雙層幕墻由于其玲瓏剔透的美感、節(jié)能環(huán)保的特性以及高檔的建筑品味，正被越來越多的國內(nèi)外建筑所采用。雙幕墻是一項(xiàng)新穎的技術(shù)，其內(nèi)幕墻為雙層中空玻璃，外幕墻為單層玻璃，內(nèi)外幕墻之間的夾層往往貫穿數(shù)個(gè)樓層，其上、下兩端和大氣相通形成自下而上的自然通風(fēng)，同時(shí)，為方便內(nèi)層幕墻的清潔和維修，在夾層中靠近內(nèi)幕墻一側(cè)往往設(shè)置維修走道，而目前國內(nèi)沒有專門針對它的消防要求。那么，采用雙幕墻的建筑在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰和煙氣蔓延上有何特點(diǎn)？需要采取哪些消防措施？這些都是消防部門、業(yè)主和建筑設(shè)計(jì)師所關(guān)心的問題。本文依據(jù)計(jì)算流體力學(xué)分析軟件，對開放辦公室火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰和煙氣蔓延的特點(diǎn)進(jìn)行模擬分析，并對雙幕墻建筑的消防要求提出初步設(shè)想和建議。

　　一、計(jì)算流體力學(xué)分析方法和模擬軟件

　　利用計(jì)算流體力學(xué)分析來模擬火災(zāi)的發(fā)展過程又稱為“場模擬”。它利用計(jì)算機(jī)求解火災(zāi)過程中狀態(tài)參數(shù)的空間分布及隨時(shí)間變化來定量模擬火災(zāi)的發(fā)展過程。所謂“場”是指速度、溫度和化學(xué)組分的濃度等空間分布。場模擬的理論依據(jù)是自然界普遍成立的質(zhì)量守恒（連續(xù)方程）、動量方程、能量守恒方程以及化學(xué)反應(yīng)定律等�；馂�(zāi)過程中狀態(tài)參數(shù)的變化也遵循著這些規(guī)律。這些定律在數(shù)學(xué)上可以抽象成一個(gè)基本方程組。通過求解這個(gè)方程組，就可以定性、定量地描述火災(zāi)的發(fā)展過程了。場模擬的理論基礎(chǔ)十分豐富，數(shù)值方法也各具特色，有關(guān)場模擬的專著也很多。場模擬的優(yōu)勢在于可以計(jì)算求解火和煙氣在具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑中的溫度、速度和組分濃度分布，同時(shí)便于采用動畫的方式將計(jì)算結(jié)果和火災(zāi)的發(fā)展過程變成可視化圖象。

　　二、計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬中采用的熱釋放速率曲線和耐火構(gòu)件試驗(yàn)中采用的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線

　　實(shí)際火災(zāi)的發(fā)展過程可劃分為增長期、充分發(fā)展期和衰減期，熱釋放速率和溫度的變化都呈現(xiàn)這一規(guī)律。在火災(zāi)的增長期內(nèi)（從起火到轟燃）起火室溫度變化劇烈，進(jìn)入充分發(fā)展期后，起火室內(nèi)溫度很高但變化較平緩。

　　耐火構(gòu)件試驗(yàn)中采用的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線是為進(jìn)行建筑耐火性研究和耐火性能對比試驗(yàn)而假定的一條建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)溫度隨時(shí)間變化的溫度曲線，它最早在1918年就被美國試驗(yàn)與材料協(xié)會（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)采用。由于在火災(zāi)的增長期（從起火到轟燃）起火室溫度較低，對建筑構(gòu)件的影響并不大。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線并不隨特定建筑的形狀大小、通風(fēng)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱物理性能變化而變化，因此只能代表室內(nèi)火災(zāi)中一種較危險(xiǎn)的場景，而并不是真實(shí)火災(zāi)的代表。

　　本文分析的起火室的玻璃或幕墻屬于非耐火構(gòu)件，以往的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究表明，由于它們耐高溫性能較差，通常在火災(zāi)的增長期破碎，因此這一時(shí)間段的溫度變化對研究玻璃幕墻的火災(zāi)特性至關(guān)重要。在雙幕墻火災(zāi)特性計(jì)算機(jī)模擬中起火室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化由計(jì)算機(jī)火災(zāi)模型計(jì)算得到�；馂�(zāi)模型通過求解動量、質(zhì)量、能量守恒方程得到溫度在所模擬的空間中的分布。求解過程中考慮了不同建筑內(nèi)的形狀、大小、通風(fēng)條件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱物理特性對火災(zāi)中的溫度的影響。火災(zāi)模型計(jì)算時(shí)需要輸入熱釋放速率作為火源輸入條件。在本文中，擬合火源熱釋放速率曲線時(shí)以權(quán)威研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，并考慮了開放辦公空間內(nèi)可燃物的物質(zhì)、火災(zāi)荷載和擺放方式。

　　三、幕墻采用的雙層玻璃和單層玻璃的破碎條件

　　在計(jì)算機(jī)模擬中玻璃破碎臨界溫度雙層玻璃取為600℃，單層玻璃取為300℃是在分析國外研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上作的假定。

　　另一方面起火層內(nèi)幕墻破裂后，火焰和煙氣形成的熱氣流在內(nèi)外幕墻之間的夾層中向上流動時(shí)呈貼近外幕墻的趨勢，起火層以上的外幕墻側(cè)的溫度較高，內(nèi)幕墻側(cè)的溫度較低，且對于間距為0.8米和2.4米的情況都有類似現(xiàn)象。因此，即使內(nèi)外幕墻采用相同耐火特性的玻璃材料，起火層內(nèi)幕墻玻璃破裂后，同層或上層的外幕墻比上層的內(nèi)幕墻承受了更高的溫度，將會先于上層內(nèi)幕墻而破裂。其現(xiàn)象與本文中的模擬結(jié)果相似。

　　四、內(nèi)外幕墻之間的間距對火災(zāi)特性的影響

　　內(nèi)外幕墻之間的間距大小對火災(zāi)特性也有較大的影響。內(nèi)外幕墻間距縮小時(shí)，起火室內(nèi)幕墻破裂后，受火焰和熱氣流直接沖擊的外幕墻會在更短的時(shí)間內(nèi)破碎。由于夾層空間狹小，熱氣流在夾層中升得更快，內(nèi)外幕墻附近的溫度差別相對間距較大情況將減小。

　　內(nèi)外幕墻之間的間距較大時(shí)，熱氣流上升需一段距離才能達(dá)到外幕墻，在此過程中熱氣流卷吸更多空氣，溫度下降較快。從起火室內(nèi)幕墻破裂到外幕墻破裂的時(shí)間差和間距小的相比會更長。同時(shí)，由于內(nèi)外幕墻間距大，上升的熱氣流在熱煙壓的作用下偏離內(nèi)幕墻外側(cè)噴出，在上升過程中并不貼近內(nèi)幕墻外側(cè)，因此內(nèi)幕墻距熱氣流的高溫較遠(yuǎn)。