隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市用地的緊缺，我國(guó)各大城市紛紛建筑地下工程，對(duì)市區(qū)黃金地段進(jìn)行立體開發(fā)利用。這些工程一方面繁榮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，一方面還可作為城市交通設(shè)施的組成部分。然而在地下商業(yè)建筑中，由于其特殊的建筑形式，一旦發(fā)生火災(zāi)，溫度上升很快，火災(zāi)蔓延迅速，由于缺氧而呈現(xiàn)不充分燃燒，產(chǎn)生大量含一氧化碳等毒氣的濃煙，它既能使人缺氧窒息或中毒，又能使環(huán)境的能見度降低，給人員安全疏散造成困難。因此應(yīng)對(duì)地下商業(yè)建筑的火災(zāi)煙氣危險(xiǎn)性進(jìn)行研究，并針對(duì)其特點(diǎn)在建筑的防排煙設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施。
1.地下商業(yè)建筑的火災(zāi)煙氣危險(xiǎn)性
1.1空間封閉，著火后火災(zāi)煙氣產(chǎn)生量大溫度高，疏散困難
由于地下商業(yè)建筑出入口少，密閉性高，通風(fēng)條件差，一旦發(fā)生火災(zāi)可燃物產(chǎn)生大量的煙霧，將從起火部位以較快的速度向四處擴(kuò)散，并呈現(xiàn)聚集不散的狀態(tài)，能見距離一般在2～5米之間。正常條件下人的水平疏散速度為1.0～1.2m/s，煙水平流動(dòng)的速度為0.5～1.5m/s，人上樓的速度最快為0.6m/s，而煙向上流動(dòng)的速度為水平速度的3～5倍。煙氣的快速擴(kuò)散及高溫直接威脅人身的安全。
1.2建筑毗連，上下貫通，空間超大
為吸引客流便利商品流通，出現(xiàn)了不僅幾個(gè)地下商城毗連在一起，而且與地上商業(yè)建筑連通，進(jìn)而形成廣闊空間的現(xiàn)象，一旦發(fā)生火災(zāi)，將使高溫?zé)煔庠?ldquo;煙囪效應(yīng)”的作用下，迅速向多座地下和地上建筑蔓延，嚴(yán)重威脅地上建筑，極易造成群死群傷的惡性后果。
1.3客流物流大，火災(zāi)荷載密度高
由于各城市利用地下商業(yè)建筑兼作人員過(guò)街通道及節(jié)假日購(gòu)物高峰時(shí)刻人員過(guò)分密集，致使人員密度指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》有關(guān)地下一層人員密度指標(biāo)為0.85人/平方米，地下二層人員密度指標(biāo)為0.80人/平方米的規(guī)定。據(jù)調(diào)查，在哈爾濱市相互連通的幾大貿(mào)易中心，雙休日時(shí)日客流量可達(dá)20～25萬(wàn)人次。經(jīng)對(duì)總面積為98412m2的哈爾濱市南崗地下商貿(mào)城人員流動(dòng)量的測(cè)算，在人員流量高峰時(shí)，同一時(shí)間約有4萬(wàn)余人滯留其中。同時(shí)，地下商場(chǎng)以經(jīng)營(yíng)服裝，鞋帽，小百貨為主，商品大部分是化纖，皮革，橡膠等可燃物，有毒物品，燃燒速度快，發(fā)煙量大，燃燒產(chǎn)生煙氣溫度高毒性大。
2.地下商業(yè)建筑一般防火設(shè)計(jì)要求
2.1總平面布局和平面布置
依據(jù)《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.1.4A地下商店應(yīng)符合下列規(guī)定：
a不應(yīng)經(jīng)營(yíng)和儲(chǔ)存火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類；
b營(yíng)業(yè)廳不宜設(shè)置在地下三層及三層以下；
c當(dāng)總建筑面積大于20000平方米時(shí)，應(yīng)采用防火墻進(jìn)行分隔，且防火墻上不得開設(shè)門窗口；
2.2防火防煙分區(qū)
2.2.1每個(gè)防火分區(qū)的允許最大建筑面積不應(yīng)大于500平方米，當(dāng)設(shè)有自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)。允許最大建筑面積可增加一倍。
2.2.2當(dāng)?shù)叵律虡I(yè)建筑內(nèi)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，且建筑內(nèi)部裝修符合GB50222的規(guī)定時(shí)，其營(yíng)業(yè)廳每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積可增加到2000平方米。
2.2.3需設(shè)置排煙設(shè)施的地下商場(chǎng)，應(yīng)劃分防煙分區(qū)，每個(gè)防煙分區(qū)的建筑面積不應(yīng)大于500平方米，防煙分區(qū)不得跨越防火分區(qū)。
2.2.4防火防煙分區(qū)應(yīng)本著火災(zāi)時(shí)限制火災(zāi)煙氣擴(kuò)散，有利于防煙排煙，盡量減輕火災(zāi)煙氣的危害，為人員安全疏散和滅火搶險(xiǎn)創(chuàng)造有利條件的原則，進(jìn)行科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用的設(shè)計(jì)。防火防煙分區(qū)的面積大小，直接影響著防煙、排煙的效果，防火防煙分區(qū)的面積太大不利于防煙排煙，而面積太小防排煙效果好了，又不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)投資，有的場(chǎng)所甚至難于實(shí)施。與規(guī)范規(guī)定的500m2相比較，實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)觀察，分析研究，防火防煙分區(qū)的面積在300m2～400m2之間較為適宜，。擋煙垂壁的有效垂度以50cm～80cm較為適宜，且盡可能更大一些為好。
2.3安全疏散
2.3.1每個(gè)防火分區(qū)的安全出口數(shù)量不應(yīng)少于兩個(gè)，且宜按不同方向分散設(shè)置，當(dāng)受條件限制需同方向設(shè)置時(shí)，兩個(gè)出口之間的距離不應(yīng)小于5m。
2.3.2安全疏散距離應(yīng)滿足房間內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)至該房間門的距離不應(yīng)大于15m，房間門至最近安全出口或防火墻上防火門的最大距離為40m，位于袋形走道或盡端的房間時(shí)應(yīng)為20米。
3.地下商業(yè)建筑的防排煙設(shè)計(jì)探討
對(duì)地下商業(yè)建筑來(lái)說(shuō)，防排煙的問(wèn)題不單是安全疏散的要求，而且也是撲救火災(zāi)的需要，因此對(duì)地下商業(yè)建筑而言，防排煙系統(tǒng)的設(shè)置是尤為重要的，下面以地下商業(yè)建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行探討。
3.1總體要求
同普通大空間建筑一樣，地下商業(yè)建筑綜合運(yùn)用擋煙垂壁、噴淋、排煙、送風(fēng)等各種方法來(lái)合理引導(dǎo)煙氣流動(dòng)。其中送風(fēng)系統(tǒng)主要用于疏散樓梯間和主要疏散通道。煙氣進(jìn)入疏散樓梯間便會(huì)隨人流一同上行，很不利于疏散，因此建議超過(guò)一層時(shí)使用有正壓送風(fēng)的封閉樓梯間，擋煙垂壁的設(shè)置與排煙系統(tǒng)密切相關(guān)，下面詳細(xì)介紹防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟。
3.2設(shè)計(jì)方案選擇
無(wú)論采取哪種排煙方式都可能由于建筑層高太低而不成功。層高過(guò)低時(shí)，采用商店排煙方案可能導(dǎo)致煙氣溢出，流入走道；而采用走道排煙又可能導(dǎo)致煙氣層界面過(guò)低，威脅疏散人群的安全。對(duì)這個(gè)問(wèn)題可以有兩種解決方法，一種是在商店和走道都設(shè)置排煙口；另一種是采用開式吊頂，利用吊頂上方的空間增加層高，但在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮吊頂內(nèi)設(shè)備管道的影響，另外探測(cè)和噴淋系統(tǒng)也需要調(diào)整。如果按照常規(guī)方式將探測(cè)器和噴淋頭安裝在吊頂下則會(huì)延遲這些設(shè)備的啟動(dòng)，貽誤控制火勢(shì)的時(shí)機(jī)，擋煙垂壁等分隔設(shè)備也應(yīng)延續(xù)到吊頂內(nèi)，使上下分區(qū)統(tǒng)一。
3.3設(shè)計(jì)計(jì)算步驟
防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算有多種方法，雖然表現(xiàn)形式不同，但所需計(jì)算的物理量及計(jì)算步驟則是統(tǒng)一的。這里主要以英國(guó)常用的一套實(shí)驗(yàn)公式為例進(jìn)行說(shuō)明，也部分參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。
3.3.1確定火災(zāi)發(fā)展過(guò)程
確定火災(zāi)的規(guī)模和發(fā)展過(guò)程是所有系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)。通常將熱量釋放率表達(dá)為時(shí)間的平方來(lái)描述火的發(fā)展，NFPA92B依照熱釋放率達(dá)到1000Btu/s（1054kw）所需的時(shí)間將火災(zāi)發(fā)展過(guò)程分為超快、快、中等和慢四個(gè)檔次，它們從點(diǎn)燃至達(dá)到1000Btu/s的時(shí)間分別是75s，150s，300s，和600s。熱釋放率與時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系是：
Q=1000(t/tg)2————.…(1)
式中：Q---火災(zāi)熱釋放率
t---從點(diǎn)燃起計(jì)的時(shí)間
tg---發(fā)展到1000Btu/s所需的時(shí)間
設(shè)計(jì)上使用穩(wěn)定火災(zāi)比較方便。研究表明，噴淋系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)發(fā)展的作用在設(shè)計(jì)上可以考慮為：當(dāng)噴淋啟動(dòng)后，火災(zāi)熱量釋放率就不再增長(zhǎng)。因此可據(jù)室內(nèi)物品燃燒特性選定火災(zāi)發(fā)展速度，將其在噴淋啟動(dòng)時(shí)達(dá)到的熱釋放率取做設(shè)計(jì)值；也可針對(duì)不同場(chǎng)所綜合出典型火災(zāi)發(fā)展過(guò)程為：3m×3m的火場(chǎng)，熱釋放率5MW(Morgan,1990);美國(guó)則給出單位面積火災(zāi)發(fā)展過(guò)程密度，商場(chǎng)為44Btu/ft2vs(約500w/m2)，住宅為22Btu/ft2vs（約230w/m2）（NFPA92B,1991）
目前我國(guó)還沒有這類場(chǎng)所典型火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的公認(rèn)數(shù)據(jù)，為了保險(xiǎn)起見，可以選擇特快火進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.3.2根據(jù)安全要求確定設(shè)計(jì)空氣層高度
由于煙氣層和空氣層之間還有一個(gè)煙氣濃度逐漸減小的過(guò)渡區(qū)，在歐洲一般認(rèn)為清潔空氣層高度超過(guò)2.5m～3m才安全。按照我國(guó)人口身高情況，可使垂簾距地面1.8m，這樣商店內(nèi)空氣層高度維持在1.85m～1.9m就可以了。我國(guó)地下商業(yè)街層高均在3m左右，要在走道維持2.5m的空氣層高度顯然是不現(xiàn)實(shí)的，最好是采用商店排煙的方案，使煙氣不能進(jìn)入走道；如采用走道排煙，則采用開式吊頂以增加層高。
3.3.3進(jìn)入煙氣層的質(zhì)量流量
Hinkley(1986)實(shí)驗(yàn)研究指出：
起火商店：M=0.19PYr2/3………….（2a）
從商店進(jìn)入走道：M=0.38PYc2/3……………（2b）
式中：M——進(jìn)入煙氣層的質(zhì)量流量；
P——火場(chǎng)的周長(zhǎng)；
Yr——起火商店空氣層高度；
Yc——走道空氣層高度；
3.3.4煙氣層厚度
平屋頂下單向流動(dòng)，煙氣層厚度為（morgan，1990）：
d=[MTc/rQ1/2w]2/3……………
式中d——煙氣層厚度；
Tc——煙氣層絕對(duì)溫度，k；
r——系數(shù)，有垂壁36，無(wú)垂壁78；
Q——煙氣層與環(huán)境溫度差；
W——流動(dòng)通道寬度，雙向流動(dòng)時(shí)采取實(shí)際寬度的兩倍.
3.3.5排煙口數(shù)量
無(wú)論采用自然排煙還是機(jī)械排煙，能夠進(jìn)入單個(gè)排煙口的煙氣流量是有限的，過(guò)大的流量會(huì)排出煙氣層下臨近排煙口的空氣，而不能有效排除稍遠(yuǎn)處的煙氣。單個(gè)排煙口的最大排煙量取決于煙氣層厚度、溫度等因素，如下式：
mmax=&(gd5T1O)1/2
式中：mmax——單個(gè)排煙口的最大排煙量.
&——系數(shù)，對(duì)于鄰近墻面的排煙口為1.3，對(duì)于遠(yuǎn)離墻面的排煙口為1.8；
g——重力加速度.
T1——環(huán)境絕對(duì)溫度
這樣排煙口的數(shù)目至少要達(dá)到：N》[M/mmax]
防煙樓梯間的機(jī)械加壓送風(fēng)量不應(yīng)小于25000m3/h。當(dāng)防煙樓梯間與前室或合用前室分別送風(fēng)時(shí)，防煙樓梯間的送風(fēng)量不應(yīng)小于16000m3/h,前室或合用前室的送風(fēng)量不應(yīng)小于12000m3/h（注：樓梯間及其前室或合用前室的門按1.5m×2.1m計(jì)算，當(dāng)采用其他尺寸的門時(shí)，送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)門的面積按比例修正）。
4.2.2避難走道的前室送風(fēng)余壓值應(yīng)與防煙樓梯間前室的要求相同，機(jī)械加壓送風(fēng)量應(yīng)按前室入口門窗洞風(fēng)速不小于1.2m/s計(jì)算確定。避難走道的前室送風(fēng)口應(yīng)正對(duì)前室入口門，且寬度應(yīng)大于門洞寬度。
4.2.3機(jī)械加壓送風(fēng)機(jī)可采用普通離心式、軸流式或斜流式風(fēng)機(jī)，機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于7m/s，且采風(fēng)口與排煙口的建筑物中的排煙系統(tǒng)往往擔(dān)負(fù)一個(gè)或一個(gè)以上防煙分區(qū)的排煙任務(wù)，一個(gè)防煙分區(qū)中，可同時(shí)安裝多個(gè)排煙口，但發(fā)生火災(zāi)總是從一個(gè)區(qū)域的一個(gè)局部開始，溫度高的火災(zāi)煙氣也總是在著火部位的附近進(jìn)入排煙系統(tǒng)。
5.地下商業(yè)建筑防排煙設(shè)施的選擇
5.1排煙口
每個(gè)防煙分區(qū)必須設(shè)置排煙口，煙氣由于受熱膨脹，向上運(yùn)動(dòng)并貼附于頂棚下，再向水平方向流動(dòng)，因此要求排煙口應(yīng)設(shè)置在頂棚或墻面的上部；設(shè)置在側(cè)墻上部也可以，但排煙效果不是很好，與設(shè)置在走道上方相比略差。防火分區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)據(jù)排煙口的距離不應(yīng)大于３０m；單獨(dú)設(shè)置的排煙口，平時(shí)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，可采用手動(dòng)或自動(dòng)開啟方式。
5.2排煙風(fēng)機(jī)
排煙風(fēng)機(jī)可采用離心式風(fēng)機(jī)，并在煙氣溫度達(dá)280℃時(shí)能連續(xù)工作30min，排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)與排煙口設(shè)有聯(lián)動(dòng)裝置，該聯(lián)動(dòng)裝置與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)也應(yīng)聯(lián)動(dòng)，風(fēng)機(jī)入口處應(yīng)設(shè)與煙氣溫度超過(guò)280℃時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉的防火閥。
6.總結(jié)
綜上所述，地下商業(yè)建筑防火安全設(shè)計(jì)中最為重要的的防排煙設(shè)計(jì)問(wèn)題，在地下商業(yè)建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先考慮的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定和火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的確定，這些問(wèn)題直接影響防火、防煙分區(qū)劃分，擋煙垂壁的設(shè)置，管道布置等重要問(wèn)題，需要結(jié)合建筑物具體情況綜合考慮。
