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《消防科學與技術雜志》2015年第九期

近年來，為了緩解城市核心區地面交通壓力，充分整合利用建筑地下停車庫資源，許多大型城市開始發展地下車行環道（以下簡稱地下環道），如：北京中關村、重慶渝中區金融街、成都南部新區均建設了地下環道。地下環道主要承擔地面交通與地下停車庫的聯系功能，是一種新型的地下交通系統，具有斷面狹小、坡度變化大、連接口和出入口多、基本成環形的結構特點，且交通流量大、車道數量變化大，發生火災事故的機率與危險性很高。目前，國內外還沒有專門針對地下車行環道的相關規范，如何保證地下車行環道在火災時人員和車輛疏散安全以及保證救援人員的安全則成為急需解決的關鍵技術問題。火災時防止煙氣層沉降到人員安全高度是地下環道防排煙設計的主要目的之一。因此，需要對不同火災場景的煙氣層溫度和厚度變化規律開展研究。

1全尺寸試驗設計

實體火災試驗選擇重慶市解放碑金融街地下環道為對象，該地下環道由全長約2．8km的地下主環道、6條單向地下支洞、環道和車庫之間的連接道，以及車庫和車庫之間的連接道組成。試驗段選擇整個地下環道中轉彎半徑最小，且為S型連續彎道、行車視線差，發生車輛事故概率相對較高的區域，如圖1所示。試驗段為單向雙車道加應急車道，沿上坡方向為設計行車方向，具有3．6％～5．9％的縱坡，總長度480m，凈寬度為9．0m，隧道頂棚高度為4．0m，共4個防煙分區，每隔120m設置一個。通風系統采用全橫向通風模式，火災情況下采用頂部集中排煙，沿隧道縱向雙側補風的防排煙模式。設計火源位于防煙分區二中部，各試驗工況的火源功率和防排煙組合模式，如表1所示。燃料分別使用工業酒精和柴油，相應的火源功率分別為1．2、3．8MW，用于模擬初期小汽車火災和發展較為旺盛的小汽車火災。如圖2所示，試驗中使用80支K型熱電偶測量煙氣層溫度，距火源25～105m的范圍內，布置9組熱電偶樹，最高處距隧道頂棚10cm。在火源上方頂棚處10m范圍內布置9支鎧裝熱電偶，用于測量火源區頂棚處煙氣最高溫度。試驗過程中環境溫度約為16℃。

2煙氣層厚度計算方法

對于煙氣層厚度，目前使用較為廣泛的方法是基于煙氣層溫度數據的N百分比法。N百分比法主要是基于縱向溫度分布來確定煙層界面高度。計算公式如式（1）所示。式（1）表明，如果某點相對于室內初始溫度的溫升超過該點所在豎直方向上最大溫升的N％，便認為該點處于煙氣層中。煙氣層界面位置的確定，即T的計算值，與N的取值有關，N越大，煙氣層界面的位置則偏高，反之則偏低。NFPA92B（2009）也采用N百分比法則來判斷煙層界面的高度，并指出判斷煙氣前沿的N值為10～20；判斷煙層界面的N值為80～90。

3結果與討論

3．1煙氣層溫度圖3分別給出了各工況中各熱電偶樹測得的最高溫度、環境溫度、人員疏散高度（即距地面2．0m，熱電偶樹自上而下第7只熱電偶）的溫度值。（1）除火源附近外，距地面2．0m處的溫度與環境溫度基本一致，約為20℃。（2）火源附近工況1～3的最高溫度分別為134．2、204．1、181．7℃。火源上、下游5m處的最高溫度分別是：工況1為66．4、77．6℃，工況2為74．6、83．2℃，工況3為104．0、109．5℃。隨著距火源的距離增加，最高溫度值越來越低。距離火源5m以外的煙層溫度均小于180℃，不會對人員造成不利的熱輻射影響。（3）隨著距火源的距離增加，同一酒精火源下的工況1與工況3的最高溫度值相差不大，這表明不同的煙控方案下，煙層分布較為穩定。（4）工況3柴油火的煙氣最高溫度與酒精火工況1、工況2中的最高溫度相差不大。酒精火的設計火災規模為1．2MW，柴油火為3．8MW，即使火災規模增加一倍以上，煙層溫度變化也不顯著。說明該模式下的排煙效果較好，能很好地阻止火災煙氣熱量在隧道內的積聚。

3．2煙層厚度分析煙氣層厚度是衡量防排煙系統性能的重要指標，煙氣層越厚，則煙氣－空氣界面高度越低，對于隧道內人員疏散和滅火救援的開展就越不利。使用N百分比法對不同工況中的煙氣層厚度進行計算。由于當煙氣層豎向溫度梯度較小時，N的取值對于計算得到的煙氣層厚度有較大影響，因此這里分別選擇N＝20和N＝80進行數據處理分析。表2～表4給出了工況1、工況2和工況3使用N百分比法計算的關鍵參數值。根據給出的關鍵溫度數據，可計算出煙氣層厚度，并可獲得煙氣層沿隧道縱向的厚度分布。從圖4可以看出，N的取值不同對于計算得到的煙氣層厚度有明顯影響。N取80時，各工況下計算得到的煙層厚度約為0．7m。其中火源下游工況1的煙層厚度有一些波動，工況2與工況3的煙層界面保持不變。N取20時，火源區下游的煙層厚度隨著距離的增加，先變大，然后變小，基本每隔60m呈周期性振蕩變化，在1．0～1．5m范圍內波動，火源區上游25m處基本受煙氣影響較小。尤其需要注意的是，工況2和工況3中的防排煙組合模式完全相同，即采用“中間排、上下游補風”的方式，而兩個工況中的最高溫度和煙氣層厚度都沒有較大差異，都對人員安全疏散有利。因此，對于車行方向沿上坡方向的情況，火災時可以使用該模式進行煙氣控制。

4結論

（1）所討論的工況中，煙氣層最高溫度隨著距火源的距離增加而降低，距離火源5m以外的煙層溫度均小于180℃，不會對人員造成不利的熱輻射影響。（2）N百分比的兩種取值（20、80）所呈現的上游煙氣層厚度變化規律較為一致，即厚度出現先降低后增大，然后再次降低的現象，這一現象可能與排煙口的位置有關，當熱電偶樹所在位置臨近集中排煙口時，其附近的排煙效果相對較好，相應的煙氣層厚度也會減小。（3）采用“中間排，上下游補”的防排煙模式能夠將煙氣控制在兩個防煙分區之內，實現較好的防排煙效果。試驗結果表明，使用柴油火和酒精火兩種火源時煙氣最高溫度相差約6～10℃，煙氣層厚度變化也非常接近。因此，即使火災規模相差較大，該煙氣控制模式也能將火災煙氣產生的高溫、火災煙氣層高度控制在對人員疏散有利的水平。

作者：廖曙江 李樂 單位：重慶市消防總隊 公安部四川消防研究所