上海同济工程咨询有限公司 上海市杨浦区 200092
摘要：建筑的防烟、排烟系统可以有效降低建筑火灾危害，从而保护人身和财产安全。本文就《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251-2017）中对建筑防烟、排烟系统的相关要求做了详细研究和探讨，结合湖北中烟襄阳卷烟厂易地技改项目，对该项目联合工房制丝车间防排烟设计方案进行了机械排烟及自然排烟2种方案比选，推荐采用自然排烟设计方案。研究成果可为相关应用与研究提供参考。
关键词：制丝车间；防排烟设计；消防排烟；方案比选
1.湖北中烟襄阳卷烟厂易地技改项目概况
1.1 项目主要建筑物构成
湖北中烟工业有限责任公司襄阳卷烟厂易地技术改造项目，位于襄阳市高新技术产业开发区高新技术产业园鏖战岗路，新征332亩用地，划分为三个分区：生产区、厂前区、辅助区。其中：
生产区建筑主要包括：联合工房；
厂前区建筑主要包括：生产管理用房、细支烟标准实验室、后勤服务用房、主大门及传达室、次大门及传达室；
辅助区建、构筑物主要包括：动力中心、综合库、工业垃圾站、化学品库、污水处理站、连廊、物流大门及门卫室、停车棚、消防水池、地下管廊、雨水收集池等。
整个厂区新建总建筑面积118087.97m2（其中含地下建筑面积1682.63 m2）。
1.2 项目地自然气候条件
襄阳市地处亚热带季风型大陆气候过渡区，当地气候呈现四季分明、热量充沛，降雨适中，雨热同季等特点：1）襄阳年平均气温：17.0℃；2）年平均最高气温：21℃；3）年平均最低气温：13℃；4）历史最高气温：37℃，出现在2006年；5）历史最低气温：-6℃，出现在2006年；6）年平均降雨量：631mm；7）年平均无霜期：241天；8）年均日照时数：1987小时；9）抗震设防烈度：6度（0.05g）。
1.3 新建联合工房概况
联合工房在满足现代卷烟工艺流程、设备布置、员工生产管理活动的前提下，综合考虑消防、安全、节能、环保、卫生的相关要求，结合建设场地实际条件，建筑采用“U”字型布局方式，东西向长246m，南北向长271.75m，总建筑面积71222.55m2。联合工房西侧为制丝车间，东侧为卷接包车间，中部为生产辅房及高架库，南侧为管理及辅助用房。整体建筑采用多种结构形式，其中：制丝车间、卷接包车间采用单层大跨度网架结构，高架库部分为单层预应力钢筋混凝土结构，其余部分采用现浇钢筋混凝土框架结构。联合工房平面图见图1。
1.3.1 制丝车间
西侧制丝车间为单层钢筋混凝土柱大跨度网架结构，长255m，宽66m，主要柱网尺寸为30×33m、135×48m，主要布置制丝车间、烟梗预处理间、片烟预处理间、工艺检测室、链排清洗间、维修间等制丝车间的生产辅房以及技术交流室、会议室、外协人员工具与休息室等生活辅房。
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图1 联合工房平面图
1.3.2 卷包车间
东侧卷接包车间部分，为单层钢筋混凝土柱大跨度网架结构，长255m，宽66m，主要柱网尺寸为33×30m，主要布置卷接包车间、滤棒成型发射间、手工烟包装间、备品备件间，以及检验室、劳模工作室、维修间等卷接包车间的生产辅房和办公辅房等。
1.3.3 生产辅房
中部生产辅房部分，为两层现浇钢筋混凝土框架结构，主体呈“U”型布置，主要柱网尺寸为9×15m，12×15m，15×15m，7.5×15m。一层主要布置混丝加香间、储叶间、储丝房、预混间、外运烟丝装箱间、残烟处理间、半成品整理间、辅料出库间、糖料厨房、动力入口间、成品出库间、片烟入库间以及维修间、机修间、卫生间等辅助用房。二层主要布置空调机房、除尘机房、变电所等设备用房以及成品出库区、辅料入库区等。
1.3.4 高架库
中部高架库部分包括片烟高架库、辅料高架库和成品高架库，均为预应力钢筋混凝土框架结构。
1.3.5 管理及辅助用房
南侧管理及辅助用房，为单层现浇钢筋混凝土框架结构，主要柱网尺寸为6×11m。作为联合工房的主要出入口，布置有生产调度中心、制丝中控室、卷包中控室、消防安防控制中心、体感培训室、安保科办公室、生产科办公室、车间主任办公室、车间办公室、会议室、吸烟室等。管理辅房内部设通长走廊，并在东、西两侧各有一条连廊，分别与后勤服务用房（含更衣淋浴室及员工餐厅）、细支烟标准实验室（含档案库及多功能厅）相连。
1.4 制丝车间防烟分区设计
本项目制丝车间，总建筑面积约10490m2，净高约14m，为大跨度网架结构，轻钢屋面。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251-2017）第 4.2.4条对防烟分区划分的要求（原文：“净高大于6m的场所，单个防烟分区最大允许面积2000m2，长边最大允许长度60m，具有自然对流条件时，不应大于75m”），由于本项目制丝车间不具备对流条件，因此其长边最大允许长度为60m。为满足GB 51251-2017标准的相关要求，制丝车间应分为6个防烟分区，每个防烟分区的面积为1455m2～1991m2，各防烟分区长边长度为45m～59.5m，满足标准要求，详见图2。
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图2 制丝车间防烟分区平面图
2.制丝车间防排烟设计依据
2.1 《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）
2.2 《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）
2.3 《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251-2017）（后文统一简称“《技术标准》”）
3.制丝车间防排烟设计原则
3.1 建筑采用的排烟系统主要包括机械排烟方式和可开启外窗的自然排烟方式，其中可开启外窗的自然排烟方式应当优先采用。
3.2 丙类厂房内建筑面积大于300m2且经常有人停留或可燃物较多的地上房间，应当设置排烟设施。
3.3 占地面积大于1000m2的丙类仓库，应当设置排烟设施。
3.4在经常有人停留且建筑面积大于100m2的公共建筑内，，应当设置排烟设施。
3.5在可燃物较多且建筑面积大于300m2的公共建筑内，应当设置排烟设施。
3.6 在厂房（仓库）内长度超过40m的疏散走道、公共建筑内长度超过20m的疏散走道，均应当设置排烟设施。
3.7 防烟楼梯间及其前室应当优先采用自然通风系统，当其自然通风系统的设置条件无法满足时，应当安装机械加压送风系统。
3.8 避难通道的各前室设置机械加压防烟系统，余压值为25～30Pa。
3.9 单个防烟分区的面积及边长设置均应满足《技术标准》中第4.2.4条的相关要求。
3.10 若采用机械排烟系统，当净高大于9米时，各防烟分区之间不设置挡烟垂壁。
3.11 任一层建筑面积大于2500m2的厂房（仓库）且采用机械排烟系统的房间，按防烟分区在外墙或屋顶上设置固定窗，固定窗的设置和有效面积应符合下列规定：
（1）固定窗设置在顶层区域时，其总有效面积不应小于楼地面面积的2%；
（2）固定窗靠外墙设置且不位于顶层区域时，单个固定窗的有效面积应大于或等于1m2，且间距应小于或等于20m，其下沿距室内地面的高度不宜小于层高的1/2。此外，供消防救援人员进入的窗口面积不计入固定窗面积，但可组合布置。
4.制丝车间防排烟设计方案比选与应用
4.1 机械排烟方案分析
由于制丝车间为大跨度网架结构，采用机械排烟方式时，网架内无法设置挡烟垂壁，若发生火灾事故，烟气在上升过程中难以聚拢，不能及时的启动排烟系统，将严重影响排烟效果。
同时，按照《技术标准》的要求，在每个防烟分区均设置常闭排烟阀的前提下，一套排烟系统可设置成多个防烟分区，，火灾发生时防烟分区内将根据火灾自动报警信号打开相应的排烟阀。目前，通过国家消防3C认证的排烟阀，其漏风量控制在使用过程中很难满足要求，导致机械排烟系统在调试和实际使用过程中无法达到设计效果。若每个防烟分区分别设计机械排烟系统，虽可避免上述问题，但根据《技术标准》第4.4.5条（原文：“排烟风机应设置在专用机房内”）的要求，屋面上将增加约300m2的排烟机房。
4.2 自然排烟方案分析
根据《技术标准》第4.6.3、4.6.11～4.6.15条等相关条款的要求，本项目制丝车间每个防烟分区的计算排烟量约为254520m3/h，实际排烟量是设计排烟量的1.2倍，约为305424m3/h，结合自然排烟口部风速1.01m/s，经计算得，每个防烟分区需要设置面积为84m2的有效排烟窗口。
《技术标准》第4.3.4-2条规定：当建筑排烟系统选择自然排烟系统，自然排烟窗设置在屋顶时，自然排烟窗应均匀设置且宜采用方便排烟窗开启的装置；当屋面倾斜度小于或等于12度时，自然排烟窗应按照每200m2的建筑面积进行相应数量的设置。根据该要求，考虑天窗的有效排烟面积系数为0.4，则屋面共需布置总面积约1512m2的自然排烟天窗。
该方案拟采用电动排烟天窗，排烟天窗在收到消防火灾报警系统弱电信号后，启动电机打开相应排烟分区排烟天窗。排烟天窗平面布置图及投影图见图3、图4。每个防烟分区设置的排烟天窗总有效排烟开口最小面积均为58m²，实际有效开窗面积为86m²，保证每200m²有相应面积的自然排烟窗，满足《技术标准》要求。
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图3 制丝车间屋面排烟天窗投影图 图4 制丝车间屋面排烟天窗平面图
4.3 机械排烟与自然排烟设计方案优缺点分析
结合制丝车间实际情况，对两种设计方案的优缺点进行对比分析结果见表1。
表1 机械排烟与自然排烟设计方案优缺点分析
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4.4 机械排烟与自然排烟方案投资分析
结合制丝车间实际情况，对两种设计方案的投资进行了分析，结果见表2。
表2 机械排烟与自然排烟方案投资分析
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此外，采用自然排烟系统可节约屋面板约1500m2，造价约60万元。综合比较，采用自然排烟系统比机械排烟系统可减少工程投资约102.87万元。
5.结论与建议
《技术标准》第4.2.4条注2中要求，净高大于9m的空间，防烟分区之间无需设置挡烟垂壁，且本项目制丝车间采用大跨度网架结构，网架内也无法设置挡烟垂壁，若采用机械排烟方案，排烟分区内烟气难以聚拢、排烟系统不能及时启动的缺陷难以解决。
为避免验收调试阶段出现不可预见的问题，综合考虑对机械排烟、自然排烟2种设计方案的比选及《技术标准》中第4.1.1条的规定（原文：“建筑排烟系统的设计应根据建筑的使用性质、平面布局等因素，优先采用自然排烟系统。”），本项目制丝车间推荐采用自然排烟设计方案。
参考文献：
[1] GB 51251-2017，建筑防烟排烟系统技术标准[S].
[2] GB 50016-2014（2018年版），建筑设计防火规范[S].
[3] 张思荣.现代卷烟工厂建设创新与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.