（安全技术及工程专业论文）大型商业建筑火灾疏散性能化分析方法研究.pdf

s u b j e c t ：s t u d i e so np e r f o r m a n c e b a s e df i r ee v a c u a t i o na n a l y t i c a l m e t h o di nb u s i n e s sb u i l d i n g s s p e c i a l t y：s a f e t yt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g n a m e ：z h a n gy u n m i n g( s i g n a t u r e ) i n s t r u c t o r ：c h a n gx i n t a n ( s i g n a t u r e ) z h a n gj i a n r a n g( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t t h ep r e s c r i p t i v e - b a s e df i r ep r o t e c t i o na n a l y s i sa p p r o a c hh a sb e e na d o p t e di no u r c o u n t r yf o rm a n yy e a r sn o w , b u ti t sa p p l i c a t i o ni ss t i l lf a c i n gs u b s t a n t i a lr e s t r i c t i o n s ，a n dt h e s a f e t yo fi t sp r a c t i c e si sa l s oi nd o u b t s e r i o u sc o n f l a g r a t i o na c c i d e n t si n v o l v i n gs i g n i f i c a n t l o s so fl i f eo c c u r r e di nt h er e c e n ty e a r sr a i s e dt h ei m p a c to fn e e df o rr e s e a r c ho nl a r g e b u s i n e s s b u i l d i n g f i r e t h i st h e s i sa i m sa tt h e p e r s o n n e l s s a f ee v a c u a t i o n w i t h p e r f o r m a n c e - b a s e df i r ea n a l y t i c a lm e t h o du n d e rb u s i n e s sb u i l d i n gf i r ec o n d i t i o n si na ne f f o r t t oe x p l o r et h ei m p o r t a n ti n s t r u c t i o nm e a n i n gf o rp e r f o r m a n c e b a s e df i r ep r o t e c t i o nd e s i g n ， i n v e s t i g a t i o na n de v a l u a t i o nb e f o r et h eb u i l d i n g su s a g e ，a n dt op r o v i d er e f e r e n c ef o rt h e p r o m o t i o no f t h ep e r f o r m a n c e b a s e da n a l y t i c a lm e t h o da p p l i c a t i o nt ot h ef i e l do f p e r s o n n e l s s a f ee v a c u a t i o n i nt h et h e s i s t h ee v a c u a t i o ne n v i r o n m e n ta n dc h a r a c t e r i s t i c so f p e o p l ei n v o l v e di nf i r ei n b u s i n e s sb u i l d i n g sa r ea n a l y z e d ，a n dk e yp r o b l e m sd u r i n ge v a c u a t i n gf r o mb u s i n e s sb u i l d i n g s i nf i r ea r ep u tf o r w a r d ap e r f o r m a n c e b a s e df i r ea n a l y t i c a ls y s t e mt h a tt a k e st h es a f ee v a c u a t i o na si t sf i n a l g o a li s s e tu p am e t h o dc a l c u l a t i n gt h ea v a i l a b l ee v a c u a t i o nt i m ea n dt h er e q u e s t e d e v a c u a t i o nt i m ei sp r e s e n t e d t h em a i nf a c t o r si nt h ea d o p t i o no fe q u i v a l e n te v a c u a t i o ns p e e d i nt h en e t w o r km o d e la r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ep o s s i b i l i t i e si nu s i n ge v a c u a t i o nn e t w o r ki na s p a c i o u ss p a c ea r ed i s c u s s e d t h i st h e s i sf u r t h e rs t u d i e dm a i np a r a m e t e r si na ne v a c u a t i o np r o c e s so nt h eb a s i so f 0 1 1 - t h e s p o to b s e r v a t i o na n ds t a t i s t i c s ，o b t a i n i n gf o r m u l a st oe s t i m a t et h ed e n s i t yo fp e o p l e ， t h e i rm o v i n gs p e e da n de v a c u a t i n gf l u x a c c o r d i n g l y , t h ee v a c u a t i o nc o n d i t i o n sa r ep u ti n t o f o u rg r o u p s ：i e 1 0 0 s e ，l i m i t e d ，c r o w d e da n dj a m m e d ，w i t hc o r r e s p o n d i n gp a r a m e t e r sg i v e n d u et ot h en e e di ni m p r o v i n gt h ea c c u r a c yo fp e r s o n n e l sd e n s i t ye s t i m a t i o ni nt h em a r k e t p l a c e ，i t sc a l c u l a t i o np r i n c i p l e sb a s e do nt h ef u n c t i o ns e tb yb u i l d i n gd e s i g na r ep u tf o r w a r d t h es t a t i s t i c sd a t ac o l l e c t e di nt h ep r o c e s sc a nb eag o o dr e f e r e n c ef o rf i r ee v a c u a t i o ns t u d y a sa na p p l i c a t i o nv e r i f i c a t i o n ，t h ep e r f o l q n a n c e b a s e df i r ea n a l y t i c a lm e t h o da n dt h e e v a c u a t i o nd a t ao b t a i n e di nt h er e s e a r c ha r ea d o p t e di nt h et h e s i st os i m u l a t et h ef i r e e v a c u a t i o ni nt h em a l lx i a nl i f e n gw i t ht h eh e l po fs o f t w a r ec f a st f d sa n de v a c n e t 4 r e l e v a n tc o n c l u s i o na n ds u g g e s t i o n sa r eg i v e n k e y w o r d s ：l a r g eb u s i n e s sb u i l d i n g f i r ee v a c u a t i o np e r f o r m a n c e b a s e d t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y 主要符号表 主要符号表 可燃物所占地板面积( m 2 ) 除去开口后的房间总面积( m 2 ) 通风口面积( m 2 ) 火灾衰减系数( k w ，s 2 ) 一氧化碳浓度( p p m l 水平通道的流量( 人m - s ) 楼梯中的人流流量f 人，m s ) 单个可燃物的有效热值( m j l 【9 1 烟气临界层距地板的高度( m ) 为通风口等效高度( m ) 疏散人员中距离疏散出口的最近距离( m 1 能见度( m ) 距离( m ) 单个可燃物的重量( k g ) 表示疏散出口的通行系数( 人m s ) 功能区内待疏散总人数( 人) 火灾荷载密度( m j i m 2 ) 可燃物的热辐射通量( k w m 2 ) 发生轰燃的临界热释放速率( k v o 火源最大热释放速率( k w ) 火源的热释放速率( k w ) 火源中心与可燃物之间的距离( m ) 时间( s ) 时间步长个数 楼梯中人员流动速度的水平分量( m s 1 水平通道的通行速度( m s ) 平均速度( m s ) 表示疏散出口的有效总宽度( m ) 火灾增长因子( k w s 2 ) 烟气层高度影响系数 受火灾荷载影响的火灾增长因子分量( k w s 2 ) 舢b c r凡觚hk l l 帆n m q 吡q r 。t u v w a 毗 主要符号表 q m d y p t 受墙和吊顶影响的火灾增长因子分量( k w s 2 ) 一氧化碳浓度影响系数 能见度影响系数 通道内的人员密度( 人m 2 ) 时间步长( s 1 畅通影响系数 i i 姿料技丈学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体己经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名稚文打砷日期：彬，多砷 “ i 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名喜长五谢智 指导教师签名：r 每雠 年月日 1 绪论 1 绪论 近年来，中国经济快速发展，众多商业中心、超级市场、购物广场和综合商城不断 涌现。一般将具有建筑规模大、单体空间大、使用功能复杂、火灾危险性大、人员密度 大等特点的商业建筑被称之为大型商业建筑。大型商业建筑的形成和发展是城市、社会、 经济和科技等领域综合作用的产物，同时也给火灾情况下的人员安全疏散问题提出了新 的挑战。 1 1 人员疏散研究的必要性 随着城市建设的飞速发展，火灾已成为各种城市灾害的一个突出方面，其中大型商 业建筑的火灾尤为突出。近年来商业建筑火灾造成的人员伤亡事件屡有发生，表1 1 列 举了1 9 9 1 2 0 0 4 年发生的典型商业火灾。 表1 11 9 9 1 2 0 0 4 年典型商业火灾案例【l t 2 ，3 - 4 】 建筑火灾人员疏散是在发生火灾的特殊条件下，在允许的疏散时间内，使遭受或即 将遭受到火烟危害的人员和贵重物资在楼内火烟未危及其安全之前，借助于各种疏散通 道安全、准确、迅速地撤离到室外或楼内安全区域之中。大型商业建筑属于典型的公共 聚集场所，火灾危险性大，人员密度大。由于商场可燃物多，并且堆放集中，一旦被引 燃容易造成重特大火灾；商场营业期间人员多，流动性大，在节假日或庆典的特殊时间， 场内人员数量难以控制，如果出现火灾等险情，疏散能力将会受到严峻的考验，因此很 容易造成重大人员伤亡。表1 2 将商业建筑特大火灾与其他公共聚集场所火灾情况进行 西安科技大学硕士学位论文 了比较。 表1 21 9 9 1 年到2 0 0 3 年公共聚集场所特大火灾情况比较1 1 , 2 , 3 , 1 对于大型商业建筑如何减少火灾发生，如何保障人员生命安全已越来越引起人们的 关注。人员疏散是一个非常关键的问题，是火灾科研人员、建筑设计人员和管理人员需 要花大力气研究和解决的问题。我国正在执行的高层民用建筑设计防火规范【5 建 筑设计防火规范【6 】等对疏散问题做了较为详细的规定，但是这些传统规范一方面不能 紧跟现代建筑的发展而发展，很难适应现代大型商业建筑的需要，另一方面传统规范中 使用的数据大多是引自国外或是来自国内早期建筑的陈旧数据，缺乏依据和实验验证， 据此进行的设计难以保证人员在灾害发生时安全、及时疏散。同时，研究火灾情况下的 疏散行为对于解决大型集会活动和大型体育场馆的人员疏散问题，指导此类场所疏散设 计和制定疏散预案都具有极大的使用价值，北京密云水库重大踩踏事故和韩国首尔游乐 园踩踏事故就是很好的反证。因此正确的把握火灾的发生发展过程及其对人们疏散行为 的影响已经到了刻不容缓的地步，针对人群疏散行为量化方法及其应用的研究也具有重 大的现实意义。 1 2 传统防火分析方法浅析 我国目前使用的防火分析方法是按照传统规范条文所规定的具体参数和指标，结合 设计者的实践经验，制定符合规范要求的防火方案。传统规范又称“处方式”规范( t h e p r e s c r i p t i v ef i r ep r o t e c t i o na n a l y t i c a lc o d e ) ，强调每一项指标的“达标”，技术人员只需 根据建筑物的具体形式，结合个人的实践经验“对方抓药”制定出防火方案即可。一般 情况下只要遵从防火规范，就认为该建筑满足防火安全要求；一旦设计中遇到“超越” 规范的难题，就需要召开“专家论证会”，凭借多数专家的经验来解决设计中的困难。 处方式规范是前人在大量的建筑实践和火灾事故经验的基础上总结出来的一套较为科 学有效的指导建筑消防安全的规范，历史上对于保障人员生命安全起到了重要的作用， 目前仍然是各国不可缺少的防火规范。但是由于处方式规范的历史局限性，自身存在着 诸多问题，而且随着社会经济的飞速发展和建筑科技的长足进步，具有新设计理念和结 构形式的建筑不断涌现，这些新型建筑对现行消防规范提出了巨大的挑战。 2 1 绪论 f 1 ) 处方式防火分析方法过程简单，但它不能针对每个建筑物的个体差异给出最优方 案。由于每座建筑的结构、用途、内部可燃物数量和分布，以及内部人员构成都不同， 强行采用原则上统一的参数指标，所获得的防火方案并不一定是科学、合理、有效的方 案，同时也无法评估该方案的实际防火安全程度。因此，建筑物的安全水平将会因为建 筑物的个体差异而导致不同的结果，可能对某些建筑物来说，依照处方式规范是合理而 安全的，而对另一些建筑物则可能出现要求过紧或过松的情况。鉴于对大量火灾案例的 分析，使得我们对消防工程的安全性和经济投入的有效性提出质疑，因而简单的遵从处 方式防火规范的消防工程并不能达到使业主和居住者都认可的消防安全水平【7 】。 ( 2 1 处方式防火分析方法单独设防，缺乏综合效应的考虑，无法充分体现人的因素对 整个安全度的影响。传统防火分析方法将消防系统分解到各个独立的工种中，结果不是 建筑造价大幅度提高，就是由于某一环节出问题而导致建筑整体消防性能降低。处方式 防火分析方法不能将火灾发展过程与保障人员生命安全有机的结合起来，无法充分体现 人的因素对整个建筑项目消防安全度的影响。建筑是为人类的生产和生活服务的，人的 因素无疑在很大程度上影响着建筑防火安全水平，比如人的工作、生活习惯、楼宇物业 管理水平、人在火灾中的心理状态等因素就无法在处方式规范中充分体现出来。 ( 3 ) 处方式防火分析方法束缚了工程设计人员的创造性，限制了新技术、新材料的应 用。处方式防火分析方法要求工程技术人员按照规范办事，大大制约了建筑艺术和建筑 形式多样化的发展，严重束缚了设计师对新的建筑材料、建筑技术、建筑形式的尝试， 也不利于消防新技术和新产品的推广使用，导致建筑形式千篇一律，缺乏创新。 我国长期以来遵从的处方式防火分析方法，逐渐显现出它的一些弊端，因此迫切地 需要建立一种更加安全、合理的新型建筑防火分析体系。性能化防火分析方法 ( p e r f o r m a n c e - b a s e df i r ep r o t e c t i o n a n a l y t i c a l ) i e 是在这种背景下出现的，它已经成为世界 许多国家消防领域讨论和研究的热点课题【8 一。 1 3 性能化防火分析方法的国内外发展状况 性能化防火分析方法是建立在消防安全工程学基础上的一种新的建筑防火方法，它 运用消防安全工程学的原理与方法，根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具 体情况，自由选择为达到消防安全目标而采取的各种防火措施，并将其有机地组合起来， 构成该建筑物的总体防火安全方案，然后在预定各种可能的起火条件和由此所造成的 火、烟蔓延以及人员疏散情况，核定预定的消防安全目标是否已达到，从而保证人员的 安全疏甜。性能化分析方法可以实现建筑防火安全与使用功能的协调，有利于在建筑 防火设计中充分发挥设计人员的创造力，有利于新思维、新技术、新工艺、新材料、新 设备的发展与应用，有利于各项防火技术的优化组合和总体防火效果的发挥，有利于对 工程投资恰如其分的合理使用。 西安科技大学硕士学位论文 1 3 1 国外发展动态 火灾科学和性能化防火分析方法的研究在国外起步较早【1 l 】。从二十世纪5 0 年代 起，世界一些国家就开始成立由国家或民间资助的火灾研究机构，例如：美国n i s t 属 下的b f r l 、美国工厂联合公司研究所、英国的f r s 、日本自治省消防厅消防研究所、 新西兰火灾科学与技术国家实验室等。 上世纪7 0 年代初，英国火灾科学研究人员首先提出了性能化防火设计的概念，一 些发达国家开始对以火灾特性为基础的建筑防火设计方法进行系统研究。7 0 年代末和 8 0 年代，n i s t 、f p a a 、f r s 等世界著名的火灾研究机构组织了一系列大规模的联合 研究项目，对包括航空飞行器火灾安全、核电站火灾安全、隧道火灾安全等领域的火灾 现象进行了深入的研究。1 9 8 5 年召开了第一次国际火灾安全科学讨论会，并成立了国 际火灾安全科学学会( i n t e m a t i o n a la s s o c i a t i o nf o rf i r es a f e t ys c i e n c e ) ，到目前该研讨会已 经召开了八界，其中包括1 9 9 6 年以来召开的三届性能化防火设计学术会议。 1 9 8 5 年英国颁布了第一部性能化防火规范，之后美国、日本及北欧等发达国家先后 投入大量研究经费积极开展消防安全工程学和性能化防火理论及技术的研究。到目前为 止，美国、日本、澳大利亚、新西兰、加拿大等国家也已开始采用性能化防火规范。 从2 0 世纪8 0 年代起，随着计算机技术的快速发展，科研工作者相继开发了许多用 以描述建筑疏散特性的模型，众多的消防安全工程师利用这些工具对各类建筑中人员的 疏散过程进行评估，取得了令人瞩目的效果。比较有名的网络模型有：e v a c n e t 、 e x i t t 、e g r e s s 、s i m u l e x 、b u i l d i n g e x o d u s 等。尽管不同国家进行性能化防火设计 采取的方式和步骤不同，但各国都是以火灾安全工程学为理论基础，以建筑物的火灾苊 险性和安全评估为手段，以实现建筑物的总体防火安全为目的，充分利用现代科技的成 果来改进建筑物的防灭火能力。 1 1 3 2 国内发展动态 我国长期以来都是遵从处方式防火规范进行设计和验收，在长期的实施过程中，处 方式规范的种种弊端渐渐显露出来。近年来国内多次发生群死群伤的重特大火灾事故， 造成重大的社会影响和国际影响，因此火灾情况下建筑物内的人员疏散问题便成为安全 科研人员关注的首要问题。 我国火灾科学研究起步于上世纪8 0 年代，国内一些研究机构如中国科学技术大学、 武警学院、公安部四个消防研究所等对火灾成因、发展规律等进行了大量的科学研究， 取得了丰富的成果。例如：中国科技大学等单位对火灾烟气的流动特点进行了一系列深 入的探讨，利用实物模拟或盐水模拟进行了关于建筑顶棚、侧室、走廊以及中庭等结构 空间的烟羽流动研究，在大空间火灾实验方面也做了大量工作，取得了许多珍贵的实验 4 1 绪论 数据。近年来，以范维澄院士为代表的科研团队在火灾科学研究上取得了重大的研究成 果，发展和完善了场一区网复合火灾模拟模型【l 。 在人员疏散方面，国内有关科研机构开发了地下建筑的疏散模型，公安部四川消防 研究所开展了大空间公共建筑火灾疏散评估技术的相关研究，中国科技大学火灾重点实 验室也正在开发元胞自动机( c e l l u l a ra u t o m a t a ) 模型和人员运动格子气( 1 a t t i c e g a s ) 模型。 而在人员疏散方面做的比较好的是香港城市大学，该校有关研究人员利用计算机虚拟现 实技术，并结合火灾后的问卷调查及疏散演习等手段收集了大量有关火灾中人员行为的 数据。比较详细地研究了建筑物防火通道内的标识( 如灯光、张贴、指引、广播等) 对人 员疏散行为的影响，得出了一些有价值的结论，建立了网格疏散模型( s g e m ) ，并在实 践中得到了较好的应用。 我国北京、上海、深圳、广州等大城市在性能化防火分析方法的应用上也开始了试 验性的探索，在人员疏散量化方法上也进行了一些适应我国居民特点的研究。但总体上 讲，我国在性能化防火分析方法上的研究还属起步阶段，还需要我们做大量工作，推广 应用消防安全性能化分析方法已经是国际消防安全工程发展的必然趋势，如何在我国推 广应用消防安全性能化方法是需要深入研究的课题。 1 4 本课题的研究内容 性能化防火分析方法是一种以性能化规范为基础的操作性很强的工程方法，不同国 家实施方法也不同，而性能化规范又是以“当紧急情况发生时人们必须完成疏散”为依 据的，其根本目的是保障火灾来临时的人员生命安全，因此性能化疏散方法的研究是性 能化防火分析方法的核心，它充分体现了“以人为本”的安全理念。本文以大型商业建 筑火灾情况下的人员疏散问题为研究对象，主要针对人员疏散性能化分析方法的实施程 序、内容、量化计算方法、人员流动参数等具体内容开展研究，并在消防工程中进行应 用。论文的开展方式主要包括建立人员疏散性能化分析理论体系，统计并确定人员疏散 参数，最后在具体工程实例中进行应用。 本文研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 调查大型商业建筑的火灾特征，研究商场内人员的特点，并分析它们对疏散造成 的影响； ( 2 ) 确定人员疏散性能化分析方法的研究内容和结构体系，并就必须疏散时间( r s e t ) 和可用安全时间( a s e t ) 的计算方法进行总结研究； ( 3 ) 通过现场观察和统计计算，对商业建筑内的人员密度，水平通道和楼梯内人员的 疏散速度和疏散能力等重要参数进行统计与确定： ( 4 ) 按照疏散性能化分析方法，根据统计出来的疏散参数值，对立丰购物广场工程实 例进行疏散性能化分析，得出结论并提出建议和措施。 西安科技大学硕士学位论文 2 商业建筑火灾特点及其人员疏散问题 商业建筑与其它建筑形式相比有许多不同之处，这些特点造成其发生火灾时表现出 不同的火灾特性，这些特点直接影响到人员疏散的顺利进行，因此有必要针对商业建筑 的火灾特点、人员特性以及它们对人员疏散造成的影响进行深入的研究。 2 1 商业建筑火灾特点 商业建筑火灾的特点在于火灾危险性大，主要表现在火灾荷载大、起火因素多、蔓 延迅速、产物危害大以及火灾扑救困难等方面。 ( 1 ) 空间大，可燃物多，火灾荷载大i ”j 商业建筑规模越来越大，单层建筑面积达到数千平米，更有甚者可达几万平米，目 前还有向更大体量发展的趋势。例如西安立丰购物广场单层面积达9 0 0 0 m 2 ，总建筑面 积更是达到1 2 1 8 4 2 m 2 。大空间商业建筑带来的直接问题是巨大的商品量。商场一般设 有服装区、鞋帽区、床上用品区、日用品区、家电区等等，还有一些诸如家居、电器等 专业商场，他们都有一个共同特点即经营商品大多为可燃物，还有部分易燃品，这些商 品有的集中摆放于自选货架和柜台里，有些则悬挂展示，造成可燃、易燃物品非常集中 且表面积很大。 近些年出现的仓储式商场，采用以店代库的方式，将大量的商品摆放在货架上，在 方便经营、节省空间的同时，造成单位面积的可燃物数量大量增加。一些大型仓储式商 场集高架仓库和大型购物商场于一体，为满足储藏货物的需要，仓储式商场往往净高8 m l o m ，一旦着火，很容易形成大面积立体火灾。 现代大型商场的营业厅为了追求良好的室内效果，大多经过豪华的装修，采用高档 的木板或高分子材料，这些装修材料的使用无疑增加了建筑物内部的火灾荷载，而且这 些以有机物为主的装饰材料一旦燃烧将产生大量毒性气体和碳黑颗粒，严重威胁着人们 的疏散安全。建筑内部装修设计防火规范 1 4 】要求建筑材料中的可燃物必须做阻燃处 理，但遗憾的是在实际的建筑工程中一般很难实现，从而造成建筑物内部固有火灾荷载 增大。 ( 2 ) 功能复杂，引起火灾的因素多 商业建筑向着大空间发展的同时也向着多功能方向发展，大型综合商业建筑内除了 商业功能外还兼有餐饮、娱乐等功能，还有商业建筑配套设备用房、仓库、停车场等等， 可以说是一个大而全的集合体。首先，因为功能多，用电设各自然增多，如照明器材、 装饰灯具、通风空调系统、音响设备、办公设备以及固定和移动电源插座等等，线路错 综复杂，功率大，使用时间长，并且安装比较隐蔽，很容易引发火灾。其次，商场内的 2 商业建筑火灾特点及其人员疏散问题 顾客流动性大，层次参差不齐，难免有人乱扔烟头或携带易燃易爆物品，对此难以管理 而且很难发现和控制。再次，有的商场内还设置有食品的热加工设备，使火灾危险性进 一步加大。另外，由于商场经营方式的不断调整，场内时常出现一边作业一边营业的现 象，这也是引发火灾的原因之一，河南洛阳东都商厦一次死亡3 0 9 人的特大火灾就是楼 下电焊不慎而引发的火灾。 ( 3 ) 火灾蔓延迅速，燃烧猛烈，对建筑结构破坏力大 商家为了展示商品大都立体布置，四周墙壁和货架上挂满了衣服、帘布、纤维等货 物和装饰品。这类松散悬挂或摆放的可燃物品通风状况良好，失火时火灾蔓延速度快， 燃烧猛烈。 建筑火灾的最佳灭火时期是火灾初期。发生火灾后，如果在初期阶段没有及时发现 火情并控制火势，使火灾进入发展阶段，那么高温烟气和辐射热将会使建筑空间内的温 度迅速上升，并使周围的可燃物受热分解，致使燃烧面积扩大。随后火灾进入猛烈燃烧 阶段，建筑空间内出现高达1 1 0 0 1 2 0 0 。c 的持续高温，此时普通钢筋混凝土构件的承 载力会不断下降，直至造成建筑变形、崩塌破坏l l 。对于大跨度钢结构空间，火灾对结 构的破坏更为突出。未作处理的钢结构，一般在3 0 0 4 0 0 时，其强度开始迅速减弱： 到5 0 0 左右，其强度下降到4 0 5 0 ，钢材的力学性能迅速下降；5 4 2 为钢的临 界温度值，达到或超过这一温度时，必然导致钢结构垮塌 1 5 】。 现代商业建筑内部空间开阔，有跨越楼层的自动扶梯，还可能存在一通到顶的中庭 空间。这些部位与防火分区、防烟分隔处理是矛盾的，如果处理不好，往往留有火灾隐 患。一旦发生火灾，在烟囱效应的作用下，将导致火灾烟气迅猛蔓延到整幢建筑物。以 吉林中百商厦火灾为例，该商厦的空间大，空气对流快，可燃物多，当吉林市消防支队 第一批消防员到达火场时，整个大楼已全部被浓烟笼罩，无法有效进行救援。 ( 4 ) 火灾烟气大，有毒、有害产物多 火灾发烟量与可燃物物理化学特性、燃烧状态和通风条件有关。商场出售的商品中 棉毛纺织品、高分子合成材料、塑料制品、木材、纸张等物质在被点燃后很难充分燃烧， 甚至发生较长时间阴燃，分解出大量c o 、c 0 2 、n o x 、h c n 等气体，还会产生大量碳 黑颗粒；商场装修材料也是以木材和合成材料为主，火灾时也会产生大量烟雾和有毒、 有害气体产物。这些浓重的烟雾使得空间内的能见度急剧下降，妨碍人员对疏散路线的 正确辨认；同时有毒、有害气体会使人员部分或全部丧失疏散能力，对人的生命构成了 极大的威胁。 ( 5 ) 火灾扑救困难 大型商业建筑楼层高，单层面积大，纵深大，再加之可燃物多，功能复杂，火灾时 从外部扑救难度很大，所以我国防火规范要求这类建筑必须设置完善的自动报警、自动 灭火设备，立足于自防自救。但是由于有些商场只重视经济效益，缺乏消防安全意识， 西簧科技大学硕士学位论文 对消防设备疏于管理和维护，致使很多自动消防系统失效。消防队员进驻着火建筑灭火 时，由于受体力和装备的限制，所达到的高度十分有限，再加上火场烟雾浓烈，热辐射 强，有毒有害物质多，消防队员难以接近火源进行有效灭火。火灾时人员疏散方向与消 防员进入火场灭火流向相反，这种矛盾一方面给顾客的安全疏散造成严重影响，另一方 面也影响消防人员进人火场。因此，大型商业建筑的火灾扑救一直是困扰消防人员的一 大难题。 2 2 商业建筑内的人员特性 商业建筑内的人员主要包括顾客和工作人员，所表现出来的主要特性为人员密度 大，构成复杂，流动性大，火灾时人员心理行为复杂。 ( 1 ) 人员密度大 大型商场是重要的公共聚集场所，最大特点就是人员集中，出入频繁，在我国已成 为人员密度最高的公共场所之一，每逢节假日顾客摩肩接踵，情况更加突出。据统计， 某些大型商场平时的人流量约3 万人次，节假日高达6 万人次，如西安人人乐超市， 一般日付款流量达2 万人次，顾客数量估计达到4 万人；深圳沃尔玛山姆会员店，平均 客流量每日3 2 万人，节假日一般可达6 5 万人，最高超过8 万人。一旦发生火灾，如 此多的人员将会给安全疏散带来巨大的挑战，如果管理不善或组织不力，很容易引发群 死群伤的特大事故，国内外这类案例屡见不鲜。 ( 2 ) 人员构成比较复杂 商业建筑的主要功能是商品零售，由于它是服务性的公共建筑，对于进入的顾客没 有什么特殊要求，一般情况下人员可以随意进出商场，所以正常营业期间，商场内男女 老少都有，年龄跨度大，人员层次参差不齐，使得商场内的人员结构复杂。人员结构的 复杂性带来两方面的问题，一方面，顾客当中难免有一些安全意识不高的人，由于乱扔 烟头等不当行为增加了火灾危险性；另一方面，在紧急情况下，商场内的顾客要自行疏 散到安全场所，这种疏散模式对疏散者的行为能力有较高的要求，过于复杂的人员构成 会使得弱势群体的疏散困难。 ( 3 ) 流动性大，疏散路线陌生 商场每日有大量顾客频繁出入，使商场内的顾客不停的更换和流动。顾客进入商场 只是为了购物和娱乐，对于特定的商场来说，他们到来的次数有限，甚至很多人是第一 次，所以对商场的环境往往非常陌生；同时大型商业建筑的楼梯间一般都设在外墙附近 的角落处，顾客平时购物主要使用自动扶梯和电梯，对疏散楼梯的位置不熟悉，而且越 是规模大的商场，其售货柜台的布置越复杂，疏散通道难以做到一目了然。当发生火灾 时，般人们会选择自己熟悉的路线逃生，由于顾客对商场的熟悉程度有限，所以他们 的第一选择往往会沿原路返回，但是为了防止火灾蔓延和扩大，此时，非消防用电将被 2 商业建筑火灾特点及其人员疏散问题 切断，自动扶梯和电梯停运或被防火卷帘分隔，人们只能通过设在商场四周的疏散楼梯 进行疏散。部分商场楼梯位置隐蔽，不易被发现，在较短的时间内又很难找到。如果商 场内没有完善有效的火灾应急广播、应急照明和疏散指示标志对顾客进行疏散引导，必 然造成人员恐慌，出现混乱局面，延长疏散时间。 ( 4 ) 火灾时人员心理行为复杂【l 6 j 当人员处在火场这样特殊的环境中时，在浓烟、火焰、毒气的刺激下，人员的心理 误区会使他们陷入过分的恐怖中，显示出火灾时特有的心理特征，可能导致比火灾本身 更加严重的灾害。虽然害怕和恐怖的程度因人而异，但从心理角度看，这些人群具有下 列特征：回返性。大型商场内的顾客对地理环境不熟，避难路线了解很少，当处于火 灾危险之中时，不能进行冷静的火灾状况判断，通常都是在急于逃生的动机支配下，绝 大多数奔向来时的路线，作逆向返回的逃生。这种循迹返回的特性称之为回返性。回返 性是人们在地理环境生疏的状况下，自然利用的一种特性，因而在火灾逃生中具有普遍 性。趋光性。人们在日常生活中，除了就寝之外，大部分时间生活在明亮的环境下， 对黑暗大都有一种不安的感觉。当突如其来的烟雾遮挡住视线使他们陷入无法照明的黑 暗世界时，人们习惯上都朝着有亮光的方向逃跑。这一特性也在疏散指示标志中得以利 用。恐烟性。恐烟性是人员害怕烟火的本能，即使当时处于安全场所或出口附近，但 若发现前方有火光烟雾，人们也会奔往相反的方向。暂避性。有烟和火时，人们往往 朝着看不见烟和火的方向逃跑。疏散行动变成了只着眼于眼前危险的单纯行动。被烟和 火追得走投无路，没有其他逃生办法时，往往会采取从高处跳下等意想不到的冲动行为。 随众性。在火灾情况下，由于紧张等原因，有些人员不是自己来判断逃生的方向，而 是跟在前面的人或是大多数人的后面，胡乱逃生。 2 3 商业建筑内人员疏散主要面临的问题 商业建筑火灾环境和人员主体特征都不利于疏散的顺利进行，除了火与人的因素 外，人员疏散过程还会遇到很多问题。 ( 1 ) 疏散距离长，路线多变 高层民用建筑设计防火规范中规定：营业厅内任何一点至最近的疏散出口的直 线距离不宜超过3 0 m 。建筑设计中一般在商场的周边设置疏散楼梯，中部最不利地点至 最近楼梯的直线距离往往超过3 0 米，如果在货架之间通行，其折线距离更是大大超过 3 0 米。大型商业建筑的发展必然带来疏散距离超长的问题，而且为了适应经营的需要， 营业厅内的柜台、货架的布置方式不断变化，必然会带来疏散路线多变的问题，这给疏 散路线的确定和疏散指示标志的设置带来了困难。 ( 2 ) 货架林立，阻挡物多，标志不明显，导向性差【1 7 】 从经营的目的来讲商家主要意图是突出商场的卖场功能，故场内布置复杂，形如迷 9 西安科技大学硕士擘位论文 宫。一些大型超市内的钢质货架高且层数多，货架宽度6 8 米，长度在1 0 3 0 米之 间，严重阻碍人们的视线，人员在货架行列中行走时容易迷失方向，难以确认疏散路线， 更难看见安全出口。商场内的疏散标志本来是火灾环境中用于指引人员疏散的发光指示 牌，但是实地调查发现很多商场、超市在吊顶上悬挂大量的广告牌或装饰彩板，颜色和 尺寸都较疏散指示标志更为突出，严重影响视线，妨碍顾客辨认疏散指示标志，使商业 建筑内出现疏散导向性差的特点。 ( 3 ) 人员恐慌，易造成重大伤亡 火灾发生时，由于人员对火与生俱来的恐惧，以及我国居民较少接受消防教育的原 因，人们面对火灾时缺乏应付、摆脱灾变的力量或能力，会感到自己的生命受到严重威 胁，因此会表现的一种焦虑状态，产生恐惧感。这种焦虑和恐惧致使人员心情紧张，逃 生急迫，行为不能自控，失去理性判断和思考，丧失理智，出现跳楼逃生等危险行为。 人员密集的公共场所则可能发生“对撞”和混乱拥挤，延误疏散时机，造成挤倒或踩踏 伤亡，还可能导致疏散通道和安全出口混乱，势必造成疏散通道堵塞，从而加重人员的 伤亡，最终造成群死群伤事故。如1 9 9 3 年2 月河北唐山林西百货大楼发生的火灾，火 灾后在楼梯平台转弯处竟然清理出5 0 余具尸体，全部是在疏散时不能正确选择逃生路 线，相互拥挤，延误疏散时间而被烟熏死的。 ( 4 ) 安全管理不到位，疏散通道不畅通 安全管理是保证消防设备正常运转，保证顾客安全的重要因素。火灾发生后首先要 由工作人员进行确认。在统一指挥之下，训练有素的安全人员要负责引导顾客进行疏散。 但很多大型商业建筑内的管理层和员工层的人员素质参差不齐，消防管理制度不健全， 防火责任制不落实，缺乏针对性的训练，火灾时很难起到应有的作用。 防盗和防火始终都是一对矛盾，有些商家在经营管理上偏重于防盗，对于疏散问题 重视不够。以大型超市为例，它们通常为敞开式经营，为了经营便利，严格规定进出线 路，分别设立进口和出口，出口处设置数个收款台，采用封闭式管理，顾客从进口进入 超市内部后，必须顺序通过收款台交款才能离店，并且在营业期间往往只打开这两个宽 度较大的进出口，其他安全门需要经由安全人员才能打开，更有甚者直接将其它安全门 上锁，不准顾客通行这样的布置形式和管理方法，使得超市的有效疏散宽度大大减小， 人为造成安全出口数量严重不足。 2 4 本章小结 本章对商业建筑的疏散环境和疏散主体进行分析，并针对商场功能特点对疏散过程 的影响做了总结。 ( 1 ) 商业建筑火灾是人员疏散的客观环境，商业建筑火灾特点包括火灾荷载大、起火 因素多、发展迅速、产物对人员生命威胁大、扑救困难，这些特点将直接影响人员的疏 1 0 2 商业建筑火灾特点及其人员疏散问题 散行为。 ( 2 ) 疏散行动的主体是商场内的人员，疏散的目的是保障人员生命安全不受威胁，商 场顾客的人员特性包括人员密度大、构成复杂、流动性大、心理影响因素多，人员特性 也将直接影响到疏散行动的成败。 ( 3 ) 商场功能特点也给疏散带来诸多困难，不利因素包括疏散距离长，路线多变：货 架林立，阻挡物多，标志不明显，导向性差：人员恐慌，易造成重大伤亡；安全管理不 到位，疏散通道不畅通等。 综上所述，商业建筑火灾条件下的人员疏散危险性大，疏散困难，不利于疏散的顺 利完成。 西安科技大学硕士学位论文 3 人员疏散性能化分析方法结构体系及其计算方法 性能化分析方法是根据建筑物的使用功能，确定一系列的安全目标和由目标细化的 性能指标，消防工程师再根据这些确定好的目标和性能指标要求，提出几种备选方案， 运用安全工程学和火灾科学的基本理论，通过一定的量化分析手段对各种方案进行筛选 和优化，经过反复修改和计算，最终确定科学、合理、经济、有效的防火方案。它摆脱 了传统方法的束缚，从而实现消防安全与投资使用的统一【l ”。性能化设计和分析方法在 美国、日本、英国、澳大利亚、新西兰等国家已经开始研究和应用，并且得了一些比较 实用的阶段性成果。我国性能化分析方法还处在理论研究阶段，还未得到广泛的接受和 应用。 性能化设计、分析和评估方法是一个庞大的系统工程，本章主要就与人员生命安全 息息相关的火灾条件下的安全疏散问题进行研究，即在设计、分析、评价等工程过程中， 运用现有的安全工程学手段和火灾发生发展规律，确定性能目标，计算可用的疏散时间 和需要的疏散时间。 3 1 性能化分析方法的特点及其实施原则 3 1 1 性能化分析方法的特点 性能化主要包含性能化防火规范( p e r f o r m a n c e b a s e df i r ep r o t e c t i o nb u i l d i n gc o d e s ) 和性能化防火分析方法( p e r f o r m a n c e b a s e df i r ep r o t e c t i o na n a l y t i c a lm e t h o d s ) ，前者是一 种法规性文件，是实际操作过程需要遵守的法律条文，它与处方式规范( p r e s c r i p t i v e b a s e d f i r ep r o t e c t i o n b u i l d i n g c o d e s ) 是对应的，不同的是性能化规范不像处方式规范那样进行 方方面面的规定，而只是规定了必须达到的目标和性能指标。性能化分析方法则是实现 性能化规范要求的一种建议性的指南。 性能化分析方法是解决与建筑消防安全直接相关的消防设计、工程验收、安全评估 等方面的实际问题而发展起来的与传统的处方式工程方法并列的另一种工程方法，是建 立在火灾科学、安全工程学( 危险源辨识、系统工程、安全评价理论) 、人体工程学、计 算机模拟等学科基础上的应用型方法。该方法在使用上和传统的处方式方法相比存在很 大的不同，涉及内容多