摘  要：随着我国社会经济的快速发展，城市规模的不断扩大和功能的完善，在全国的大中型城市不断出现各种大型的如地下商场、地下商业步行街的地下公共建筑，虽然节约了用地，扩大了城市空间，增强现代城市的立体感，但这些地下公共建筑面积大，通风条件差，功能分区复杂，人员密集。一旦发生火灾，烟气不易排出，烟气量大，极易造成人员缺氧、中毒、灼伤。同时地下发生火灾时，能见度大大降低，加上大多数被困人员对环境不熟悉，对疏散造成困难。地下建筑火灾已成为特殊火灾之一，是消防部队研究的重要课题，而排烟是扑救地下建筑火灾中非常关键的一个环节。

　　  一、地下建筑火灾现状分析

　　（一） 地下建筑定义

　　地下建筑，一般是指建造在岩石和土层中的比附近地面低2m以上的建筑。一般可分为附建式、单建式和隧道工程等。附建式是指建在高层或多层建筑的地下建筑(如地下商场、旅馆、电影院、停车库等)，有单层和多层之分。单建式地下工程主要是人防工程；地下隧道主要为地下铁道和公路隧道。

　　（二） 地下建筑防烟、排烟系统设计的要求

　　《人民防空工程设计防火规范》（GB50098-2009）、《建筑防火设计规范》（GB50016-2006）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50067-97）《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）地下建筑防排烟设计有下列规定：

　　1、设置在地下、半地下的歌舞娱乐放映场所；总建筑面积大于200㎡ 或一个房间建筑面积大于50㎡且经常有人停留或可燃物较多的地下、半地下建筑（室）。

　　2、走道或房间采用机械排烟时，排烟风机的风量计算应符合下列要求：

　　（1）担负一个防烟分区排烟时，应按该防烟分区面积每平方米不小于60m³/h计算，但风机的最小排烟风量不应小于7200m³/h；

　　（2）担负两个或两个以上防烟分区排烟时，应按最大防烟分区面积每平方米不小于120 m³/h计算[4]。

　　（3）走道或房间采用自然排烟时，其排烟口总面积（当利用采光窗井排烟时为窗口排烟的有效面积）不应小于该防烟分区面积的2%。

　　（4）机械排烟系统宜单独设置。如利用工程通风、空气调节系统进行排烟时，必须采取可靠的安全措施，并应设有在火灾时将通风、空气调节系统自动转换为排烟系统的装置。

　　（5）面积超过2000㎡的地下汽车库应设置机械排烟系统[5]。

　　（6）对设置机械排烟的地下室,应同时设置送风系统,且送风量不宜小于排烟量的50%[6]。

　　二、地下建筑火灾特点

　　与地面建筑相比，地下建筑有许多特点，地下建筑是在地下通过开挖、装修而成的建筑空间，其外部由岩石或土层包围，只有内部空间没有外部空间，不能开设窗户。由于施工困难及建筑造价等原因，与建筑外部相连通道少，而且宽度、高度尺寸较少，正是由于地下建筑的特殊性，决定了地下建筑发生火灾时的特点。一旦发生火灾将造成严重的人员伤亡、财产损失。烟气控制是防止建筑火灾蔓延的一项重要工作，有效的防排烟措施可以防止火灾蔓延，保障人员生命安全，提高地下建筑的安全性。

　　（一） 烟气大温度高毒气重

　　火灾时的发烟量与可燃物的物理化学性质、燃烧状态、供氧情况有关。因为地下建筑处于封闭状态，空气流通不畅，出入口少，供气不足，这就导致发生火灾时往往以阴燃的方式进行，并生成大量浓烟，并很快充满整个建筑物，弥漫的烟雾使人们呼吸困难，甚至窒息。2002年4月在智利北部的卡拉马城的一地下建筑内发生阴燃，时间长达4个月之久。同时，烟气排不出去，热量积聚，加上地下建筑散热缓慢，发生火灾时产生的烟气冷却程度小，烟气温度提高较快，着火房间的气温可高达800-900℃，甚至1000℃以上[12]。这种高温浓烟流窜到哪里，哪里的可燃物就会起火燃烧。此外，火灾时产生的烟气是致人死亡的主要原因，大部分为CO（一氧化碳）等烟气中毒，缺氧窒息等。而地下建筑内发生火灾时，由于阴燃产生大量有毒气体，各种有害气体囤积于建筑之内，无法扩散稀释，致使其浓度在火灾后的短时间内迅速提高，因而危害性更大。

　　（二） 地下建筑人员疏散困难

　　1、地下建筑的出入口少

　　发生火灾时，对那些处在远离出入口部位的人员，疏散的路程长，危险性大。特别是有些出入口在发生火灾时可能是排烟口，高温浓烟的流动方向与受灾人员的疏散方向相同，而烟的流动速度往往比人们的疏散行进速度快，使人们逃不脱高温浓烟的危害，这一点是和地上建筑物大为不同的。人水平疏散的速度，正常条件下为1.0-1.2m/s，烟气水平流动的速度为0.5-1.5m/s；人上楼梯的最快速度为0.6m/s，而烟气向上流动的速度为水平方向流速的3-5倍。 地上建筑物发生火灾时，烟气上升，人往下层逃离，烟气在垂直方向的扩散流动路线与人们的疏散活动路线相反，当人逃到着火层以下时就比较安全。地下建筑则不燃，烟气上升，人们往上层逃离，不论火灾发生在建筑物的哪个部位，人们只要逃不出地下建筑物，其安全就没有保证。

　　2、地下建筑无自然采光

　　平时完全靠灯光照明，发生火灾时电源中断，加上浓黑的烟雾，整个地下建筑中漆黑一团，伸手不见五指。现代地下建筑虽然设有事故照明，但由于浓烟严重影响可见度，使人们的视程大大缩短，严重时将失去辨认逃离方向的能力。各国专家普遍认为，当能见度降到3m以下时，逃离火场就十分困难了。

　　3、发生火灾时，供气条件不足，会造成严重缺氧

　　这种缺氧情况要比地上建筑物发生火灾时严重得多。烟气中的某些成分会对人眼、鼻、喉产生强烈的刺激，使人们失去行为能力或出现异常行为。

　　（三）易轰燃泄爆能力差

　　有关研究表明，地下建筑火灾会较早地出现“轰燃”现象，严重威胁火场人员生命安全。1987年伦敦国王十字地铁火灾中，起火6min后发生了“轰燃”，对人员逃生和灭火开展造成极大威胁。地下建筑基本上是封闭体，易燃易爆的物品发生爆炸时，爆炸压力泄放能力差，易使建筑结构和地面上建筑受到严重破坏。

　　（四）火灾扑救困难

　　地下建筑发生火灾时，由于人员无法直接观察地下建筑物中起火点的位置及燃烧情况，灭火进攻的路线少，无自然采光及浓烟危害，且不能使用有毒灭火剂，使得扑救地下建筑火灾十分困难。

　　三、地下建筑火灾排烟的目的

　　（一）为救人创造有利条件

　　在灭火行动中，首要的任务就是抢救被困人员。而有效的火场排烟能使地下建筑火灾中烟雾的中性面上升，提高火场的可见度，使被困人员得以顺利逃生。而且排烟也能减少高温烟气对人员的危害，为抢救被困人员赢得宝贵的时间。

　　（二）提高疏散物资和灭火的效率

　　大量烟气的排出，可以降低燃烧空间的温度，有利于消防人员进入商场内部对贵重物资进行疏散和进行灭火战斗。同时，可见度的提升，可以使消防战斗员能及时发现火点，有效地提高灭火的效率。

　　（三）减缓火势蔓延速度

　　伴随着高温烟气的排出，冷空气得以补充进入地下建筑火场内，火场温度不断下降，使火势蔓延速度得到减缓，减少了火灾的损失。

　　（四）改变火势蔓延的方向

　　大部分情况下烟雾蔓延的方向就是火势蔓延的方向，有时为了顺利灭火，或保护人员、贵重物资，采取改变烟雾蔓延的方向，可以保护人员和贵重物资，为灭火和救人提供帮助。

　　四、地下建筑火灾排烟方法

　　地下建筑火灾，由于空气流动性差，加之发烟物质多，火场中势必浓烟弥漫，所以在水枪进攻的同时，一定要进行火场排烟，排烟的方式主要有：利用排烟口、出入口自然排烟，机械排烟，喷雾水排烟，高倍数泡沫排烟和破拆排烟等，考虑到目前的地下建筑大多是大跨度，大空间设计，且建筑本身火灾荷载大，发烟物质多，且建筑本身的固定排烟设施往往因故障或因火场温度高于280℃而自动关闭，所以应多采用移动机械排烟和正压送风排烟的方式，而且排烟阵地宜设在逃生顾客流量最大的出口以及水枪阵地设置点。

　　（一）自然排烟

　　自然排烟是是借助室内外气体温度差引起的热压作用和室外风力造成的风压作用而形成的室内烟气和室外空气之间的对流运动。地下建筑火灾的自然排烟主要是热压作用。自然排烟方式的优点是不需要专门的排烟设备，不需要外加动力，结构简单、经济、易操作、投资少、运行维修费用也少。且平时可兼作换气使用。但自然排烟也存在着不少问题，主要有排烟的效果不稳定，对建筑物的结构有特殊要求。

　　火灾中主要利用可开启外窗或进行破拆两种方法。由于自然排烟的效果是靠烟气的浮力作用，假使由于某种原因使烟气冷却而失去排出能力，此外如果排烟窗处于迎风面时，则会引起烟气倒灌，反而使烟气蔓延。

    （二）固定排烟设施排烟

　　机械排烟就是使用固定或移动排烟机把着火区域产生的高温烟气通过排烟口排出室外的排烟方式。固定机械排烟设施是由挡烟垂壁、排烟口(或带有排烟阀的排烟口)、防火排烟阀门、排烟管道、排烟风机和排烟出口组成。据有关资料介绍，一个优良设计的机械排烟系统在火灾时能排出80%的烟和热量。机械排烟的根本作用在于及时而有效的排除着火层或者着火范围内的烟气，为受灾人员的疏散和物资财产的转移在时间和空间上创造条件。机械排烟能克服自然排烟受到外界气象条件以及建筑热压作用的影响，排烟效果比较稳定，特别是火灾初期，这种排烟方式能使着火房间的压力下降，造成负压，烟气不会向其他区域扩散，能有效地使保证非着火区域的人员疏散和物资转移的安全。但是在火灾猛烈阶段，烟气大量产生，可能出现烟气生成量短时间内超过排烟机排烟量的情况，使着火房间内形成正压，从而使烟气扩散到非着火区域中去，这样排烟效果可能大大降低。

　　机械排烟的同时要注意往火场补风，《建筑防火设计规范》（GB50016-2006）中规定对设置机械排烟的地下室,应同时设置送风系统,且送风量不宜小于排烟量的50%。

　　（三）正压送风排烟

　　正压送风排烟利用轴流式燃油排烟风机进行正压送风的原理就是改变一贯用的抽气为非常用的送风。空气经风机送入地下建筑后，以入口处为起点，经起火场所内部，最终流向该建筑的专用排烟口或另一出入口而排至室外。正压送风排烟与机械排烟相比较，具有许多优越性：一是能从根本上提高排烟效率。正压送风使得风机远离了起火场所的出入口，能够有效地避免排烟风机因吸入稀氧空气而自行熄火或难以启动的现象，从而保证了排烟风机的不间断运转，确保送风量不减少，最终从地下建筑中排出不少于送风量的烟雾。二是降低了地下建筑内部空间的整体温度，有利于切断火势蔓延的途径。室外送入的空气温度较低，在从入口进入地下建筑到从另一风口排到室外的过程中，与室内高温烟雾不断地进行热交换，从而形成一个与以着火部位为中心、向四周辐射的热力场方向相逆的温度函数梯度，使得热交换速率逐步下降，并最终趋于平衡。由外部送进的空气在热交换的过程中，随着自身温度的升高，使得着火空间的烟雾温度也有所下降，同时也改变了整个地下建筑着火空间内的热力场分布。三是降低了高温烟雾对消防人员的危害。正压送风不需深入烟雾充斥区域，能有效地避免高温高热烟雾对人体的辐射和有毒气体对呼吸系统的伤害。四是节省了排烟占用的人力，有利于战斗力量的部署。正压送风使得风力在沿叶轮轴线正方向上相对集中，不易于扩散，因而排烟风机的架设位置也可以相对距出入口稍远一点，操作人员视野较宽广，能见度也较高，即便是单个战斗员也能操作。

　但在利用移动排烟机进行正压送风排烟或阻止烟气进入时,如果要充分发挥其作用,就必须充分发挥其引射空气的作用,根据地铁隧道以及站厅出入口的大小位置选择设置排烟机的位置(如图3所示)。如果排烟机距离开口太近(情况A),可能会出现回流;如果排烟机离开口太远(情况C),不能充分利用其引射风量,效率低。

      （四）利用喷雾水排烟

　　标准中规定喷雾水枪喷出的雾状水流水滴的平均粒径不大于0.1mm，这种喷雾水在火场上大约有90%以上能完全汽化，利用喷雾水排烟可降温除尘，喷射雾状水流时可产生自压区，同时喷射雾状水流时可使烟温控制在一定水平下，从而起到排烟的效果，在必要时可以在加入化学添加剂，也可以起到吸收烟雾的效果。其作用是为消防人员开辟进攻通道，同时也能掩护战斗员进行灭火工作。使用喷雾水枪排烟时，要控制好喷射压力，使其保持在0.7—0.9MPa之间，并调节好喷射角度，使其保持在60°—62°时，喷雾排烟效果最佳。这种排烟方式只适用于有两个或数个出入口的地下建筑，可从进风口或两侧出入口夹攻驱赶烟雾。

　　根据火场情况的不同，利用喷雾水枪喷射排烟主要有以下几种方式：

　　（1）单只喷雾水枪喷射排烟。单只喷雾水枪从室外射水排烟时，应以喷雾面能将一面门或窗全部密闭的标准，同时，在门或窗对面的墙壁上开启一扇门（窗）或在对面墙壁上部破拆一个口。这样，在喷射雾化水流时，可使喷雾水在烟尘之间形成一段压力空间，烟雾即从另一侧开口部位排出。

　　（2）多支喷雾水枪组合排烟对于空间较大的单层建筑，可用2-3支喷雾水枪，喷射的雾化水流互相交叉，组合封闭门或窗，其余方法与“单支水枪喷射排烟”相同。

　　（3）室内多支喷雾水枪立体组合排烟。对于空间高、跨度大的单层建筑（多系大型厂房、库房、地下车库等），可以进入室内，设法利用消防梯等工具，横向竖向并列。设多只喷雾水枪，将上下左右空间全部封闭，并交叉喷射使烟从对面开口部位排除。对于高度低、跨度大的单层建筑（也适用于类似的地下通道、地下旅馆、人防工程及隧道等），则可进入室内实施横向组合排烟。

　　（五）利用移动排烟设施进行排烟

　　移动排烟设施包括移动排烟机、排烟车等，必要时也可以利用排风扇、电风扇进行排烟。就目前情况而言，由于缺乏资金，现役公安消防大中队基本无法配置排烟车。使用最频繁的是移动排烟机，其具有移动迅速、操作简单、轻巧快捷、所占面积小等优点。对于只有一个出入口的地下建筑，可利用冷热空气对流的原理，用一台排烟机沿出入口下部往里送风的同时，用另一台排烟机吊挂于上部往外抽烟，这样可促使形成烟气对流，排烟速度快、效果好；有两个出入口的地下建筑，应从进风口向里送风，从出风口往外抽烟，以加快排烟速度；有三个出入口的地下建筑，可选择两个出入口向里送风，留一个出风口排烟。在使用移动排烟机排烟时，应注意以下几点：（1）选择送风口或排烟口时要防止影响人员疏散和灭火工作。送风口最好选择上风方向较低的入口，排烟口可选择下风方向的地势较高的出口。 （2）烟机四周最好密封，以提高排烟的效率。（3）必要时要清除不便于排烟的障碍物。

　　排烟消防车是以排烟、通风为主要目的的消防车，简称排烟车。排烟车根据不同排烟量的大小，采用不同型号的地盘和排烟机。目前国内排烟车的排风量从30000-240000m3/h。这种车广泛应用于高层建筑、地下车库、隧道等场合火灾发生时消防排烟和通风换气，也适合用于人防工程、地铁、矿井等排烟和通风换气。目前消防部队常配的排烟车有：高倍泡沫排烟消防车、排烟消防车、排烟机器人等。

　　（六）向地下通道充灌高倍数泡沫排烟

　　高倍数泡沫灭火剂以合成表面活性剂为基料，发泡倍数可达二百倍以上甚至上千倍。向地下通道充灌高倍数泡沫排烟这种方法的优点：

　　（1）高倍数泡沫能迅速地充满大面积的火灾区域，隔绝空气，排出地下建筑内部的烟气和有毒气体；同时泡沫对烟尘也有一定的吸附作用。

　　（2）高倍数泡沫淅出的液体能降低火场温度，蒸发汽化的水蒸气也对排烟起到促进作用。

　　（3）隔绝火焰，防止火焰蔓延到邻近区域，特别适用于易引起爆炸和燃烧等连锁反应的场所。

　　（4）高倍数泡沫排烟水渍损失小，对保护区重量负荷增加的极小。

　　但是使用高倍数泡沫排烟要考虑以下几个因素：一是必须保证火场中无人员被困；二是起火点或起火点的范围应在高倍数泡沫覆盖的防火分区之中；三高倍数泡沫排烟造成的水渍损失较其他方式排烟要小。

　　（七）破拆排烟

　　在灭火战斗行动中，可以通过破拆建筑结构（如门、固定窗扇、外墙、屋顶等），从而建立临时的排烟（送风）口，达到自然排烟的目的。

　　在进行破拆排烟时，除了可以破拆通风口、安全出口等，必要时也可以破拆上方的建筑进行排烟。破拆时，应确定着火部位，尽量在着火点的正上方，这样可使烟雾集中排除，减少烟雾向其他区域扩散，可以有效的控制火势蔓延。

　　在下列情况下，可考虑采取破拆排烟的方法：（1）起火建筑物未设置专门的排烟设施或排烟设施因故无法起到排烟作用；（2）用于排烟的门窗无法正常开启；（3）原有自然排烟设施、门窗受外界气候条件影响无法达到排烟目的。

　　（八）合理控制补风风量

　　地下建筑有通风系统时，可根据起火部位在通风网络中所处的位置，采取有效减风、停风、反向送风等方法来控制烟气扩散，或使其沿一定路径排出。利用风流控制烟气时，必须依靠地下建筑内工程技术人员配合实施。