1.2　国内外研究现状

国内外学者针对火灾中的烟气流动、大空间烟气管理、热烟测试、数值模拟等进行了一系列研究[25~129]。

1978年，英国BS 5588标准中就提到了冷烟测试，标准中使用低温烟气的实验仅演示了一座建筑中空气的流动情况，缺少真正的燃烧实验，几乎不可能进行热烟气实验。

1991年，美国消防协会制定了NFPA 92B Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces，根据不同的火源类型和烟气羽流形式，给出了相应的烟气层高度、烟气质量流量等公式，在火灾研究人员中得到了较广泛的应用。

1992年，有文献统计了当时世界上用于火灾与烟气的研究程序共有62种之多，应用领域包含防火区间设计、喷淋启动、火灾燃烧、火警探测器探测与烟气流动特性等。Stephen M. Olenick于2003年更新了统计数据，当时世界上用于火灾与烟气研究的程序已达168种，并且将其分为区域模型、场模型、探测器响应模型、疏散模型等。

1999年，有文献指出，研究者在烟气测试中测量了热释放速率分别为5kW/m2和105kW/m2时，距地面高度5m处的烟气温度分别高出环境温度0.35℃和0.7℃；在中庭烟气测试中，热释放速率分别为5kW/m2、10kW/m2、200kW/m2、500kW/m2、1MW/m2时，根据NFPA 92B计算出烟气与环境的温差仅为2℃；有效的烟气测试是进行热释放速率至少为500kW/m2的燃烧实验。

1999年，澳大利亚制定了热烟测试标准AS 4391-1999 Smoke management systems—Hot Smoke Test，对热烟测试的装置、程序、火源功率、烟气温度、烟气层高度发展及测试时的人员和环境保护等做了较系统的规定。这是世界范围内唯一一个专门用于热烟测试的标准，此后的研究人员多据此进行热烟测试实验。

2000年，美国国家标准局发布专用于计算机火灾模拟的软件FDS，目前已发展到5.5.3版，在火灾研究人员中得到了较为广泛的应用。在实际应用中，该模型约有一半用于消防设计的烟气处理系统和自动喷水灭火探测器研究，另一半则包括住宅及工业消防重建。FDS同时附带一个独立的可视化程序Smokeview，用来显示FDS的计算结果，可以直观地观察火灾中烟气流动的动态过程。

2001年，有文献指出，建筑物业主与设计者一般基于三点考虑进行热烟测试和计算机火灾模拟，分别如下：① 当真正发生火灾时，防排烟系统可满足防灾需求；② 寻求合理的防排烟系统一次成本与日后维护成本；③ 为满足防灾需求，业主有充分意愿配合减少容留人数与商场营业面积。

2001年，有文献在进行全尺寸烟气研究后指出，在大空间内，由于空气的卷吸量比较大，烟气的温升（温度升高）并不大，1.6MW火源，其温升仅为20多摄氏度，远远达不到感温探测器和喷淋系统的启动温度。因此在大空间内不宜使用感温型火灾探测装置，同时也表明烟气的危害主要体现在它的毒性和遮光性上。

2001年，有研究者使用FDS软件进行了计算机火灾模拟，完成了7个全尺寸火灾实验场景，以验证FDS软件的准确性。全尺寸实验场地长18.3m、宽12.2m、高6.1m，内部通风设备可调整1～12次换气率，火灾规模最大可达2MW。研究发现，增加FDS建模的节点数并不能有效增加烟气温度的准确性，但可以更加准确地预测烟气羽流的形状。

2002年，有研究者使用FDS软件模拟了发生于2001年7月的铁路隧道列车火灾。研究指出，计算机火灾模拟的目的是为了预测火灾时隧道表面的最高温度与内部烟气温度，除利用计算机火灾模拟火场温度分布外，研究也在类似的隧道中进行了多个全尺寸实验，以验证计算机模拟的准确性。实验结果与模拟结果显示，两者的温差在50℃内，验证了使用FDS软件进行计算机火灾模拟的准确性。

2002年，有研究者对某机场行李房进行了大空间机械排烟过程中烟气运动的数值模拟，得到了火灾发展过程中烟气层下降运动的规律及火灾发生时人员安全疏散的时间，指出了现场测试、实验室实验和数值计算方法相结合研究建筑排烟能力的方向。

2003年，有研究者对地铁车站的烟控系统进行了3D CFD计算机模拟分析，以检查地铁车站的烟气流动特性、月台火灾的烟层高度、判断发生火灾时电扶梯是否为无烟路径，以及检查地下车站内部自然补风与人员疏散的关系，还以全尺寸实验验证了所用CFD程序的可靠性。

2004年，有研究者针对NFPA 92B中的羽流方程适合于中庭形状系数（A/H2）在0.9到14之间的限制，对形状系数小于0.9的中庭进行了实验研究，并提出了拟合后的羽流方程。

2005年，有研究者进行了挑高中庭防排烟系统的全尺寸实验，实验指出，如果挑高中庭设置机械排烟系统，往往排烟量很大，可通过热烟测试的方法验证挑高中庭防排烟系统的排烟性能，其实验结果与NFPA 92B中由区域模式发展出的经验公式相吻合。

2005年，有研究者对某建筑中庭排烟系统进行了热烟测试，实验中起火15min后烟气层高度控制在15m以上，表明排烟系统满足安全要求。

2006年，有研究者对某地铁站台进行了冷烟测试实验，并分别使用酒精和木垛作为火源进行了热烟测试实验，根据实验现场安装的较多烟气探测器的有规律的顺序报警，指出热烟气的流动是比较有规律的，即先形成顶棚射流，烟气在顶棚向水平方向蔓延，随着蔓延距离的加大，烟气层温度降低，开始下降，较远处的烟气层最先降低到探测器位置。

2008年，有研究者对某大楼底层中庭进行了热烟测试，指出火灾发生后15min内烟气层高度控制在25m以上，高于预期11m的目标，并指出热烟测试能较有效地测试建筑的烟气控制系统。

2008—2011年，有研究者对地铁隧道、建筑中庭等进行了多次火灾防排烟全尺寸实验，在实验中收集了烟气层温度测量结果，采用NFPA 92B中的N百分比法判定烟气层高度，与计算机火灾模拟软件得到的结果相互验证。

从以上可以看出，研究人员对建筑内的烟气流动、热烟测试实验、防排烟系统性能等已有了一些研究，但还存在以下不足：

（1）尚无研究者专门针对建筑消防系统排烟能力的验证方法进行系统研究。

（2）尚无研究者对热烟测试中人工热烟羽流的特性进行具体实验分析。

（3）很少有研究者系统地研究并设计用于验证建筑消防排烟能力的热烟测试系统，以确定具体参量及测试流程。

（4）计算机数值模拟应用较多，但难以反映建筑物建造、设备安装等方面存在的隐患，无法发现建筑消防卷帘和管道的烟气泄漏问题。

（5）受场地等条件限制，针对较大型建筑同时进行热烟测试和计算机数值模拟相互验证的案例仍然相对较少，所得结果缺乏较高的可信度。