地下商业街排烟设计研究.docx

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地下商业街排烟设计研究

地下商业街排烟设计研究

摘要

随着城市的不断发展和人口的快速增长，地下建筑越来越多地出现在人们面前，因此地下建筑的消防安全问题越来越显得突出。

地下建筑在构筑上和地面建筑有很大的差异，更容易形成火灾，而且火灾后烟大温度高、人员疏散困难、泄爆能力差、扑救困难，会造成更为严重的人员伤亡和财产损失。

地下商业街是地下建筑的一种，是利用地下空间取得盈利的商业设施。

目前，地下商业街多数经营服装、百货等，这些物品火灾荷载大，一旦起火火势蔓延迅速，火势不容易扑灭。

本文结合大连市地下商业街的实际情况，采取三个排烟环节，分别是在每个店铺和超市内设置排烟口，使店铺和超市内通风，排烟量应使在火灾中烟气层高度不低于门眉的高度，确保烟气不蔓延到走廊内；在走廊内采取分段排烟的方式，确保在火灾中烟气没有蔓延到出口处；在出口处采取排烟措施，确保疏散楼梯处于安全状态。

同时，把FDS模拟火灾软件应用到地下商业街的排烟研究中，用FDS来模拟火灾烟气的流动状况和控制效果，确定合理的排烟设计参数。

为地下商业街的排烟设计和人员的安全疏散提供指导和帮助。

第一章绪论3

第二章火灾场景设定及地下商业街火灾危险性分析5

2.1地下商业街的建筑特点5

2.2地下商业街的火灾危险性5

2.3地下商业街的火灾特点6

2.4火灾的主要参数7

2.5地下商业街烟气流动影响因素11

2.6烟气的性质12

第三章地下商业街建筑工程分析13

3.1排烟口设计15

3.2FDS简介16

3.3FDS火灾模拟软件可靠性分析16

第四章地下商业街商铺、超市内排烟设计研究17

4.1店铺、超市内火源位置的确定17

4.2火源功率的确定17

4.2火灾荷载的确定17

4.3火灾增长类型18

4.4热释放速率18

4.5店铺、超市内排烟口位置的设定18

4.6店铺、超市内排烟风速的设定18

4.7店铺、超市内排烟口尺寸的设定19

4.8利用FDS软件模拟计算结果分析19

第五章地下商业街走廊内排烟设计研究30

5.1分段排烟长度的设定30

5.2走廊内排烟风速的设定30

5.3走廊内排烟口尺寸的设定30

5.4利用FDS软件模拟计算结果分析30

第六章地下商业街疏散出口处的排烟形式行研究37

6.1建立地下商业街疏散出口处的几何模型37

6.2利用FDS软件模拟烟气在走廊和出口处的流动过程37

6.3确定地下商业街疏散出口处的排烟形式，计算排烟口尺寸、排烟量39

6.4不同火源特性对烟气蔓延的影响41

第七章结论与展望41

7.1结论41

7.2未来工作建议41

致谢42

参考文献43

第一章绪论

1.1课题的研究背景

随着城市的不断发展和人口的快速增长，地下建筑越来越多地出现在人们面前，因此地下建筑的消防安全问题越来越显得突出。

地下建筑在构筑上和地面建筑有很大的差异，更容易形成火灾，而且火灾后烟大温度高、人员疏散困难、泄爆能力差、扑救困难，会造成更为严重的人员伤亡和财产损失。

地下商业街是地下建筑的一种，是利用地下空间取得盈利的商业设施。

目前，地下商业街多数经营服装、百货等，这些物品火灾荷载大，一旦起火火势蔓延迅速，火势不容易扑灭。

而且，地下商业建筑的灭火救援工作困难较大。

首先，在封闭的复杂室内空间中，人很容易迷失方向，特别是那些进入地下商业空间但对内部情况不熟悉的人群，迷路是经常发生的。

在这种情况下发生火灾时，心理上的恐慌程度和行动上的混乱程度更严重。

其次，商场内可燃物多，发生火灾时，封闭的环境使得燃烧不充分，燃烧会产生大量的烟气。

此外，地下商业街在地面之下，人员向外疏散要进行垂直上行的过程，相比下行要消耗体力，进而大大影响人疏散到安全地带的速度。

同时，疏散路线和烟气及热气流自然流动的方向一致，因此人员的疏散必须在烟气到达前完成。

但是，由于这个时间差很短，而且大的人流量会使疏散秩序变得相当混乱，所以实现起来的难度还很大的。

大量的火灾案例证明，烟气中毒和窒息成为建筑火灾中人员致死的主要原因。

此外，由于高温烟气的迅速流动和蔓延，引起了火势的迅速蔓延和扩大。

因此，在建筑防火特别是在地下商业街防火中，必须设排烟系统，以对烟气进行有效的控制。

1.2国内外研究现状

近年来许多国家在火灾烟气的研究方面做了大量的工作，取得了一些成果。

Cox和Kumar在机械通风环境中对火灾进行了场模拟的研究，Cooper及Forney开展了房间火灾区域模拟研究，Hinkley分析了热烟气在屋顶有通风口情况下的产生率，Morgan研究了烟气在大空间的水平流动，并且得出了封闭商场中的烟气控制的设计方法。

ChungK.C使用地下商业建筑数学模型，对地下商业建筑的防烟系统进行了评价。

到目前，国外已经有了不同类型的模拟软件和程序。

对于区域模拟，己经发展到了单室和多室的区域模拟，如美国的CFAST程序，加拿大的IRC，日本的BRI等，并不断改进其程序或更新版本。

这些程序能够处理复杂的可燃物分布和通风口流动，能考虑室内火灾中的各种传热方式，能够计算火灾时烟及毒性气体的浓度及对人员的危害等。

对于场模拟，有英国的JASMINE，澳大利亚的CESARE-Risk，德国的KOBRA-3D能够对建筑火灾过程进行三维动态仿真模拟。

我国在“八五”、“九五”期间对地下商业建筑的控烟技术及烟气流动特性进行了大量的研究，取得了一些重大成果，建立了一些有较高水平的大型实验设施。

公安部四川消防科学研究所分别对地下商业街火灾烟气成分和烟气流速进行了试验研究，分析了烟气成分、和烟气流动的变化规律和毒性危害，研究了不同的防排烟情况下烟气的流动情况，并对设计参数进行了探讨。

上海消防科学研究所建立了火灾烟气流动水力模化实验装置，它应用流体相似理论，用染色的盐水在清水中的湍流浮力流动代替湍流热烟气在冷空气中的流动。

四川消防科学研究所和天津消防科学研究所建立了地下商业街和商场火灾试验室。

上海消防科学研究所提出了计算模化程序，可用来模拟地下建筑火灾烟气流动各种参数的变化规律，列出了烟气质量的计算公式，对烟气分层与否给出了判断公式。

山东省公安厅消防局李国华等人对地下商业建筑防排烟设计提出了要求，指出地下商业建筑中的防排烟设施尤为重要，应注意合理划分防排烟分区、准确计算排烟量、选择合适的防排烟方式等。

广东省公安厅消防局吴凤等人对地下商业街火灾烟气流动做了实验研究，实验结果表明：

安装天花板有利于提高排烟速率,但烟气蔓延速度加快,因此宜采用镂空式天花板以利用顶部蓄烟;地下商业街宜采用远火源端补风、近端机械排烟方式,设计中需依据风量和速率选取风机,还应考虑风机对流场的扰动以及进风口设置位置。

由于我国在火灾烟气流动基础理论及数学模化研究，防排烟的实体火灾试验研究方面与发达国家有较大差距，因此应加强这些方面的研究，建立国家级火灾烟气流动特性基本参数的数据库，作为现行规范制修订的依据，也可作为性能化设汁的开发和验证的有力支撑条件，解决日前工程和规范中急需要解决的重大问题,如防排烟系统与通风换气系统的一体化问题、机械送风、排烟系统与自动喷水系统的互补性等问题。

1.3课题研究的目的和意义

通过对地下商业街采取以下三个排烟环节，一是在每个店铺和超市内设置排烟口，使店铺和超市内通风；二是在走廊内采取分段排烟的方式进行排烟；三是在出口处采取排烟措施，确保疏散楼梯处于安全状态，并利用FDS来模拟火灾烟气的流动状况和控制效果，确定合理的排烟设计参数，为地下商业街的排烟设计和人员的安全疏散提供指导和帮助。

地下商业街与其他地下建筑如地下隧道、地下车库等相比有其特殊性，但总的说来还是共性大于特殊性，都是地下建筑空间，因此地下商业街的排烟设计对其他地下公共建筑也具有一定的参考价值。

1.4论文研究的主要内容

本文针对地下商业街采取的三个排烟环节，利用FDS软件，确定以下排烟设计参数：

一是确定店铺、超市内的排烟口尺寸、排烟量大小；二是在商业街走廊内实施分段排烟时，每段排烟区域的长度以及排烟强度；三是对疏散出口处的排烟形式进行研究，确定排烟形式、排烟口尺寸、排烟量。

第二章火灾场景设定及地下商业街火灾危险性分析

2.1地下商业街的建筑特点

地下商业街是地下建筑形式之一，在地下空间的额开发利用中占有非常重要的地位。

除了在地面上树立密密麻麻的高层商业大厦，很多大中型城市还将商业区的地下也开发为宽阔的商业大道。

这样一来不但充分开发利用了商业区的建筑用地，同时还避免了地面街道上的车辆、噪音和灰尘等。

近些年，我国经济高速发展，已经开始大规模利用地下空间，地下商业街发展迅速。

地下商业街一般有如下特点：

（1）建筑结构：

空间相对封闭，通向地面的安全出口较少。

（2）建筑功能：

商业街和地下通道的结合，部分地下商业街与人防工程公用，内部装饰装修较为豪华。

（3）建筑环境：

一般位于城市经济繁华、交通发达的商业中心，部分已十字交叉路口为中心沿路口方向延伸，地面建筑高楼耸立，人员流动密集。

2.2地下商业街的火灾危险性

第一，地下建筑易发生阴燃和轰然地下建筑处于封闭状态，空气流通不畅，出入口少，供气不足，发生火灾后大量的物质在燃烧情况下得不到充足的空气，使燃烧速度与燃烧的充分性受到影响，由于火灾时发烟量与可燃物物理化学特性、燃烧状态和供气程度有关，而地下建筑一般供气不足，因此阴燃时间较长，发烟量较大。

例如，2002年4月，智利北部卡拉马城的一座地下建筑发生阴燃，时间长达4个月之久。

此外，由于地下空间的相对封闭性，温度升高，高温热烟气流的体积膨胀快，压力增加快，热烟气流积聚，极易产生轰燃。

1987年11月18日，伦敦“King'sCross”地铁车站一名吸烟乘客丢掉的火柴掉入自动扶梯的齿轮中，点燃了机油和一些可燃的有毒物质并引起大火，起火后仅6分钟就发生了轰燃，此次事故共造成了31人死亡和27人重伤。

第二，地下建筑发生火灾时疏散困难地下空间火灾的另一个重要特点是火灾发生时人员逃生的方向和烟气的扩散方向都是从下往上,人员的出入口很可能就是喷烟口,通常烟气的扩散速度要比人群疏散速度快得多,能在很短的时间内造成人员的疏散困难，极易造成群死群伤事故。

第三，地下建筑火灾烟气的危害较为严重由于地下建筑的排烟排热性差，阴燃时间长，内部空间温度上升快，温度瞬间可使室内温度高达800～900℃，甚至达到1000℃以上。

人员吸入过热烟气后会严重灼伤气管并导致呼吸衰竭，或因烟气毒性致死。

2.3地下商业街的火灾特点

2.3.1火灾发生概率大，火灾蔓延速度快

地下商业街内部通风、采光、装饰、广告全部依靠电源来进行，各种电器设备长期大负荷运行，用电量极大，引用点不当或电器电缆质量引起火灾的可能性非常大；我国在人员集中的公共场所安全监督管理工作方面有待提高，在人员密集的地下商业场所，常常回音一时不完善的安全管理导致异常火灾悲剧的产生；地下商业街的建筑格局相对狭长且具有通风系统及建筑内的可燃物相对集中且种类繁多等特点，一旦火灾发生，大量烟气向一端或者两侧快速蔓延。

若未能得到控制，则有可能引燃其他区域的可燃物，火灾规模急剧扩大。

2.3.2人员疏散困难，火灾扑救难度大

地下商业街地理位置和商业活动量决定了人员流动量。

一般情况下，地下商业街除了作为商业交易场所之外，还被人们作为便捷的地下通道，所以人员流动较大，节假日更是严重。

而往往一些狭长的地下商业街人员疏散距离也超过了消防规范中规定的30米。

与地面建筑图通，地下商业街内烟气的运动方向与人员疏散方向一致，烟气的蔓延通道同时也是人员的逃生通道。

这些因素都给地下商业街内的人员安全疏散带来了困难。

地下商业街的烟气的运动方向与救援方向正好相反，消防员很难进入火场。

进入的消防人员也会因密闭的地下街内烟气弥漫和突发的停电造成的能见度减低等情况很难观测到起火位置和燃烧情况。

而往往还会因为地下通道信号