(chǔ)煙倉(cāng)，必然是一個(gè)以傾斜樓板為頂，擋煙垂壁為邊，水平面為底的水平三棱柱型空間。擋煙垂壁最低點(diǎn)處的儲(chǔ)煙倉(cāng)達(dá)到最大高度，而沿頂板坡向，儲(chǔ)煙倉(cāng)高度線性降低，直至為零，如圖5 所示。

圖5 斜板下的儲(chǔ)煙倉(cāng)示意圖Fig.5 Schematic diagram of smoke reservoir under inclined slab

遵循常規(guī)做法，機(jī)械排煙系統(tǒng)的風(fēng)管緊貼梁底吊裝，排煙口以距該處頂板或底板進(jìn)行豎向定位，出現(xiàn)的新問(wèn)題，就是部分排煙口完全位于儲(chǔ)煙倉(cāng)下方，不能處在設(shè)計(jì)煙層厚度范圍之內(nèi)，如圖6 所示。

圖6 斜板下的排煙口示意圖Fig.6 Schematic diagram of smoke vent under inclined slab

高度受限的扁平空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，高溫?zé)煔膺\(yùn)動(dòng)規(guī)律為：①熱壓作用下急速升騰→②空間受阻上部聚集→③下沉席卷，蔓延擴(kuò)散。排煙系統(tǒng)的作用是要在③到來(lái)之前有效將煙氣排出室外，為人員逃生贏得先機(jī)。因此，排煙設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)，不是把所有煙氣全部排走，而是建立穩(wěn)定的煙層，稀釋煙氣[2]，即維持產(chǎn)煙—排煙的動(dòng)態(tài)平衡，使之盡可能受限于單個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)，保持煙氣層下方的最小清晰高度，保證人員安全疏散。

斜板型地下車庫(kù)，因?yàn)槌霈F(xiàn)部分排煙口不能處于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)的問(wèn)題，依據(jù)《煙標(biāo)》第4.6.14 條計(jì)算公式可知，當(dāng)排煙系統(tǒng)吸入口最低點(diǎn)之下的煙氣層厚度db小于等于0 時(shí)，單個(gè)排煙口的最大允許排煙量亦為0，即該處排煙口完全不承擔(dān)排煙功能。源源不斷產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，只能由處于?chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)的局部排煙口超額吸入，當(dāng)排煙速率跟不上產(chǎn)煙速率時(shí)，煙氣必將下沉、越過(guò)擋煙垂壁，侵入人員疏散空間，并向位于地勢(shì)高處的相鄰防煙分區(qū)蔓延。

3 解決方案

設(shè)想一個(gè)下游堰塞嚴(yán)重、只能靠底部管網(wǎng)排水的湖泊，局部地區(qū)暴雨傾盆，雨水自然從低處囤積。為守住“水位不得漫過(guò)防護(hù)堤”這一安全底線，必須保證所有排水口都不能空吸，最可行的辦法是增設(shè)二級(jí)水壩。把這個(gè)“筑壩儲(chǔ)水”的例子反向投映為“設(shè)壁擋煙”，斜板型車庫(kù)的排煙問(wèn)題也迎刃而解。

圖7 水壩儲(chǔ)水-排水示意圖Fig.7 Schematic diagram of water storage and drainage of dam

3.1 具體做法

（1）防煙分區(qū)劃分原則不變，單個(gè)防煙分區(qū)面積盡量接近2000m2，設(shè)計(jì)清晰高度取過(guò)車最小凈高2.20m。防煙分區(qū)邊界的一級(jí)擋煙垂壁仍由結(jié)構(gòu)主梁與擋煙垂板組合構(gòu)成，一級(jí)擋煙垂壁下方凈高Hq=2.20m；

（2）在同一防煙分區(qū)內(nèi)，沿坡度方向設(shè)置多道二級(jí)擋煙垂壁，形成多個(gè)階梯狀儲(chǔ)煙倉(cāng)。二級(jí)擋煙垂壁設(shè)置原則為：

①任一擋煙垂壁下方凈高≥2.20m；

②使位于該儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)的排煙口，其最低點(diǎn)與該儲(chǔ)煙倉(cāng)高位側(cè)擋煙垂壁最低點(diǎn)之間的垂直高差，滿足《煙標(biāo)》第4.6.14 條公式逆向計(jì)算出的db值（如本例，單個(gè)防煙分區(qū)排煙量30810CMH，設(shè)置10個(gè)排煙口，單個(gè)排煙口計(jì)算排煙量約3100CMH。當(dāng)db=0.59m 時(shí)，單個(gè)排煙口最大允許排煙量計(jì)算得3307.60CMH，此時(shí)排煙口豎向定位為距該處頂板350mm，設(shè)置合理）。

上述做法如圖8 所示。

圖8 增加多級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)的斜板型地下車庫(kù)排煙示意圖Fig.8 Smoke exhaust diagram of inclined slab underground garage with multi-stage smoke reservoir

3.2 優(yōu)化措施

鑒于車庫(kù)防煙分區(qū)面積較大，層高較矮，且煙氣在豎向上的升騰速度遠(yuǎn)大于水平向的擴(kuò)散速度，則在單個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)，即使僅考慮單點(diǎn)火災(zāi)，充分燃燒階段的煙氣分布也是極不均勻的。斜板型車庫(kù)特殊的空間形態(tài)會(huì)使這一影響更為加劇。設(shè)置二級(jí)擋煙垂壁的初衷，是“默認(rèn)”整個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)的煙氣均勻向上升騰，水平向亦受控，最終“困于”各個(gè)二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)中，最終達(dá)到產(chǎn)煙—排煙的動(dòng)態(tài)平衡。但如圖8 例所示，若著火點(diǎn)位于⑨-○11 軸之間的較高地面，即使在該分區(qū)排煙系統(tǒng)正常工作的情況下，煙氣也難于進(jìn)入⑦-⑨軸間的二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)，而會(huì)優(yōu)先侵入位于高位的相鄰防煙分區(qū)。在○11 軸下方，煙氣將向下“翻越”一級(jí)擋煙垂壁，嚴(yán)重影響疏散高度。因此，需將煙氣引入相鄰的多個(gè)二次儲(chǔ)煙倉(cāng)，促使其在同一防煙分區(qū)內(nèi)盡量均勻擴(kuò)散，以保證機(jī)械排煙系統(tǒng)最高效工作，所采取的優(yōu)化措施，就是在二級(jí)擋煙垂壁上增設(shè)過(guò)煙孔，如圖9 所示。

圖9 設(shè)置過(guò)煙孔的多級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)示意圖Fig.9 Schematic diagram of multi-stage smoke reservoir with smoke passage hole

過(guò)煙孔的設(shè)置原則如下：

同一個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)排煙量為L(zhǎng)，若細(xì)分為n個(gè)二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)，則每個(gè)二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)的計(jì)算排煙量為L(zhǎng)/n，通過(guò)過(guò)煙孔擴(kuò)散至其余二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)的計(jì)算排煙量為（n-1）L/n，過(guò)煙孔的通過(guò)風(fēng)速，介于自然排煙與機(jī)械排煙風(fēng)速之間，建議取3～5m/s，則可用簡(jiǎn)單的風(fēng)速公式計(jì)算出每道二級(jí)擋煙垂壁上的過(guò)煙孔開(kāi)設(shè)尺寸。

開(kāi)設(shè)過(guò)煙孔的另外一個(gè)好處，是可將車庫(kù)內(nèi)大尺寸的排煙風(fēng)管，眾多水管、橋架等從中穿越（過(guò)煙孔截面計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮上述遮擋影響），大大簡(jiǎn)化管線穿越常規(guī)擋煙垂板后的封閉處理工作，使二級(jí)擋煙垂壁的實(shí)施安裝更為簡(jiǎn)易可靠。

4 煙氣流動(dòng)分析軟件（PyroSim）計(jì)算模擬成果

4.1 斜板型車庫(kù)-單級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)排煙情況模擬

假設(shè)著火點(diǎn)位于防煙分區(qū)中部，負(fù)擔(dān)著火點(diǎn)防煙分區(qū)的機(jī)械排煙系統(tǒng)啟動(dòng)，相鄰防煙分區(qū)機(jī)械排煙系統(tǒng)不工作，對(duì)斜板型車庫(kù)模型進(jìn)行火災(zāi)排煙模擬，并測(cè)量模擬區(qū)間內(nèi)煙氣濃度。如圖10 所示建立1-1 剖面，在剖面中顯示煙氣濃度。如圖11 可見(jiàn)，整個(gè)儲(chǔ)煙倉(cāng)形成以傾斜樓板為頂，擋煙垂壁為邊，近似水平面為底的水平三棱柱型空間，此時(shí)車庫(kù)低位側(cè)（即A 點(diǎn)左側(cè)）的4 個(gè)排煙口處于儲(chǔ)煙倉(cāng)以外而完全不承擔(dān)排煙功能，只有6 個(gè)排煙口在超額工作（A、B 點(diǎn)間的排煙口雖不在儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)，但因位于煙氣上升通道范圍內(nèi)，同樣在工作）。

圖10 斜板型車庫(kù)火災(zāi)排煙模擬示意圖Fig.10 Schematic diagram of fire smoke exhaust simulation of inclined slab garage

圖11 斜板型車庫(kù)（單級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)）煙氣剖面濃度示意圖Fig.11 Schematic diagram of flue gas section concentration of inclined slab garage(single-stage smoke reservoir)

分別對(duì)圖11 中A、B、C、D 四點(diǎn)煙氣底端距地高度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)圖12?？梢?jiàn)：

圖12 不同位置斜板型車庫(kù)煙氣高度圖Fig.12 Smoke height diagram of inclined slab garage at different positions

（1）A 點(diǎn)位于著火防煙分區(qū)的地勢(shì)較低側(cè)，該點(diǎn)處煙氣濃度較低，煙氣層距地高度較高，約為2.4m；

（2）B 點(diǎn)由于靠近起火點(diǎn)，這一位置煙氣多，濃度大，隨著時(shí)間發(fā)展，煙氣基本維持在2.2m 之上，保持在儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)；

（3）C 點(diǎn)位于著火防煙分區(qū)的地勢(shì)較高側(cè)，該點(diǎn)處煙氣層距地高度最低，甚至不足1.5m，已嚴(yán)重影響到人員疏散；

（4）D 點(diǎn)位于著火點(diǎn)相鄰的防煙分區(qū)（B1-01-B），由于分區(qū)之間的擋煙垂壁不能有效阻擋煙氣，煙氣已越過(guò)擋煙垂壁進(jìn)入該防煙分區(qū)。此時(shí)如果該防煙分區(qū)的排煙系統(tǒng)不工作，入侵煙氣已在分區(qū)內(nèi)彌漫擴(kuò)散，D 點(diǎn)處煙氣底部距地高度僅有1m。

4.2 斜板型車庫(kù)—多級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)排煙情況模擬

按照第3 章所述方法建立模型，每?jī)煽缭鲈O(shè)一個(gè)二級(jí)擋煙垂壁，將防煙分區(qū)B1-01-A 分為5 個(gè)二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)，測(cè)量點(diǎn)位置不變，重復(fù)上述模擬過(guò)程。

圖13 斜板型車庫(kù)多級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)火災(zāi)排煙模擬示意圖Fig.13 Schematic diagram of fire smoke exhaust simulation of inclined slab garage(multi-stage smoke reservoir)

分別對(duì)圖14 中A、B、C、D 四點(diǎn)煙氣底端距地高度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)圖14?？梢?jiàn)：

圖14 斜板型車庫(kù)多級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)煙氣剖面濃度示意圖Fig.14 Schematic diagram of flue gas section concentration of inclined slab garage(multi-stage smoke reservoir)

（1）和4.1 節(jié)類似，A 點(diǎn)位于著火防煙分區(qū)的地勢(shì)較低側(cè)，該點(diǎn)處煙氣層距地高度較高，約為2.4m。與4.1 節(jié)相比，設(shè)置帶過(guò)煙孔的二級(jí)擋煙垂壁后，地勢(shì)較低處的二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)的煙氣濃度明顯增加；

（2）和4.1 節(jié)類似，B 點(diǎn)由于靠近起火點(diǎn)，這一位置煙氣多，濃度大，隨著時(shí)間發(fā)展，煙氣基本維持在2.2m 之上，保持在儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)；

（3）C 點(diǎn)位于著火防煙分區(qū)的地勢(shì)較高側(cè)，由于帶過(guò)煙孔的二級(jí)擋煙垂壁的“攔截+疏導(dǎo)”作用，煙氣“有序”蔓延至C 點(diǎn)所在二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)上方，縱向上底面形成較為明顯的“階梯狀”分布。由圖15（b）可見(jiàn)，C 點(diǎn)所在區(qū)間煙氣底部也能基本維持在2.4m 以上；

圖15 不同位置斜板型車庫(kù)煙氣高度圖Fig.15 Smoke height diagram of inclined slab garage at different positions

（4）D 點(diǎn)位于著火點(diǎn)相鄰的防煙分區(qū)（B1-01-B），由于著火防煙分區(qū)的排煙系統(tǒng)工作有效，故煙氣始終沒(méi)有“越過(guò)”一級(jí)擋煙垂壁進(jìn)入相鄰防煙分區(qū)，D 點(diǎn)無(wú)煙氣。

5 結(jié)論

（1）斜板型地下車庫(kù)因空間特殊，機(jī)械排煙系統(tǒng)的排煙口不能都處于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)系統(tǒng)排煙效果差，煙氣容易侵入相鄰防煙分區(qū)，并下沉至清晰高度內(nèi)，嚴(yán)重影響疏散；

（2）增設(shè)二級(jí)擋煙垂壁，將一個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)細(xì)分為多個(gè)二級(jí)儲(chǔ)煙倉(cāng)，能使所有排煙口均設(shè)置于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)，保證排煙系統(tǒng)正常工作。二級(jí)擋煙垂壁上設(shè)置過(guò)煙孔，能促進(jìn)同一防煙分區(qū)內(nèi)煙氣的分布均勻，進(jìn)一步提升系統(tǒng)排煙效率；

（3）車庫(kù)以外的其他排煙場(chǎng)所，建議按不同凈高空間劃分防煙分區(qū)，且單個(gè)分區(qū)面積不宜過(guò)大，即可保證將所有排煙口都設(shè)于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)，滿足規(guī)范設(shè)置要求；

（4）常規(guī)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的默認(rèn)條件是煙氣在整個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)均勻擴(kuò)散。其實(shí)單點(diǎn)火災(zāi)的模擬過(guò)程說(shuō)明情況并非如此，特別是在車庫(kù)這種防煙分區(qū)與著火點(diǎn)面積比較大的工況，靠近火源點(diǎn)處煙氣濃度極大，遠(yuǎn)離火源點(diǎn)處煙氣濃度較低，相應(yīng)點(diǎn)位附近的排煙口，事實(shí)上的排煙效率是不一致的，因此在設(shè)計(jì)排煙口數(shù)量、尺寸時(shí)，應(yīng)有一定的裕量考慮。