随着紧凑型城市对地下空间的需求日益增加，城市地下建筑不断向多层化和大型化转变，空间结构也日益复杂化和多样化。与地上建筑不同，地下建筑由于难以开设足够的开口与外界相通用来通风排烟，在烟气控制方面主要依赖机械排烟，所以有必要对其机械排烟方案进行研究。为了满足不同功能需求，地下空间建筑往往被实体分隔为相对较小的功能区，对于中小型地下功能区，机械排烟在工程难度和消防投资上是可接受的。但是近年来，出现了许多以地下车辆段为主的大型地下空间，为了满足轨道列车的停车列检、清洗、维修等功能需求，列检库、轨行区等功能区面积可达1万平米，加上这些功能区内无法进行实体分隔，存在现行规范不能涵盖的消防问题。而且，为了使城市土地使用率更加地经济高效，在这些大型地下车辆段的顶部都进行了上盖物业开发，这也大大增加了火灾危险等级。对于大型地下功能区，受排烟风机风压和排烟量的限制，往往需对大空间进行分区并设置多套排烟系统来满足通风和火灾条件下排烟要求。然而，由于在大空间中火灾烟气在排烟口下方难以形成足够厚的烟气层，大量新鲜空气会被直接吸入排烟口中，导致机械排烟效率下降，由此必然大幅增加技术难度和消防投资成本。相对机械排烟而言，自然排烟具有显著的经济性，所以还有必要对这类具有上盖开发的大跨度地下空间的自然排烟方案进行研究。　　论文首先对上盖开发的地下车辆基地的机械排烟方案进行了研究。对不同起火位置、不同机械排烟方案下列检库内烟层的高度、温度以及火源附近的立柱、梁、顶板的温度进行了计算比较。研究结果表明:在地下车辆基地的列检库中可以依据建筑结构（梁柱布置）特点合理设置挡烟垂壁将大空间划分为多个面积较小的防烟分区，依据建筑内火灾荷载分布的特点将排烟口布置于起火概率较大区域的正上方，然后设置多套排烟系统进行排烟。当列检库中部起火时，建议开启起火分区和左右相邻防烟分区的排烟口（共6个），每个排烟口的排烟量不得低于8m3/s。当列检库边缘起火时，建议开启起火分区和相邻、相间的2个防烟分区的排烟口（共6个），每个排烟口的排烟量不得低于8m3/s。在设定的火灾场景下，顶板和立柱附近温度均不超过350℃，即发生火灾时对顶板和立柱不会造成结构性的破坏。建议顶板的耐火极限不低于2小时，梁和立柱的耐火极限参考建筑设计规范进行设计。　　论文其次在分析了地下车辆基地及其上盖物业开发的建筑结构特点的基础上，为地下车辆基地的功能区设计了自然排烟方案。利用CFD技术和正交试验设计对自然排烟效率的影响因素进行了显著性研究。讨论了不同下垂高度的挡烟垂壁以及水幕对阻烟效果和竖井排烟效率的影响。研究结果表明:对于具有上盖物业开发的地下车辆基地的功能区，可以在地下车辆基地及其上盖物业开发部分之间设立中间层来切断地下车辆段与上盖物业开发部分的火灾连锁效应。当地下层发生火灾时，可以利用连通地下层和中间层排烟竖井将地下层的烟气导入中间层，使烟气沿首层顶部蔓延到敞开边界并排入大气。正交试验设计可以充分挖掘试验结果所包含的有关因素的全面信息，可以得出的最高排烟效率下影响因素的最佳水平组合。本次研究中，排烟口尺寸取7m×7m，侧窗离地面高1m，排烟竖井高3m，首层高度为5.8m，火源功率为14MW时，竖井排烟效率最高，为75.09％。安装挡烟垂壁是一种经济有效的控烟措施，挡烟垂壁配合竖井使用可以有效延缓烟气蔓延，提高竖井的排烟效率，降低后方烟气温度和浓度。水幕不仅可以阻挡烟气横向蔓延，还可以阻隔热辐射控制火势从而阻止火灾蔓延。火灾初期水幕能够将大部分烟气束缚在一定范围内，并不断稀释冷却水幕周围的烟气，使水幕后方的烟气温度和浓度降低，但是由于水幕作用，使离火源较远的竖井存在少量的烟气倒灌现象，最终导致竖井的总排烟效率降低，为69.99％，与无水幕情况下比降低了6.8％。　　论文最后建立了自然排烟方案的可行性判定模型和判定方法对自然排烟方案的可行性进行了理论评估。讨论了车辆的基地功能区的临界尺寸和临界火源功率之间的关系。研究结果表明:可行性判定模型可以对地下层和中间层内烟气能否在同时保证安全高度的前提下被排出进行理论评估。为了将烟气维持在安全高度上被排出，在火源功率被估定的情况下，地下层的尺寸面积受到了限制。研究发现，地下车辆段功能区的临界尺寸和临界火源功率成线性关系。利用挡烟垂壁与排烟竖井组合控烟来提高自然排烟效率可以在相同的火源功率设计值下争取更大的地下空间面积。