受限空间一般是指室内小尺度空间，通过墙体等构件分隔，火灾类型多为通风控制型。含有多个受限空间的建筑即为受限空间建筑，如住宅楼、办公楼等。受限空间建筑内部一旦发生火灾，极易诱发多米诺效应，引发火灾蔓延现象，造成比初始事故更严重的后果，甚至会造成结构的连续性倒塌，如英国格林菲尔塔火灾、美国9·11事件等。受限空间建筑火灾发展受多重因素影响，开展受限空间建筑火灾蔓延试验，研究不同因素对火灾蔓延的影响程度，针对不同影响因素做出相对应措施，有助于消防救援、建筑防火设计等。

真实火灾试验发展历程如图1所示。早期的受限空间建筑火灾试验研究大多集中于单室火灾试验，这类试验能构造真实的受限空间火灾场景，描述室内火灾发展、传播过程，但无法体现房间之间的火灾蔓延。移动火（travelling fire）试验能够反映建筑内部的火灾蔓延过程，其本质上是对受限空间建筑火灾蔓延过程的简化，即去除房间边界、保证良好通风以最大限度降低火灾蔓延的复杂性与不确定性。而实际建筑火灾蔓延场景中存在分隔构件阻碍，且多为通风控制型火灾。现阶段，考虑建筑分隔及通风控制型火灾的受限空间建筑火灾蔓延试验极少，且缺乏对比试验，因此有必要进行受限空间建筑火灾蔓延对比试验研究。

2.1 试验装置

试验依托于中国矿业大学强震-真实火灾耦合试验系统（图2）的子系统——大型量热与烟气净化系统，基于该系统，可监测火灾蔓延全过程的热释放速率变化。强震-真实火灾耦合试验系统具有如下功能：1）地震模拟振动台试验系统。采用两台MTS作动器串联设计，定制双MTS高性能三级伺服阀（最高1800 L/min瞬时流量），模型质量15 t时，最大地震加速度可达2.0 g ；2）高温耦合环境多维空间加载试验系统。主体结构采用高强耐火钢外包不锈钢组成，配有多级水冷保护装置，竖向加载能力400 t，水平向加载能力100 t，是国内首套可在火灾高温环境内使用的加载系统；3）多用途建筑构件抗火试验系统。由移动式垂直试验炉、水平试验炉以及两套自平衡反力架组成，可自定义火灾环境，适用于各种承重抗火、非承重抗火以及地震（水平作动器模拟）与火灾共同作用等复杂试验工况；4）大型量热与烟气净化试验系统。该系统为国内首套可实现多高度、多工位、多量程（0~10 WM）测试的大型量热装置。

试验中采用了自行研发的360°高温摄像机（图3）记录试验发展过程。传统的高温摄像机具有视野狭窄、位置固定等缺点，而360°高温摄像机可实现全景监测，无视野盲区，安装便携。

2.2 试验设计

根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》，设计建造了一座2层2×2跨钢框架结构，平面布置如图4所示。平面尺寸为5.4 m×3.6 m，层高均为2 m。一层共设置4个净高2 m的房间，每个房间尺寸为2.7 m×1.8 m；房间之间采用门洞连接，房间与外界采用门洞或窗洞连接，门洞尺寸为1.5 m×0.6 m，窗洞尺寸为0.9 m×0.9 m，门选用厚1.4 cm的木板。采用木垛作为火荷载，木垛由木条交叉层叠摆放，木条截面尺寸为0.03 m×0.03 m，长0.5 m。采用热电偶、量热系统监测火灾蔓延过程的温度场、热释放速率变化。采用360°高温摄像机监测火场动态发展过程。结构组装过程如图5所示。

受限空间建筑内部火灾蔓延过程复杂，影响因素众多。火荷载为建筑内部可燃物，火荷载密度及火荷载总量均会影响单个房间内部的火势发展，分隔构件会直接阻碍房间与房间之间的火灾蔓延，而开口程度则会影响建筑外向建筑内部的氧气供给。因此，试验中选择火荷载、分隔构件、开口程度作为参数，研究参数变化对受限空间建筑火灾蔓延的影响，共设置4种工况，如图6所示。

3.1  试验现象

在4次受火试验过程中均发生了火灾蔓延，以工况2为例描述火灾蔓延试验现象，如图7所示。火灾开始时刻记为0 s，此时点燃1号房间内部池火；第255～480 s时，点火木垛相继引燃周围5个木垛，从2号、3号房间可以观测到明显的烟气层下降；第576 s时，从1号房间门口处可以观测到稳定的射流火；第583 s时，3号房间木垛被引燃；第588 s时，2号房间木垛被引燃；第640 s时，2号、3号房间内所有木垛均处于燃烧状态，2号、3号房间窗口处可以观测到明显的射流火。出于安全考虑，第650 s时采用干粉灭火器灭火，试验过程中火灾未蔓延至4号房间。

3.2 试验结果

通过试验得到受限空间建筑火灾蔓延过程的温度场及热释放速率变化，如图8所示。可见，受限空间建筑火灾蔓延在空间上表现为由不均匀温度场向均匀温度场过渡，在时间上表现为火灾蔓延速率逐渐增加。

对比不同工况下的温度场、火灾蔓延过程等进而分析火荷载、分隔构件、开口程度对受限空间建筑火灾蔓延的影响。火荷载对火灾蔓延的影响如图9所示，由图9a可知，由于工况2中3号房间火荷载总量更大，有足够的燃料补给，导致其发生火灾蔓延后升温速率更高；由图9b可知，虽然工况4的整体火荷载密度偏低，但其局部火荷载密度大于工况2，初始火源热释放速率更大，升温速率更高，这说明局部火荷载密度、火荷载总量对火灾蔓延具有积极影响。

分隔构件对火灾蔓延的影响如图10所示，由图可知，由于工况2下4号门始终处于关闭状态，因此4号房间始终维持在室温状态，而工况3中4号门处于开启状态，故4号房间存在升温情况，这说明分隔构件会显著阻碍火灾蔓延。

开口程度对火灾蔓延的影响如图11所示，由图可知，相较工况3，工况4的4号房间可见度更低，这是由于工况4开口遮挡导致烟气积累，说明开口程度会影响房间之间的烟气流动。

1）受限空间建筑火灾蔓延在空间上表现为由不均匀温度场向均匀温度场过渡，在时间上表现为火灾蔓延速率逐渐增加。目标房间温度场与相对位置无关，且在火灾蔓延前相比着火房间存在一定程度的折减。

2）着火房间火灾进入轰燃状态和火灾蔓延至目标房间是两个危险时刻。火灾轰燃前持续时间较长，且热释放速率较低，火灾容易扑灭，火灾进入轰燃状态后火灾蔓延速率会逐渐增加，火灾蔓延至目标房间后有大量可燃物作为补充，多房间火焰融合后火灾蔓延速率更快，在消防救援过程应尽量在这两个危险时刻前完成。

3）局部火荷载密度、火荷载总量对火灾蔓延速率及温度场具有积极影响；分隔构件会阻碍烟气流动与火焰蔓延，显著影响火灾蔓延过程；开口程度会影响着火房间温度及烟气流动。房间内应尽量避免集中火荷载，且房间内物体应远离门口摆放，易发生火灾的房间应选用耐火等级高的分隔构件，建筑内部人员应养成随手关门的习惯。