某站前广场地下“集散空间”防排烟设计

某站前广场地下“集散空间”防排烟设计

叶航勇

广州城建开发设计院有限公司武汉分公司湖北武汉430000

摘要：站前广场作为城市建设的重要组成部分，具有防灾（紧急避难）、美化环境、丰富区域景观等多种功能。为了使站前广场更好的发挥出防灾功能，本文对某站前广场地下“集散空间”防排烟设计进行了研究，首先介绍了工程的实际情况，之后讨论了防排烟设计方案，并对这一设计方案进行了验证，为站前广场地下“集散空间”更好的发挥出防排烟作用打下了良好基础。

关键词：站前广场；集散空间；防排烟设计

1工程介绍

1.1工程概况

该工程项目位于我市站前广场的下方，集散空间建设时，北侧与站前道路连接，并以广场为界限，将集散空间分为东西两部分。集散空间的南部，靠近车站地下层。东、西、南三个方向上，向三面敞开，存在屋盖部分面积为47790m2，长度为339m，宽度为160m，高度为6m。对集散空间防火区域划分时，结合了建筑专业的内容，划分出10个区域，以及行车区与人行区两个亚安全区域，如图1所示。

图1某车站集散空间防火区域划分图

1.2防排烟设计难点

该广场的集散空间中，由于具有的特点，三面敞开，并且，具有较多的防火区域，每一个防火区域内，都存在不同，导致出现火灾时，烟气流动组织较为复杂。再加上我市为大型城市，来该车站的人员与车辆较多，如不能有效的进行排烟，烟气层较低，无法达到人员撤离的要求，很容易出现重大的事故；同时，当前我国防火制度中，主要包括了《建筑设计防火规范》与《汽车车库、修车库、停车场设计防火规范》两种，但在集散空间防火设计中，这两个规范都无法发挥出应有的作用，所以，要分析出离散空间的特点，针对特点进行合理的设计；此外，集散空间位于地下部分，结构柱相距较长的距离，需要非常大的井字梁，对烟气的流动带来了干扰，很容易将烟气聚集起来[2]。

2集散空间防排烟设计方案的讨论

在设计集散空间防排烟时，要根据每一个区域的特点，结合相关的标准，预设出相应的防排烟方案。

通过图1可以发现，在所有分区当中，区域1、2功能相类似，主要是停放微小型车辆，北面没有封闭，完全的敞开，并且1号的东面敞开，2号的西面敞开，最不利点与外界相距30m以内，符合上述两个规范的自然通风条件，所以，对这两个区域防排烟设计时，可以利用自然排烟的方式；区域3与6为公交车、出租车停放区，其中3号区西面敞开，最不利点与外界相距30m以内，符合上述规范的要求。6号区东面敞开，最不利点与外界相距30m以内，也符合上述规范的要求。所以，3号和6号区也可以利用自然排烟的方式。区域4、5面积分别为3402m2与3349m2，由于面积较大，在该部位的上方，建立了2个18m2的风亭。顶部只能打开很小的面积，不符合上述规范的条件。所以在设计防排烟时，进一步对其进行划分，将整个区域4，划分2000m2以下的小区域，采用机械排烟或自然补风的方式排烟，每一个小区域内，每小时换气6次[3]。

3防排烟设计方案的验证

3.1验证方法

为了验证上述方案的可行性，利用FireDynamicsSimulation软件，对各个区域进行了模拟。该软件模拟的过程中，是场模拟的方式，通过N-S方程的变化，得到相应的控制方程与湍流方程。在该方程中，火灾热释放率是其中重要参数，这一参数的精确度越高，对火灾程度判断的越准，在实际当中，小型车辆火灾中该参数为5MW，大型车辆火灾中该参数为20MW。并且大多数车辆使用的能源为汽油，是一种超快火灾，火灾强度如图2所示。

3.2模拟工况

利用FireDynamicsSimulation建立出如图3所示的模型。通过该模型可以发现，从整体上来看，1、2区域相互对称，3、6两个区域相互对称，防排烟方案基本相同，所以，只选择1与3作为本文的研究对象。同时，由于结构柱相距较长的距离，井字梁非常大，为验证排风口的位置，即排烟效果，模拟出了Case3与Case4了两种工况。两种工况当中，火源强度均为5MW，排烟均采用机械排烟，排烟量为122480m3/h，其中Case3采用支风管平接的方式排风，而Case4采用支风管上翻的方式排风。

3.3验证结果

当出现火灾时，空间最上层温度在180℃，或者是热控层温度在60℃以下，可见度低于10m，以及热烟层较低，与地面相距2m以内时，室内CO的含量在500ppm以上时，就会对人员带来危险。所以，对结果分析时，利用以上这些数据作为验证指标。

通过上述图2可以发现，或在强度在200s之后，变化的相对稳定，因此，将时间固定在600s，对z=2m的温度场、可见度与CO浓度场进行了分析，得到如图3所示模拟结果。从该图中能够发现，所有指标全部符合人员撤离的要求，并且，从（d）中还能够发现，时间为600s时，烟气高度稳定在3m左右。因此，区域1出现火灾时，由于西、北方面敞开，烟气能够快速排出，不能滞留在该区域内，所以，区域1可以通过自然排烟的方案。

图3区域1模拟结果示意图

与区域1相同相同的原理，可以得到区域3的模拟结果，如图4所示。从该图中能够发现，所有指标全部符合人员撤离的要求。同时，还根据风亭的情况，绘制出空气与时间的变化情况图，如图5所示，通过对该图的观察可以发现，火灾刚刚出现时，在热压力的影响下，与火源距离由近至远，风亭逐渐成为了排烟口，并且排烟量逐渐增加。火源稳定时，通过计算总排烟量为78m3/s。折合成换气之后，需要每小时更换10次空气。因此，区域3西面敞开，并在上部建立了4个风亭，可以将烟气快速排出，自然排烟方案是可行的。

图5区域3风亭流量的变化示意图

同理，得到了区域4在Case3与Case4条件下的模拟结果，以及风亭流量变化情况，如图6与图7所示。通过图6可以发现，Case3中有一部分可见度低于10m，不符合人员撤离的要求，而Case4完全符合。这是由于该集散空间位于地下，结构柱相距较远，井字梁非常大，导致在井字梁中间部位上，聚集了很多的烟气，在火灾刚刚出现时，平接管排效果不是很理想。而从图7中可以发现，风亭F4-1一直补风，而F4-2间断性补风，在Case3与Case4的情况下，均补风量分别为31.2m3/s与30.4m3/s。因此，Case4中的补风量符合人员撤离的要求，所以对区域4防排烟设计时，应按照Case4的内容进行。

总结：

综上所述，集散空间作为站前广场的重要组成部分，确保其能够有效的排除烟气，可以为行人提供更强的安全保障。在此基础上，本文以某站前广场为例，对集散空间的防排烟设计进行了研究，为与该集散空间相类似的工程设计提供了重要帮助。

参考文献：

[1]王荣辉，夏侯娟.交通枢纽站前广场消防安全对策分析[J].消防科学与技术，2016（9）：1250-1252.

[2]闫达伟.城市交通枢纽地下空间消防安全对策[J].消防科学与技术，2015（5）：594-596.

[3]刘天鸾，刘传平.高铁站前广场地下空间综合开发设计研究[C]//2015城市地下空间综合开发技术交流会论文集.2015.