地下建筑的阻燃设计及防水油漆应用研究
0、前言
地下空间带有抗震性好、稳定性好、防护性好等优点，还带有隐蔽、隔音和恒温等因素。地下空间是扩展人们生存空间的一种定贵的自然之源，至今已经被充分开发通过，在城市化建设过程中，为解决用地紧张，地下空间的研发利用尚未作为城镇化发展的重要构成部分。
城市地下建筑的开发通过改变了都市生态环境装修公司口碑哪家好，减轻地上交通拥挤，有效运用城市空间，为他们提供了更大的人生、娱乐、购物空间，改善了他们生存、生活空间的压力。国内对地下建筑的研发研究方面起步较晚，但建设迅速，目前城镇道路系统中的地下交通项目，地下商业综合体和地下步行街大量涌入，地下空间的研发利用逐渐显现系统化、多功能化、大面积化的演进趋势。
地下建筑带有其丰富的特征，潮湿的环境，空间相对封闭，容易造成灾害事件，疏散扑救困难，危害严重，对地下建筑进行科学有效的防火设计至关重要。
目前对于地上建筑的火灾的研究现在非常成熟，在防火和灭火方面终于有了一整套成文的要求，对于地下建筑的防火灭火则缺少成熟的经验。在全力研发利用地下空间的此外，必须建立对地下建筑防火和消防的研究，掌握地下建筑火灾的特性规律及阻燃灭火的合理方式，为地下建筑的防火设计工作成就有利条件。本文基于国内外相关研究成果，综述了地下建筑火灾原因，防火设计研究方式跟防火材料在地下建筑的应用。
1、地下建筑火灾特点
地下建筑是进入地面以下的建筑，按用途能分为军用地下建筑、民用地下建筑、各种地下防空项目、工业用地下建筑、交通和通讯地下建筑、地下厂房地下综合体以及各类地下公用设备。
与地上建筑相比,地下建筑空间相对封闭，其爆炸具有易发性、火情发现困难、火势蔓延快、泄爆能力差温度升高非常快且高、有害烟气温度高、扑救难度大、人员疏散困难等因素，如表1所示。
表1地下建筑与地上建筑火灾原因特别
火灾易发性
环境潮湿，通风不好，容易造成电路火灾
发生事故的可能性相对较小
人员疏散难易程度
出口少，人员疏散较困难
出口多，人员容易逃离
烟气等有害气体的量及流动情况
烟气浓度大，会随通道流动导致二次燃烧，影响人员撤离
通风良好，烟气会通过门窗排出
火灾时的湿度及温度散失情况
热浪热烟能够排出，散热困难，温度升高较快，隐燃时间较长
通风良好，散热较快，火场温度低
外门窗少,封闭性高，泄爆能力差，轰燃和事故损失更大
门窗很多，爆炸时的高压热流会瓦解门窗泄出，对建筑物内部的破坏小
火灾扑救难易程度
火源位置及火势的大小能够看到，无法提供合理火场信息建筑内部装修设计防水标准，无法立即救援
施救方式较多，更容易施救
基于地下建筑火灾的特征，地下建筑火灾危害性更大，更容易形成爆炸，而且大火后不利于火灾扑灭和安全撤离，一旦出现事故常常导致很大的员工伤亡跟经济损失。
提高地下建筑的防火设备，有效防止地下空间事故的出现,采取合理的灭火方式，降低事故导致的经济损失，减少人员损失，刻不容缓。
2、基于分析建模的地下建筑防火设计
2.1烟气预测模型
国内外大量事故的统计证实，发生爆炸时烟气是造成人员损失的巨大因素，而地下建筑封闭性较高的特点，发生爆炸时气体密度大、温度高。在地下建筑中气体的风险更大，分析地震产生时地下建筑外部气体的流动状态，了解烟气运行规律，是进行防排烟设计的基础。
火灾烟气控制的研究方式，主要分为3种:(1)模型实验，通过等比例增大实验对象制作一个对应的建模进行火灾实验，制作模型必须长期人力物力，目前运用仍相当少；(2)计算机模拟，基于计算机系统来模拟产生爆炸时地下建筑外部的气体流动，探究烟气流动的规律，是现在研究地下建筑烟气流动状态常用的方式；(3)全尺度火灾实验，基于实际地下建筑空间进行爆炸气体实验，试验来有必须的难度，应用也非常少，只能针对一些特定的建筑。
国外在计算机实现建模实验来探究地下建筑烟气流动规律方面早已很成熟。Suzuki K,Tanaka T通过多层区域模型对在水平跟倾斜的环形管道设备的事故实验2种情况下的频率数据进行了建模分析，结果与实验数据有很大的一致性；并且对地下车站烟气温度跟流动规律进行了分析，建立了推动认识的有用性模型。Merci B, Maele K利用数值模拟流体力学软件模拟了地下隧道的着火时气体流动规律及湿度分布规律。Jain S等应用CFD技术及CFASTD等模拟研究了地下隧道的事故增长速度跟烟雾运动规律，其仿真计算的速率跟温度场如图1(a)、(b)所示。
图1 CFD模拟烟气流动和频率
2.2防火防烟分区的设计
地下建筑防火分区的设置比地上建筑的规定更高，并且地下建筑通常体积较大，建筑的功用种类相当繁杂,给地下建筑的防火分区的设定提高了难度。
地下建筑的失火火势蔓延较快，设置适当的阻燃防烟分区防止火势的缩减蔓延，减少不必要的伤亡跟负担是十分有必要的。Lijin S等指出小型地下建筑防火防烟分区设置存在下列现象，防火区间及分区划定原则的不确定性、防火分区面积指标取值具有不确定性，并以广州珠江新城核心区域地下空间为例分析了防火分区的设定：(1)采用防火墙、防火玻璃和防火玻璃门在商场与主人行道之间进行防火分隔，使各个商店作为独立的防火分区，各防火分区内商店利用防烟前室进入内部楼梯，再撤离去楼梯间、下沉广场或室内；(2)在主人行道内适当设定自动挡烟垂壁；(3)各商店防火分区内部通道前往主人行通道的安全出口设置常开甲级防火门；(4)商店及主人行通道设置自动喷水灭火系统和机械排烟设备；(5)商店各防火分区的外部墙壁设置加压送风设备建筑内部装修设计防水标准，并用防火墙与商店分隔，与商店连通处设置防烟竖井，该外部通道可以成为亚安全区设计。在出现事故时外部走道起着疏散人群的重要意义，无论空间用途能够调节，内部通道的功能不能改变。
根据烟气预测建模，通过数值模拟方法可以对地下空间防火防烟分区进行模拟，探究防火防烟分区的合理性，研究成果较多。Yang X等创建了一个大涡模拟模型来探究地下受限空间的火灾状况，从而预测现有的防火防烟分区是否正确。Xiang Y U等指出了通过小型地下商业建筑花园增强防火分隔的方案，并对几种火灾场景火势从一个区域向另一个区域蔓延的可能性进行了数值模拟试验，结果证实，这种方式可以合理阻止火灾蔓延，并依照健全要求。Nan Huaxiang.Xu W基于都市地下综合体的特征指出应用步行街增强消防防火分区，通过理论推导和数值模拟验证了步行街作为爆炸隔离的有效性，结果证实，该计划可以合理阻止爆炸蔓延。进行数值模拟常用的为FDS软件、CFD软件等,图2为选用FDS 对某地下商场爆炸后360s其风速和气体流动能见度数值模拟分析，通过浓度和能见度分析图可以完整地看出所设计的防火分区、排烟方式或许正确。
图2某地下FDS软件模拟温度和能见度
通过系统模拟地下建筑火灾时气体流动规律，以及火势蔓廷的规律，以此为基础进行防火防烟分区设计包括防排烟方式的设计，是一种有效的方式，但必须进一步的探究、分析，总结出一套适用的地下建筑防火分区规范。
2.3人员疏散模式模型研究
地下建筑出现事故时气体的流动方向跟人员的疏散方向通常是同样的，合理的员工撤离方式是在烟气弥漫到来之前使全部人员安全撤离。
目前运用非常多的方式：建立疏散模型，采用计算机系统对人员疏散过程进行模拟，评估疏散模式跟疏散出口的合理性。常见的人员疏散模型以及离散型模型和连续型模型,离散型模型如格子气模型、元胞自动机模型、连续型模型如社会力模型等。
利用构建模型系统仿真来探究地下建筑空间的工人疏散状况，可以很大地判断在事故出现时所设定的疏散模式或许正确，进而采取非常高效安全的疏散模式。
3、地下建筑防火材料
3.1内装修材料的阻燃特性
在建筑物的防火中非常理想的方式是避免起火，而室外装修材料在防止起火方面起着重要意义：其一，当火源起火火焰蔓延到装修材料时，所选用装饰材料具备较好的阻燃阻火特性，火源没有可以保持燃烧的材料就能够继续点燃。其二，当爆炸位置在装修材料附近时,装修材料具备良好的阻燃特性，能够避免火势的进一步攀升，火源点燃一段时间后才会自行熄灭。
市场上常用的装饰装修材料大致有无机矿物板、金属板、有机板、纤维混纺、木质品、防火涂料、阳燃剂等。李博通过观察建筑装修时房间装修材料的选用数量，总结出每100m2内各类可燃易燃装修材料的选用情况(见表2)。
表2每100m2室内装修工程可燃易燃装修材料的用量
PVC电线套管/m
聚氨酯发泡材料/m2
由表2可见，装修材料中有机高分子材料包括任何易燃材料占有很高一部分,这些可燃易燃材料，一旦遇火,火势蔓延速度极快，并造成长期的有毒、有害气体，很快使人窒息失去知觉而不能逃生，大大增加了爆炸的弊端和影响。因此装修房屋，提高室外装修材料的阻燃阻火特性，做好火灾防治及防护，是十分有必要的。
3.2防火涂料在地下建筑防火中的应用
根据GB 50222-2015《健筑内部装修设计防火规范》第3.4节要求，对地下建筑外部装饰装修材料阻燃等级要求比地上建筑更高。在地下建筑出现爆炸时,其外部的装饰装修材料首当其冲的要面对火焰的烘烤，而普通的装饰装修材料都是易燃烧的有机物、木质等材料构成,会加快火灾的攀升,并且在点燃过程中能形成较多的废气和有毒气体，而地下建筑空间通常非常封闭，烟气很难排出，会在地下空间内流动增多受害面积，因此需要能采用合理的举措，以提高地下建筑外部装修装饰材料的阻燃阻火特性。
防火涂料是在可燃的装饰装修材料表层涂上1层耐火的镀层，从而提升防火阻火特性。目前国内外高性能防火涂料主要有膨胀型和非膨胀型2种。膨胀型防火涂料主要是薄膜受热膨胀后在装修材料表层产生1层致密的碳化层，从而达到阻燃阻火的原因。非膨胀型防火涂料是从内部吸收较多的水分，在表层产生1层隔绝气体的保护层来达到防火的原因，自身并不发生膨胀。
高仲亮等研究了在几种木质地板上喷涂不同量的阻燃树脂后的耐燃时间，如图3所示，可见在木制地板装饰材料上喷涂防火涂料可以合理增加其耐燃时间。
图3各基材在不同涂覆量下的耐燃时间
常见的阻燃涂料样式有：有机型防火涂料、无机型防火涂料、有机-无机结合型防火涂料和新式纳米复合型防火涂料。由于地下建筑对防火涂料的阻燃阻火特性规定更高，对此国内外学者对不同种类的防火涂料及选用原则进行了长期研究。
王新刚等分析了我国饰面防火涂料，指出饰面型防火涂料分为溶剂型和水性2种。溶剂型饰面防火涂料具有耐热和防水的特点，但阻燃特性较好，而水溶剂型饰面防火涂料耐火性较好，但隔热特性相对较多。
王芳芳等通过有机和无机材料的运用合成出防火性能好、不污染环境、适用范围广的有机无机复合型纳米防火阻燃树脂,可以作为防尘耐火的镀层。Zhang X等研究了用氧化石墨烯纳米填充助剂来提高聚氨酯泡沫的阻燃性和抑烟性。Kruger S等研究了在极端火灾状况下(高温，长点燃时间)防火涂料的防火模拟。Das P等研究了层状结构的高负载聚合物粘士纳米复合材料阻燃表面涂覆的一种通用的、可拓展的节能的油漆涂料方法，可以适应不同的表面。
特别地，Si02气凝胶是一种纳米多孔的新型建筑保温材料，具有导热系数低、耐火不燃等因素。Koravos J等研究了气凝胶涂层的阻燃特性，得出基材温度分别为160℃与200℃时，涂覆1 mm厚的气凝胶涂层比涂漆陶瓷薄膜使内壁温度分别增加了14℃和18℃,气凝胶涂层大大提高了涂料在200℃的阻燃特性。表明Si02气凝胶可以成为耐火涂层，并且已在地下建筑防火方面取得必须的运用。李建涛等在无机胶凝材料和乳胶粉配制的粘结剂中加入SiO2气凝胶和某些溶剂脱除了一种薄层隧道防火瓷砖，并且确定了气凝胶的品质分数为4%时涂料的特性较佳。以SiO2气凝胶对于填料的阻燃树脂应用范围广，防火效果好，作为地下建筑防水涂料具有很高的发展前途。
通过地下建筑外部装修装饰材料表层涂抹防火涂层，可使建筑装修装饰材料阻燃防火性能提升，成为地下建筑防火的重要手段。
4、结语
地下空间的开发通过对当代城市化的改造建设具备重要作用，在探讨跟利用地下空间的此外保障环境健康逐渐产生关注。针对地下建筑失火原因及防火阻火形式，已建立了长期的研究工作，但仍缺乏设备的地下建筑阻火、防火、抗火的健康健全；地下空间研发利用的态势具有面积大、人员密集、使用范畴宽等因素，更提升了其防火难度，地下建筑防火设计将朝着集中化、系统化、规范化、高效安全化的方向转型。
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