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。雙幕墻是一項新穎的技術，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)個樓層，其上、下兩端和大氣相通形成自下而上的自然通風，同時，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)生火災時，火焰和煙氣蔓延上有何特點？需要采取哪些消防措施？這些都是消防部門、業(yè)主和建筑設計師所關心的問題。本文依據(jù)計算流體力學分析軟件，對開放辦公室火災發(fā)生時火焰和煙氣蔓延的特點進行模擬分析，并對雙幕墻建筑的消防要求提出初步設想和建議。

　　一、計算流體力學分析方法和模擬軟件

　　利用計算流體力學分析來模擬火災的發(fā)展過程又稱為“場模擬”。它利用計算機求解火災過程中狀態(tài)參數(shù)的空間分布及隨時間變化來定量模擬火災的發(fā)展過程。所謂“場”是指速度、溫度和化學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反應定律等。火災過程中狀態(tài)參數(shù)的變化也遵循著這些規(guī)律。這些定律在數(shù)學上可以抽象成一個基本方程組。通過求解這個方程組，就可以定性、定量地描述火災的發(fā)展過程了。場模擬的理論基礎十分豐富，數(shù)值方法也各具特色，有關場模擬的專著也很多。場模擬的優(yōu)勢在于可以計算求解火和煙氣在具有復雜結(jié)構(gòu)的建筑中的溫度、速度和組分濃度分布，同時便于采用動畫的方式將計算結(jié)果和火災的發(fā)展過程變成可視化圖象。

　　二、計算流體力學（CFD）模擬中采用的熱釋放速率曲線和耐火構(gòu)件試驗中采用的標準升溫曲線

　　實際火災的發(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。在火災的增長期內(nèi)（從起火到轟燃）起火室溫度變化劇烈，進入充分發(fā)展期后，起火室內(nèi)溫度很高但變化較平緩。

　　耐火構(gòu)件試驗中采用的標準升溫曲線是為進行建筑耐火性研究和耐火性能對比試驗而假定的一條建筑內(nèi)發(fā)生火災時溫度隨時間變化的溫度曲線，它最早在1918年就被美國試驗與材料協(xié)會（ASTM）標準采用。由于在火災的增長期（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，標準升溫曲線并不隨特定建筑的形狀大小、通風和圍護結(jié)構(gòu)熱物理性能變化而變化，因此只能代表室內(nèi)火災中一種較危險的場景，而并不是真實火災的代表。

　　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)驗和試驗研究表明，由于它們耐高溫性能較差，通常在火災的增長期破碎，因此這一時間段的溫度變化對研究玻璃幕墻的火災特性至關重要。在雙幕墻火災特性計算機模擬中起火室內(nèi)溫度隨時間的變化由計算機火災模型計算得到。火災模型通過求解動量、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、通風條件和圍護結(jié)構(gòu)的熱物理特性對火災中的溫度的影響。火災模型計算時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以權(quán)威研究機構(gòu)的試驗結(jié)果為基礎，并考慮了開放辦公空間內(nèi)可燃物的物質(zhì)、火災荷載和擺放方式。

　　三、幕墻采用的雙層玻璃和單層玻璃的破碎條件

　　在計算機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構(gòu)的試驗結(jié)果基礎上作的假定。

　　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特性的影響

　　內(nèi)外幕墻之間的間距大小對火災特性也有較大的影響。內(nèi)外幕墻間距縮小時，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，熱氣流上升需一段距離才能達到外幕墻，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間差和間距小的相比會更長。同時，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。