地下综合体建筑火灾中的烟气扩散模拟试验研究

刘承东　张举兵　魏立新　隋军　牟在根

摘 要：该论文以广州麓湖地下空间结构为背景，制作了地下综合体在火灾中的烟气扩散的有机玻璃模型，并根据项目设计的风机布置方案进行了火灾条件下烟雾扩散过程的模拟试验，得出了在部分区域发生火灾时烟雾扩散过程的定量化模拟结果，可为今后实际工程深化设计中的消防排烟方案设计提供参考依据。

关键词：地下综合体 模拟试验 麓湖地下空间

中图分类号：TU984111 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（c）-0037-02

随着社会经济的不断发展，我国城市规模越来越大，用地紧张、大中城市的市内交通拥堵、人文历史景观保护与城市发展矛盾十分突出，所以多种不同功能的建筑空间组合成了建筑综合体，当城市综合体随着城市的立体化再开发而伴生于城市地下空间中，就形成城市地下综合体，当城市中若干个地下综合体通过地下铁道或地下步行系统联系在一起时，就会形成规模更庞大的综合体群。从近几十年来城市地下空间利用的大量实践可以看出，开发和利用地下空间对于缓解城市发展中的各种矛盾，起到了非常积极的作用。在改善城市交通，节省城市用地，提高环境质量，加强城市抗灾能力，方便居民生活，改善居住条件，保存城市传统风貌等方面的作用十分明显，因此城市地下综合体相关的研究具有很重要的现实意义。

1 工程概况简介

作为麓湖地下空间项目建设的出发点，因白云山南门区域改造项目地处广州中心城区北部主要东西向主干路广园路与横枝岗路、麓湖路的相交节点，是连接内环路、东濠涌高架等干道的交通枢纽。其中，广园路作为广州北部的主干道，是规划部门最为关注的问题。规划方案希望通过下沉约600 m八车道的车行隧道以解决广园路的直行车流，同时通过连接地下空间的匝道实现与地面道路特定方向的交通转换。横枝岗路、云山南路与广园路、白云山南门各方向均有互通专用通道。因此，麓湖地下空间项目同时兼顾着交通枢纽和换乘枢纽的两大功能。

麓湖地下空间项目最关键的要点是将对广园路部分路段进行下沉，在白云山南门开发集下沉式广园路、地铁、公交枢纽、800个停车位的立体地下空间。本项目研究即以规划建设的麓湖地下空间项目为代表，通过模型试验进行城市地下综合体在火灾中的烟气扩散规律的研究。麓湖地下空间项目规划平面图见图1。

2 模型试验设计

麓湖地下空间的平面规模非常之大，但其竖向尺寸仅为地下2层，约9 m。根据模型试验的可操作性原则，模型设计时将平面尺寸缩小为实际对象的1/75，而竖向尺寸则缩小为实际对象的1/30，使每层的高度保持在150 mm，以利于安放发烟剂。另外，由于麓湖地下空间在广园中路南北两侧的部分具有近似的交通组织和通风方式，且受广园中路的分隔而具有相对独立性，因此模型设计中仅考虑了广园中路以南的部分，其有机玻璃模型及發烟剂安装图见图2。

由于广园中路以北规划的公交首末站及地铁站与广园中路以南的商业餐饮及停车场地块相对独立，从消防设计上可以分开对待，因此本研究仅以广园中路以南的商业餐饮及停车场用地为对象展开研究。考虑到模型试验的规模，模型在平面尺寸上缩尺比例为1：75，而在立面尺寸上缩尺比例控制为1：30，这样可以保证发烟剂安装的效果。

3 模型试验结果与分析

1ⅦB分区在整个麓湖地下空间原型结构中，处于广园中路以南部分的地下二层，试验模拟机动车自燃火灾产生的烟气扩散过程。本试验中采用PM2.5与PM10检测仪监测烟雾颗粒物浓度变化，检测仪位置布置于商业区的出口附近，以评估火灾烟雾对人员逃生的影响。点火后烟雾扩散范围随时间变化趋势图见图3。

从试验过程来看，发烟剂引燃后20 s，烟雾充满停车场大部分区域，启动风扇1、2、3、4进行排风，其中2、3两处风向朝向出口，起火位置烟雾浓度在45 s后达到最大值，后逐渐减小。整个扩散过程中少量烟雾进入商业区大厅和管理配电用房所在区域，基本没有侵入东部、西部环形车道及广园中路隧道。表明采用的排烟方案是合理的，可以最大限度地减轻对地下空间其余区域的影响。

从图4 1VIIB分区，PM10与PM2.5浓度变化曲线可以看出，商业区大厅出入口附近颗粒物浓度在起火2 min后达到峰值，PM10与PM2.5分别达到0.368和0.178 mg/m3。而且其他的试验工况也得到类似试验结果。

通过本模型试验，研究了麓湖地下空间结构在部分火灾场景条件下烟气的扩散范围和扩散过程，获得了不同分区起火后烟气流动蔓延的规律，可为实际工程火灾防控设计提供参考。本试验结果表明，在当前的火灾防排烟设备布置与运行逻辑条件下，可以基本保证烟气不会大量扩散到邻近区域，可为人员逃生与火灾的扑救提供保证。但限于试验条件，尚不能确定各区域的疏散楼梯间在火灾通风条件下能否保持正压。

《建筑设计防火规范》要求地下商场每个防火分区的建筑面积不能超过 2000 m2；设置了自动喷淋系统时也不得超过4000 m2，在麓湖地下空间项目中，部分区域的面积超过了上述限值，但从模拟火灾工况下烟气扩散的效果来看，各分区火灾条件下，烟气基本被控制在相应范围，尚未对邻近分区产生较大影响。

4 结语

（1）在麓湖地下空间的模型试验中，模拟了不同的火灾原因所产生的烟气扩散过程，并采用PM2.5与PM10检测仪监测烟雾颗粒物浓度变化，以评估火灾烟雾对人员逃生的影响。本项目通过不同分区的火灾位置以及不同的排风方案，使整个烟雾扩散过程中少量烟雾进入商业区大厅和管理配电用房所在区域，而且基本没有侵入东部、西部环形车道及广园中路隧道，从而表明所采用的排烟方案是合理的，而且可以最大限度地减轻对地下空间其余区域的影响。

（2）在城市地下综合体建筑火灾模拟试验方面，本项目通过大量的试错研究，成功研发了一种模拟火灾烟雾扩散过程的发烟剂，可用于同类目试验。发烟剂以氯酸钾和蔗糖为反应试剂，采用加热电路引燃，产生稳定、均匀的淡黄色烟雾，可以模拟火灾时烟雾的产生过程，可以为今后的类似的试验提供参考。

（3）本项目研究中设计和制作了麓湖地下空间结构的有机玻璃模型，并根据项目设计的风机布置方案进行了火灾条件下烟雾扩散过程的模拟试验，得出了在部分区域发生火灾时烟雾扩散过程的定量化模拟结果，可为今后实际工程深化设计中的消防排烟方案设计提供参考依据。

参考文献

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