基于仿真模拟技术的某建筑防风雨罩设计方案消防安全特性分析

朱桂军

摘 要 相邻商业建筑搭建防风雨罩可以有效改善恶劣天气下购物观光体验，但也会对排烟、散热和人员疏散安全性等消防安全特性带来影响。本文借助火灾风险评估方法，使用数值模拟软件对不同设计方案的火灾情形下的消防安全水平进行分析和研究，并结合模拟结果提出相关加强措施以进一步提高建筑消防安全水平。

关键词 防风雨棚;防排烟;仿真模拟;消防安全

引言

由多栋单体组成的商业建筑群可以有效提升营业规模和经营种类的丰富性，便于顾客实现集中采购和多种形式的消费体验。为提升顾客在恶劣天气下的购物体验，减少顾客雨天在不同建筑间穿行出现淋湿的概率，往往采用在多栋单体建筑顶部设置防风雨罩的方式，将建筑间原本露天的区域进行保护。

然而，增加防风雨罩将可能对建筑群的消防安全特性带来影响。首先，增加的防风雨罩在遮风挡雨的同时，也将对其覆盖区域的排烟行为产生影响;其次，防风雨罩设置以后，将会对该区域的热量扩散产生影响，可能会导致局部高温的情况;同时，对比没有设置防风雨罩的情形，人员疏散至防风雨罩下方后，不能完全等同于没有遮挡的纯室外区域，身处此处的行人的人身安全是否可以得到保证，也是需要关注的内容。

1研究对象介绍

作为占地面积较大的某商业综合体建筑群，由于其实际使用功能需求及其美学外观特性，两主体建筑通过防风雨罩连接。雨罩下方净空高度大、覆盖面积广、局部镂空或挑空，采用了自然排烟方式。作为大空间结构布局，其火灾时排烟效果以及能否满足下部人员安全疏散要求需要进行定量模拟分析。为研究不同情形下消防安全特性，设计了共计四种防风雨罩的方案，用于对比排烟、散热过程中温度、烟气浓度、能见度、一氧化碳浓度等关键特征参数的变化情况[1]。

表1给出了四种防风雨罩的设计方案，与防风雨罩相连的是商业建筑（表中附图未显示商业建筑）。其中，方案一选择了4个区域进行局部挑高，挑高区域四周不做遮蔽，以便于高温烟气从此处排出;方案二和方案三，在方案一的基础上分别增大了镂空面积或者增加了挑高区域的数量和面积;方案四则是在方案三的基础上，结合防风雨罩两侧建筑店铺类型和出口位置，增加了一个末端的挑高，并且有针对性地选择其他三个区域，进一步增加挑高的高度，以使得烟气可以以更大的流量排出。

2数值模拟仿真

为解决对比四种方案的消防安全特性，结合实际情况，建立数值模拟模型，如图1所示。

参照可信最不利原则，通过对建筑内部店铺类型、位置及可燃物进行调研统计，设计了8个火灾场景，分别模拟不同方案下不同位置发生火灾之后的明火及烟气的蔓延过程。模拟过程中，对关键部位的烟气浓度、可见度、温度、一氧化碳浓度进行监测。表2给出了火灾场景清单[2]。

3结果分析论证

通过对表2中火灾场景模拟，观察和研究烟气蔓延过程，对关键监测点的主要火灾特征参数进行分析，可以得出不同方案下的消防安全特征。表3和表4分别给出了火灾场景F0烟气蔓延过程和能见度变化过程。

顶部楼层的温度和一氧化碳浓度等参数是影响该部位人员安全逃生的重要参数，模拟过程中在顶层安全出口及疏散走道相对高度2米处设置了13个监测点，用以研究不同位置相关参数的变化情况。表5给出了相关发展曲线[3]。

通过以上过程和监测曲线可知：在模拟时间243s内，顶层连廊区域的能见度低于10m。次顶层及以下区域的能见度均在10m以上。在模拟时间1000s内，整个空间内的温度均小于60℃;在模拟时间579s时，顶层连廊区域的CO浓度低于500ppm;综上所述，该场景顶层可用安全疏散时间（ASET）为243s，其他区域的可用安全疏散时间大于1000s。

4结束语

对其他火灾场景进行模拟分析，表6给出了8个火灾场景下可用疏散时间的模拟结果。

可以发现不同的防风雨棚设置方案，在火灾发生时可以攻的可用安全疏散时间存在较为明显的区别。通过表中数据可以看出，对于方案一顶棚排烟口设置方案，其开口位置较少，且分布不均匀，导致当火灾发生在位置C处时，该区域顶棚区域未设置开口，火灾烟气上升到顶棚后无法及时排出，大量烟气开始蓄积、沉降，火灾烟气在起火4分钟后会对顶层连廊区域的人员疏散带来不利影响。

通过分析场景FA-1与FA-2发现，FA-1条件下，其顶层可用疏散时间仅有275s，而FA-2的顶层疏散时间大于1200s，这是由于本项目的共享空间南侧端部设有电子显示屏，而FA-1场景的顶棚在端部未设置开孔，这导致火灾发生后，烟气在端部蓄积，不能及时有效的排散至室外空间，因此，火灾高温烟气在较短的时间内沉降至顶层连廊区域，对该区域的人员疏散造带来不利影响。而工况FA-2是將南侧端部的顶棚处设置2个开敞的排烟口，发生火灾后，烟气能及时通过排烟口扩散至室外空间，不会在端部区域大量蓄积，因此，该条件下，能为顶层连廊区域的人员提供较好的疏散条件[4]。

其他个场景下，由于顶棚设有连续或均匀设置的排烟口，火灾产生的烟气均能通过排烟口及时排出，烟气不会在顶棚下方大量蓄积、沉降，整个共享空间及两侧连廊均在一定时间内具备较好的疏散环境。

综上可知，方案二及方案四提供了比方案一和方案三更好的防排烟性能，能更好地保障防风雨罩下方烟气和热量及时排出，也能为人员疏散提供更长的疏散可用时间，应优先采用。

同时，为进一步提高该建筑群的整体消防安全水平，应进一步采取火灾荷载控制和防火保护措施，如：雨罩正下方区域不应设置可燃物、不应设置商业功能;雨罩材质应采用不燃材料;建议沿街区各店铺内应配置灭火器;加强对雨棚钢构件的防火保护，保证其耐火时间不低于1.0h;确保消防车可以进入首层街区开展灭火救援工作等。

参考文献

[1] 建筑设计防火规范：GB50014-2018[S].北京：中国标准出版社，2018.

[2] 黄瀚峰.中庭教学楼火灾烟气模拟与疏散对策研究[D].成都：西南石油大学，2015.

[3] 潘杰.城市地下商业街火灾风险评价及安全疏散模拟研究[D].长沙：湖南科技大学，2016.

[4] 姜蓬.基于数值模拟的某大厦特大火灾过程调查[J].燃烧科学与技术，2007，13（1）：76-79.