（安全技术及工程专业论文）兴隆大厦火灾事故及安全疏散模拟分析研究.pdf

at h e s i si ns 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 l i i l , lll lll l l lll lli iiil y 18 4 3 2 8 0 a n a l y s i sa n d r e s e a r c ho nf i r ea c c i d e n ta n d s a f e t ye v a c u a t i o ns i m u l a t i o no fx i n g l o n g s h o p p i n g m a l l b y g a oc h e n g f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rc h e n b a o z h i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 r；。 一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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作了明确的说明并表示谢 = 也 恩。 学位论文作者签名：锄，汶1 丑 日期：加万年l 1 目l 洲 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： - - r詹yja - i i 1 ，ob、 t i a 东北大学硕士学位论文 摘要 兴隆大厦火灾事故及安全疏散模拟分析研究 摘要 大型商场由于人员密集、商品丰富、电气设备及线路繁多，因此具有火灾危险性大 且发生火灾事故后人员疏散的难度大等特点，容易造成群死群伤的严重后果，在倡导以 人为本、尊重生命的今天，如何确保大型商场发生火灾时的人员安全疏散就显得尤为重 要。本文在分析国内外大型商场火灾特点的基础上，以盘锦兴隆大厦为例，根据古斯塔 夫建筑物火灾危险度法对火灾场景进行模拟分析计算，建立相关评判模型，最终确定出 那些对于大型商场来说其火灾危险性较大的关键点，并以f d s 软件为操作平台对大型 商场火灾的燃烧、烟气扩散的影响进行深入的数值模拟分析研究，针对大型商场火灾危 险性的特点，给出不同火灾条件下模拟区域的烟气温度、烟气扩散浓度等特征参数的分 布情况，本课题的研究将对火灾情况下人员疏散方案的制定具有重要的指导意义。同时， 本研究采用日本手算法对人员的安全疏散时间进行估算，以确定火灾场景下是否能够保 证人员的安全疏散，并就盘锦兴隆大厦在安全疏散过程中存在的问题提出科学合理的意 见和建议。 关键词：大型商场；火灾危险性：古斯塔夫；f d s ；模拟；安全疏散 i i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a n a l y s i sa n d r e s e a r c ho nf i r ea c c i d e n ta n d s a f e t ye v a c u a t i o ns i m u l a t i o no f x i n g l o n g s h o p p i n g m a l l a b s t r a c t s h o p p i n gm a l lh a sm o r ep r o b a b i l i t y t o g e tf i r e a c c i d e n t , a n dp e o p l eh a v e m o r e d i f f i c u l t i e st oe s c a p ef r o mt h ed a n g e r - p l a c ei nt i m ew h e nt h ef i r e - a c c i d e n th a p p e nf o rt h e f a c t o rt h a tt h e r ea r es om a n yp e o p l e ，p l e n t i f u lg o o d sa sw e l la sv a r i o u se l e c t r i ce q u i p m e n ta n d l i n ei nt h em a l l t h e s ed i s a d v a n t a g e sw i l ll e a dt os e r i o u sc a s u a l t y s oi ti si m p o r t a n tt oe n s u r e p e o p l ee v a c u a t ef r o mt h es h o p p i n gm a l lq u i c k l yw h e nt h ef n eh a p p e n i n g ，e s p e c i a l l yi nt h e c l a y st h a tt h ew h o l es o c i e t ya d v o c a t et h ei d e at h a tt a k i n gp e r s o na sc a p i t a l ，s a f e t yi st h et o p p r i o r i t y t a k et h em a n s i o no fx i n g l o n gi np a n j i nf o re x a m p l e w eu s et h em e t h o do f d a n g e r d e g r e eo fb u i l d i n gf i r ew h i c hw a sc r e a t e db yg u s t a ft os i m u l a t ea n dc a l c u l a t e 也ef n e s c e n e e s t a b l i s h i n gr e l a t e de v a l u a t em o d e la tt h eb a s i co ft h ea n a l y s i so fs h o p p i n gm a l l ，sf i r e a c c i d e n t a n df i n a l l ym a k es u r et l l em o s td a n g e r o u sp a r ti nt h i st h e s i s w es i m u l a t ea n d a n a l y z et h ee f f e c to ff i r eb u r n i n ga n ds m o k ed i f f u s ed e 印l yw i t ht h es 0 1 a r ec a l l e df d sf o r s h o r ta n dt h ep a r a m e t e ro fs m o k et e m p e r a t u r ea n ds m o k ed i f f u s i n gd e e p n e s s sd i s t r i b u t i n gi n d i f f e r e n ts i t u a t i o n a tt h es a m et i m e 。w eu s ej a p o n i cc a l c u l a t i o nt oe v a l u a t et h et i m et h a t p e o p l ee s c a p ef r o mt h em a l ls oa st om a k es u r ew h e t h e rp e o p l ec o u l de s c a p ef r o mf u es c e n e ， a n da d v i s es c i e n t i f i ca n dr a t i o n a ls u g g e s t i o nt os o l v et h ep r o b l e mi nt h ec o u r s eo f e s c a p i n g k e y w o r d s ：l a r g ec o m m e r c i a lb u i l d i n g ，f i r er i s k ；g u s t a f ；f d s ；s i m u l a t e ；s a f e t ye v a c u a t e - 人 ，一 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i i a b s t r a c t 第1 章绪论1 1 1 研究背景。1 1 2 火灾危险性研究的国内外现状1 1 3 研究的必要性。2 1 4 研究的可行性3 1 5 课题的研究内容4 第2 章兴隆大厦简介及火灾危险性分析5 2 1 盘锦兴隆大厦简介5 2 1 1 盘锦兴隆大厦概述5 2 2 兴隆大厦建筑基本情况5 2 3 兴隆大厦火灾危险性分析6 2 3 1 兴隆大厦的特点：6 2 3 2 兴隆大厦的火灾特点8 2 3 3 商场火灾危险性分析小结9 第3 章火灾危险性关键部位的辨识1 1 3 1 辨识研究中因素集的建立1 l 3 1 1 因素集建立原则1 1 3 1 2 因素集建立的依据1 2 3 1 3 因素集的建立1 5 3 2 火灾危险性关键部位的辨识1 5 3 2 1 火灾场景1 5 3 2 2 古斯塔夫火灾危险度法18 3 2 3 大型商场火灾危险度分析1 8 v ，k， 东北大学硕士学位论文 目录 3 2 4 大型商场火灾危险性关键部位辨识模型2 0 第4 章兴隆大厦火灾模拟分析2 2 4 1 模拟分析方法简介2 2 4 2 模拟分析对象的选择2 3 4 3 兴隆大厦八层火灾场景模拟2 4 4 3 1 关键点的确定2 4 4 3 2 模拟方案及各项参数的设定2 4 4 3 3 兴隆大厦八层火灾场景模拟图片2 5 4 3 4 兴隆大厦八层火灾变化过程分析3 6 4 4 火灾模拟分析结论及建议3 8 4 4 1 模拟分析结论3 8 4 4 2 建议3 8 第5 章兴隆大厦安全疏散评估3 9 5 1 安全疏散评估方法简介3 9 5 2 火灾发展与人员安全疏散的时间线4 0 5 3 有效安全疏散时间4 0 5 3 1 火灾对人构成危险的判定条件4 0 5 3 2 人员察觉起火的时刻4 1 5 3 3 人员疏散所需时间4 2 5 4 兴隆大厦疏散时间估算4 2 5 4 1 兴隆大厦八楼小吃城疏散时间估算图象4 3 5 4 2 兴隆大厦八楼小吃城疏散时间估算分析4 6 5 5 商场疏散时间评估结论4 7 5 6 商场疏散楼梯评估4 8 第6 章结论5 0 附录a 参数表51 参考文献5 3 致谢j 5 5 - v i d 大 -i、 毒 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着我国经济建设的迅速发展，我国的商场也发生了许多新的变化，已经由过去单 一的、小规模的商店，发展为形式多样、功能复杂的商业群体。集购物、休闲、娱乐为 一体的“s h o p p i n gm a l l ”、高层综合大厦、大型超市、大型地下商场正在不断的涌现。这 种功能多样、装饰豪华的大型商场的出现，在吸引着大量各阶层的顾客、繁荣我国市场 经济的同时，也给人们带来了巨大的安全隐患。近年来，国内外商场、大型超市相继发生 多起特大火灾事故，给世人留下了及其深刻的教i j i i 。 国外的群死群伤商场火灾事故，如2 0 0 4 年8 月1 日，巴拉圭首都亚松森北郊的一家大型 超市发生的特大火灾，造成5 0 4 人死亡，5 1 2 人受伤【l 】；1 9 9 9 年i o y 3 0 日，韩国西部的仁 川市一栋购物商场发生的特大火灾，造成5 7 人死亡，7 1 人受伤【2 】。国内的群死群伤商场 火灾事故，如1 9 9 3 年2 月1 4 e t ，唐山林西百货大楼火灾，烧死8 0 人，烧伤5 4 人，直接财产 损失4 0 0 余万元【3 】；1 9 9 9 年1 月1 0 日，四川省达j i l 市通州百货商场发生特大火灾，造成1 0 人死亡、2 0 人受伤( 重伤5 人) ，受灾7 2 户，烧毁建筑1 3 7 6 0 m 2 ，直接财产损失3 1 6 3 1 万 元【4 】；2 0 0 0 年1 2 月2 5 日的河南洛阳东都商厦火灾，造成3 0 9 人死亡【5 】；2 0 0 4 年2 月1 5 日， 吉林市中百商厦火灾，造成5 4 人死亡、7 0 人受伤的惨重后果【6 j 。 通过对国内外商场火灾的统计分析，我们可以看出，凡造成重大人员伤亡的火灾， 其中一个重要的原因就是火灾状况下的安全疏散不利，人员不能及时疏散到安全避难区 域造成的。如果能够了解商场火灾的变化特点，做好火灾时的安全疏散，保证建筑物内 人员和物资安全疏散，就可以有效地减少火灾所造成的人员伤亡和财产损失。因此，做 好火灾危险性评估及安全疏散工作不仅成为大型商场保障安全的迫切需要，而且已经成 为构造和谐社会的当务之急。 1 2 火灾危险性研究的国内外现状 国外关于火灾危险性评价和辨识方法的研究主要是从2 0 世纪7 0 年代以一些发达国 家开始系统研究性能化防火设计为背景开始的。自上个世纪8 0 年代，世界上许多国家， 特别是一些经济发达的国家的商场出现了许多超高、超大、设计新颖的建筑，而这些建 筑中的防火设计用现行的设计规范无法解决，解决这些规范不能满足建筑的防火设计只 能依靠性能化防火设计方法，具体地讲就是通过运用火灾安全科学的原理和方法，根据 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，对建筑的火灾危险性和危害性进 行定量的预测和评价，从而得出合理的防火设计方案，为建筑物提供可靠的消防保护。 我国关于火灾危险性的评价比发达国家起步较晚，虽然在和国外相关机构的不断交 流中有所完善和进步，但还很不成熟，尤其在对大型商场类的火灾危险性评价和辨识上， 我们所作的工作少之又少，在很多的研究工作中，我们将大多的精力只是投放在了综合 地评价建筑物整体的火灾危险性或者是某种火灾情形下损失大小等工作方面，却没有更 深入地去做好这种综合评价的基础性工作，这也是本课题进行研究的旨意所在。 1 9 8 6 年，公安部天津消防科学研究所编写了火灾模化方法的发展译文集，比较 全面地介绍了国际上几种有影响的火灾计算机程序，并对美国n i s t 的f a s t 程序在我 国的应用进行了探讨，开始介绍国外火灾模拟的相关方法和进展 7 1 。1 9 8 7 1 9 9 3 年在中 国科技大学火灾科学国家重点实验室连续召开了多次火灾科学与消防技术的国际( 或多 边) 研讨会，大大推进了国内关于火灾过程计算模拟和火灾危险评估方面的研究e s 。 总的来说，目前的火灾危险性评价和辨识方法中有很多也有很大的利用价值，但从 总体来看，对于大型商场火灾事故的研究还不十分完善，这不仅在一定程度上制约着我 们火灾危险性辨识研究的发展；另一方面，对于我们大型商场的防火管理也缺少很大的 适应性。这种弊端对于我们大型商场的防火减灾的管理工作带有很大的模糊性和不明确 性。 1 3 研究的必要性 大型商场在给我们带来购物、娱乐、休闲方便的同时，火灾的危险性也在不断的加 大。如近年来，许多的商场由于各种方面的因素，导致商场火灾不断的发生，不仅对我 们的社会造成巨大的经济损失，而且造成大量的人员伤亡，对于商场自身而言还会造成 不良的社会影响。表2 1 为我国近十五年来一些大型综合性商场发生火灾的案例统计情 况。 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己越来越引起人们的 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、建 筑设计防火规范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 一2 东北大学硕士学位论文 第1 幸绪论 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，针对人群疏散行为的研究也具有重大的现实意义。 表2 1 大型商场火灾事故统计 t a b l e2 1s t a t i s t i c so ff i r ea c c i d e n ti ns h o p p i n gm a l l 1 4 研究的可行性 对于大型商场而言，其发生火灾的部位很多，但每个部位发生火灾的概率又有一定 的差异，有的部位发生火灾的概率就比较大，而有的部位发生火灾的概率就比较小；除 此，它们发生火灾后所造成的损失也会有很大的差别。本课题通过对大型商场关键部位 进行火灾模拟分析研究，最终寻求降低大型商场火灾时危险性危害的有效途径。 在大型商场火灾事件中，浓烟与高温是造成人员死伤与财产损失的两个最主要的因 素。高温除了使人直接受到伤害外，也使更多被加热可燃材料产生焦化或汽化，并保持 持续燃烧，从而造成火焰向外蔓延，产生更多的烟；许多火灾研究报告指出，大多数在 火灾事件中伤亡的人，是被浓烟呛死而不是被火烧死，这是因为浓烟会造成人的视觉障 碍，导致逃生更加困难。更可怕的是烟中所含的毒性气体会造成人体机能丧失甚至丧命， 所以如何控制火场中的高温与烟气流动是大型商场防火设计中人身安全的重要目标。 - 3 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 为降低火灾危害的危险性，必先明确大型商场的火灾危险性，再以火灾仿真技术模 拟火场的形成、发展等过程，并量化其结果，以确定其危险性等级，通过仿真过程中所 获得的信息，拟定降低火灾危险性的方法以及一旦火灾事故发生时紧急应变程序，才能 在事故发生前、发生过程中及发生后全面性考虑降低损失的方式，达到危险性控制的目 的。 本课题通过现场考察及危险性分析，明确大型商场及其火灾发生的特点，设定大型 商场的各种火灾场景，在此基础上针对各种火灾场景下所要考虑的因素进行定性和定量 的分析，并引入古斯塔夫的建筑物火灾危险度法及古斯塔夫火灾危险度分区模型进行判 定，最终确定出大型商场中存在火灾危险性的关键部位，并以此关键部位为例分析火灾 发生时烟气的蔓延趋势及火场温度的变化趋势，并根据火灾发展与人员安全疏散的时间 线确定人员安全疏散的有效时间，从而为商场安全疏散计划的制定提供科学依据。 1 5 课题的研究内容 本课题以盘锦兴隆大厦为例进行研究，研究内容主要如下： ( 1 ) 分析辨识大型商场的火灾危险性及火灾特点。 ( 2 ) 利用古斯塔夫的建筑物火灾危险度法进行判定，确定出大型商场中存在火灾危 险性的关键部位。 ( 3 ) 采用f d s 法对火灾时的燃烧、烟气扩散的影响进行数值模拟研究，确定不同 火灾条件下模拟区域的烟气温度、烟气扩散浓度等特征参数的分布情况。 ( 4 ) 根据火灾发展与人员安全疏散的时间线确定人员安全疏散的有效时间。 4 东北大学硕士学位论文第2 章兴隆大厦简介及火灾危险性分析 第2 章兴隆大厦简介及火灾危险陛分析 2 1 盘锦兴隆大厦简介 2 1 1 盘锦兴隆大厦概述 辽宁省盘锦市地处渤海之滨、辽河三角洲的中心地带，是辽宁省西部沿海的一座新 兴石油化工城市。盘锦市西、北邻锦州，东界鞍山，南临渤海辽东湾。人口1 2 0 8 万， 面积4 0 7 1 平方公里，辖双台子、兴隆台区和盘山、大洼县。 兴隆大厦坐落在兴隆台区中兴路，是一座以购物、餐饮、休闲于一体的综合性大型 商场。大厦分为新楼、旧楼两部分，新楼部分高9 层，旧楼部分高6 层，兴隆大厦建筑 面积共有4 万m 2 。新旧两楼以无间隔连通形式经营，但楼体结构、建筑年限等均不同， 其危险性也不同。大厦一层至七层经营服装、鞋帽、食品、家电及各种日用百货，八层 为餐饮中心，九层为大厦管理机构。 兴隆大厦南侧为润达购物广场，其中间道路两侧为停车场，面积为8 0 0m 2 ，停车位 为4 4 个；大厦西侧毗邻鼎信大厦，之间宽度为6 m ；北侧为兴隆大街，台阶上停车场面 积为1 0 0 0m 2 ，停车位5 0 个；大厦东侧为步行街，靠近大厦一侧可停放车辆，但现在作 为步行街，其南北两端已用铁链封锁，车辆无法进入，没有作为停车场使用。 平时每天到兴隆大厦的顾客约为1 0 0 0 0 人，节假日的客流量为2 0 0 0 0 人，客流高峰 时间出现在1 0 ：3 0 时 - - 11 ：3 0 时和下午3 ：0 0 时 - 4 ：0 0 时及晚上7 ：0 0 时左右。商场内人员 数量在节假日可达5 0 0 0 人以上，每天到兴隆商场的车辆流动数量约为3 0 0 余辆。 商业街各种商业演出活动主要在商业街步行街上举行。兴隆商场内不举办任何商业 演出类活动。 2 2 兴隆大厦建筑基本情况 兴隆大厦分为新楼、旧楼两部分，新楼为地上9 层，地下一层，旧楼共6 层，新旧 两楼以无间隔连通形式经营。1 - 6 层每层面积约为4 0 0 0 m 2 ，7 9 层每层面积约为 2 0 0 0 m 2 ，地下层约为1 2 0 0 m 2 。大厦建筑高度4 2 m ，为一类高层民用建筑，钢筋砼框架 结构。 大厦一楼共有五个出口，分别位于南侧( 1 个) 、东侧( 3 个) 和北侧( 1 个) 。大 厦一层至五层每层共有5 个疏散楼梯，六层4 个疏散楼梯，7 - - 9 层每层3 个疏散楼梯。 - 5 东北大学硕士学位论文 第2 章兴隆大厦简介及火灾危险性分析 大厦共有4 部电梯，其中2 部货梯、1 部消防电梯、l 部普通电梯，一楼至六楼还设有 人行扶梯。 图2 1 兴隆大厦南侧外观图 f i g 2 1 t h es o u t hf i g u r ea p p e a r a n c eo f x i n g l o n gs h o p p i n gm a l l 2 3 兴隆大厦火灾危险性分析 2 3 1 兴隆大厦的特点 大型商场火灾事故之所以能够造成严重的后果，是和大型商场的特点直接相关的。 大型商场无论是单层还是高层，经营的商品种类如何，由于其自身的经营需要，大型商 场的火灾危险性都存在以下一大三多二难的特点【9 1 。兴隆大厦作为盘锦市第一大综合性 商场也不例外。 ( 1 ) 建筑面积大 兴隆大厦的营业建筑面积大，1 - - - 6 层每层面积约为4 0 0 0 m 2 ，7 - - 9 层每层面积约为 2 0 0 0 m 2 ，地下层约为1 2 0 0 m 2 。总建筑面积已经达到3 万多，这些就要求对大厦采取有 效的防火分隔。此外，大厦内为了方便顾客和提升商场档次，均安装有自动扶梯等等垂 _ 6 东北大学硕士学位论文笫2 章兴隆大厦简介及火灾危险性分析 直交通工具，这就都进一步加大了进行防火分隔的难度。一旦发生火灾事故，就可能会 很快蔓延到整个商场。 ( 2 ) 可燃物多 兴隆大厦内经营的商品大部分是可燃物品，如服装鞋帽、纺织品、工艺美术品等， 些商品即使是不燃材料制成，但其包装箱、盒却都是可燃物品，更有一些商品属于易 燃易爆化学危险物品，如指甲油、摩丝、酒精、赛璐珞制品等。为了商品周转快和便利 销售，还存在前店后库、前柜后库的现象，整个商场储存了大量的商品。此外，商场的 装修材料、柜台、货架等也常采用可燃材料，因此整个商场都充满了可燃物，其火灾荷 载要大于其它民用建筑和工厂，几乎接近仓库。 ( 3 ) 电气设备多 兴隆大厦内很少采用自然光采光，越来越多依赖于人工照明，因此商场均安装有数 量巨大的荧光照明灯具。为了提高商场的装修档次，商场还采用满天星式深罩灯、各种 射灯等装饰灯具，有些装饰灯具表面温度还很高，足以引燃可燃物。为了增加户外广告 数量，丰富建筑物的外立面，尤其是夜间照明的情况，商场均安装了大量霓虹灯和灯箱 广告，有的还安装了操纵活动广告的电动机。另外，商场经营照明器材和家用电器的地 方，为了测试需要，装有一批临时供电插座；在节假日，商场内外还要临时安装各种彩 灯，增添节日气氛。所以，商场具有电气设备多、品种繁和线路错综复杂的特点；此外 还有使用时间长的特点，一天一般在1 2 h 以上。如果设计、安装和使用稍有不慎，极易 引发火灾事故。 ( 4 ) 人员多 兴隆大厦作为盘锦市第一大综合性商场，也是一个重要的公共聚集场所，其一个主 要特点就是人员多，每天进出的人员非常多。特别是在一些节假日等特殊日子里，商家 开展各种各样的促销活动，商场里更是顾客云集，摩肩接踵，很难想像在人员流动如此 集中的情况下，一旦发生火灾事故会发生什么样的后果。 ( 5 ) 人员疏散难 兴隆大厦作为大型商场，其人员疏散难，上面提到的人员多是其中一个重要的因素。 此外，商场往往采用自动扶梯作为人员的垂直交通工具，而安全疏散楼梯都在商场的四 周，不十分显眼，平时很少有顾客使用。一旦发生火灾事故，由于人员在火灾条件下向 经常使用的出入口楼梯避难的心理状态和行为特点，顾客就会蜂涌至自动扶梯处。而为 了阻挡烟气和防止火势蔓延，自动扶梯四周的防火卷帘将会自动降下，再加上人员对火 灾烟气的恐惧心理，在缺乏消防安全培训的情况下，疏散人员将很难通过疏散指示标志 - 7 - 东北大学硕士擘住论文第2 章兴隆大厦简介及火灾危险性分析 来寻找安全出口。疏散人员在恐惧和随从的心理作用下，极易形成疏散混乱，造成人员 疏散困难。由于商场消防安全管理不到位，一些商场在经营期间，常会出现堵塞消防通 道，安全出口门的情况，这些都进一步加大了人员疏散难度。 ( 6 ) 火灾扑救难 兴隆大厦由于自身空间大，采用可靠性并不是很高的防火卷帘来进行防火分隔，而 不是如其它建筑物采用的防火墙，一旦发生火灾事故，火势就可能通过自动扶梯、中央 空调风管等设施在水平和垂直方向快速传播，在很短的时间内形成大面积、立体火灾， 造成火灾扑救困难。由于商场的火灾荷载大，商场的火场温度将非常高，建筑物发生倒 塌的危险将大大增加，不利于消防部队开展扑救，同时需要更多的消防用水冷却火场温 度和堵截火热蔓延。此外，商场由于人员疏散困难，在消防部队开展火灾扑救之前或同 时，还必须组织力量营救被困人员，这就进一步加大了火灾扑救难度。 2 3 2 兴隆大厦的火灾特点 2 3 2 1 火灾的蔓延途径 火灾在商场中的发展过程可分为三个阶段：火灾初期阶段、火灾猛烈燃烧阶段、衰 减熄灭阶段。在着火的生产建筑物内，火由起火点转移到其他部位的过程，其主要是要 靠可燃构件的直接燃烧、热的传导、热辐射与热的对流来完成。 火势向外蔓延的途径主要有以下几方面【1 0 】： ( 1 ) 外墙窗口：火通过外墙窗口向外蔓延的途径，火势由室内经底层窗口穿出， 向上由上层窗口串到上层室内，这样逐层向上蔓延，会使整个建筑物起火。 ( 2 ) 内墙门：在起火房间内，当门离起火点较近时，燃烧以热辐射的形式使门受 热，门表面温度升高而发火燃烧，最后将门烧穿，火从门内串到走廊。 ( 3 ) 防火墙：当墙不具防火性时，火很容易将墙烧毁而串到墙的另一面。 ( 4 ) 楼板：由于热气向上的特性，火会由楼板、楼梯口、电梯井等向上蔓延。 ( 5 ) 管道间：在无防火封堵的电缆、通讯的管道间内起火、燃烧，不易被发现并 往往是难以扑救的。 2 3 2 2 商场火灾的特点 由于商场建筑的特点，决定了商场具有如下的火灾特性【l l 】： ( 1 ) 火势猛烈，蔓延迅速，易形成大面积立体燃烧。 楼层起火后，向水平方向迅速蔓延，由于货物、货架立体堆积，吊挂物品、吊顶形 成立体组合、火势迅速扩大形成立体燃烧，并上下波及。高处起火物落下又形成新的燃 8 东北大学硕士学位论文 第2 章兴隆大厦简介及火灾危险性分析 烧点。在热对流、热辐射的作用下，起火层会很快出现全面燃烧。由于起火后火场热量 不易散出，火场温度可达到1 0 0 0 左右，火势蔓延迅速，呈立体燃烧。另外由于市场空 间高，面积大，可燃物多，摊位相连，建筑物密度大，一旦突破外壳，火焰外窜，加之 建筑毗连，通过火焰的直接传递和强烈的热辐射，极易形成“火烧连营”之势。 ( 2 ) 烟雾浓，毒气重。大型商品集贸市场的品种繁多，大量的棉、毛、化纤织物、橡 胶制品、塑料制品及高分子内装修材料等起火后，不仅产生大量烟雾使能见度降低而且 析出大量有毒气体，强烈的热辐射给强攻、内攻的灭火人员带来极大的困难和疏散不利。 ( 3 ) 疏散人员困难，扑救难度大。首先由于市场内的人员密集，又来自四面八方，互 不相识，妇孺很多，若在营业时间起火，初起火灾一旦失控，人员易惊慌混乱，出入口 少，通道狭窄易出现拥挤踩伤致死事故。其次棉毛、化纤织物、泡沫塑料等商品起火， 产生大量的有毒气体，使疏散人员在短时间内中毒窒息，无法逃生。被大火吞噬。再次 大型商品集贸市场一般没有专设的疏散楼梯，起火后内楼梯通常是主要疏散通道，但也 是火势向上蔓延的通道，特别是封闭式楼梯，起火后就象“拔火筒”一样，疏散人员若通 过这一充满高温烟气的通道，很容易就在楼梯处窒息。当没有其它通道可走，在求生欲 望和人们“集群”行为支使下，强行突破结果造成大批人员拥挤在楼梯间窒息死亡。 ( 4 ) 能见度低。市场多为内采光，起火后浓烟充斥能见度低，甚至着火后停电，厅内 一片黑暗，再加上摊位布局密集，通道窄，障碍多，疏散困难。 ( 5 ) 高温闷烧：商场为密闭式建筑物，内部发生火灾所产生的热能不易扩散到室外， 因此会形成高温高热的闷烧现象，当外界空气引入室内时会瞬间引起猛烈燃烧，造成更 大的火势。 ( 6 ) 商场内部布置较复杂：商场内部平面布置较复杂，当发生火灾时易使电力系统遭 受毁坏，建筑物内无照明，易导致人员相互推挤，造成逃生的困难。由于商场建筑物较 大，消防车难于有效救火，造成抢救困难。 2 3 3 商场火灾危险性分析小结 火灾烟气毒性、缺氧使人窒息以及辐射热是致人伤亡的主要因素。其中烟气毒性是 火灾中影响人员安全疏散和造成人员死亡的最主要因素。人员在c o 浓度为4 1 0 。3 m g m 3 浓度下暴露3 0 r a i n 会致死。缺氧窒息和辐射热也是致人死亡的主要因素，空气中氧气的 正常值为2 1 ，当氧气含量降低到1 2 1 5 时，便会造成呼吸急促、头痛、眩晕和困 乏，当氧气含量低到6 - - - 8 时，便会使人虚脱甚至死亡；此外，人体在短时间内可承受 的辐射热最大为2 5 k w m 2 ( 烟气层温度约为2 0 0 ) 。 - 9 东北大学硕士学位论文 第2 幸兴隆大厦简介及火灾危险性分析 分析各商场火灾案例，我们可以明显地看出，大多数商场火灾如河南郑州天然大厦 火灾、佳木斯华联大厦火灾、河南洛阳东都大厦火灾、三亚阳光购物城火灾基本上是由 于用电原因所引起的，这对于做好整个商场火灾危险性分析工作都有一种明确的指导作 用。 从具体的商场火灾案例中我们也可以分析得出：商场发生火灾主要原因在于对火灾 事故隐患的管理不够系统，也不够深入，没有认识到火灾事故所造成后果的严重程度， 商场整体的防火安全责任没能够很好地落到实处，商场管理者对商场本身的消防安全状 态没有清醒和明确的认识，没有获取到不安全的火灾因素动态活动规律。 由于兴隆大厦经营的商品中有不少可燃物品，商场中的电气设备及有关电路的故 障，顾客或有关人员带来的火源、雷击、爆炸、人为纵火等都可能引起火灾事故，与其 他类型的事故相比，火灾事故同样会因疏散不力造成群死群伤的恶性事故，而且发生火 灾时，产生大量的浓烟、毒气容易使被困人员视线不清，很快出现中毒、神志不清的现 象；燃烧产生的高温、热气流使人难以忍受，极易出现惊慌失措，在惊恐中争相逃命， 互相拥挤，必然对人的疏散速度产生很大的影响，更增加了中毒、窒息伤亡的可能性。 与其他突发事件比较，给人群的安全疏散带来更大的难度，而且一旦单体商业建筑发生 火灾，对相邻建筑带来的影响最为显著也会因布局等的不同带来不同程度的损失后果。 因此，我们可以得出这样一个结论，即相对于其它类型的恶性事故，商场火灾事故发生 的可能性及严重性都较大，正是基于此，本文把对兴隆大厦的安全相关影响分析和评估 都建立在火灾事故的基础之上。 1 0 北大学硕士学位论文第3 章火灾危险性关键部位的辨识 第3 章火灾危险性关键部位的辨识 在对兴隆大厦的火灾危险性进行模拟研究之前，我们首先要辨识出火灾危险性的关 键部位，那么这些关键部位的确定将会受到哪些因素的制约和影响，这就涉及到辨识研 究火灾危险性的关键部位的因素集的问题 1 2 1 。 3 1 辨识研究中因素集的建立 大型商场作为一个特殊的大型公共场所，其火灾危险性关键部位辨识研究中因素集 的建立是一个集多因素、多层次的复杂的过程。构成该因素集内的元素众多，元素与元 素之间又相互关联。因此，建立科学、合理的因素集对于大型商场火灾危险性关键部位 的辨识研究意义重大，具体地讲，就是选取哪些因素来进行描述商场的火灾危险性，这 关系到辨识结果能否真实地反映大型商场火灾危险性的实际特点，能否给大型商场重点 部位进行计算机火灾模拟以及其安全疏散提供科学、合理的依据和信息。 3 1 1 因素集建立原则 建立一套科学、合理的因素集是一个相当复杂的课题，其不但与我们辨识研究的目 标有直接的关系，还与我们所掌握的专业知识和理论认识水平存在着间接的关系。其选 取科学与否，直接会影响到我们辨识结果的科学性和合理性。选取的因素并非越多越好， 否则可能会有重复的因素存在，这对于我们的辨识过程将会带来一定的干扰和冗余；选 取的因素过少，我们的辨识过程也会变得简单化，相应地，辨识结果则很难达到我们的 研究目的，也就是说可能会影响到辨识结果的科学性、合理性。鉴于此，本文在进行因 素集的建立上，遵循了以下的原则： - ( 1 ) 客观性原则 在大型商场火灾危险性关键部位辨识研究中因素集建立的目的，是能够对大型商场 一 本身的火灾危险性水平有一个客观的反映和描述。这就要求我们在建立因素集时，要本 着客观性的原则，正确地认识大型商场火灾特征，掌握火灾蔓延情况和烟气运移情况等， 客观地分析人员疏散和火灾扑救能力，为我们的辨识研究过程提供科学合理的依据。 ( 2 ) 科学性原则 科学性原则要求我们在进行科学研究时要正确地掌握事物发展的规律，以它作为我 们研究的理论依据。对于大型商场火灾危险性辨识研究因素集的建立，我们也应该坚持 东北大学硕士学位论文笫3 章火灾危险性关键部位的辨识 科学性的原则，正确地运用火灾燃烧理论及相关理论，不能盲目的、没有科学依据地进 行建立。 ( 3 ) 可行性原则 所谓可行性，也就是因素集的可操作性，就是要使我们因素集中所有因素使用的数 据均可从现有的资料数据中获得。只有坚持可行性原则，才能保证我们建立因素集的顺 利进行。这就要求我们在设计因素集内部元素时，要概念明确、定义清楚，具有代表性， 尽可能利用现有统计资料采集数据、收集信息。 ( 4 ) 相对独立性原则 有些因素可能与别的因素之间存在着一定的联系，比如可燃物性质和烟气的毒害 性，这两者就存在一定的相关性( 塑料、橡胶等燃烧时就容易产生有毒有害气体，而有 些清洁型可燃物燃烧时就则不会产生较多有毒有害气体) 。从这个层面上讲，在我们进 行因素集内元素确定时，就应该充分考虑各元素之间的关系，科学地分析具体的研究对 象，尽量避免相互不独立元素的存在，保证在因素集内各因素之间必须各自独立，元素 间不能相互重叠和包含，不能存在因果关系，不能从某一元素导出另一元素。只有坚持 这一原则，才能保证我们所建立因素集以及辨识结果的科学性和合理性。 总之，因素集的建立应根据具体的研究对象和研究内容来进行，不能一概而论。因 素集的设置，应从实际出发，筛选出符合具体情况的需要的因素，再把该因素返回到研 究工作中接受检验，不断完善。 3 1 2 因素集建立的依据 因素集的建立要以科学合理的理论知识作为依据。针对大型商场火灾的显著特点， 即“一大三多两难”。在建立辨识研究中需要的因素集时，我们要以火势发展特性和烟气 的生成和流动规律，以及商场火灾的严重危害性( 包括严重的人员伤亡和财产损失) 为 依据来进行建立。 ( 1 ) 火势发展特性 在火灾动力学基础中，我们研究了火灾发展的基本过程，整个火灾过程大体上可分 为初期增长、充分燃烧和减弱三个阶段。一般地用着火区温度随时间的变化来描述上述 这三个阶段。现具体地以室内火灾的火势发展特性图来加以简单描述，见图3 1 。 从图示曲线可以看出，当火灾进入轰燃阶段时，其火灾扑救工作便很难进行，一般 在火灾进入该阶段时，人员应该全部疏散完毕。在发生火灾时，大型商场建筑结构复杂 以及人员密度大的特点，会对人员的安全疏散产生很大的影响，也很容易使火灾发展到 1 2 东北大学硕士学位论文第3 章火灾危险性关键部位的辨识 轰燃阶段。尤其是商场内散放和悬挂着的衣物等织品，则更容易将火势扩大，所以在进 行火灾场景设置时要将他们考虑在内。 时间 图3 1 室内火灾火势发展特征 f i g 3 1 f e a t u r eo fi n d o o rf i r ed e v e l o p m e n t 鉴于火灾发展特性曲线的研究，我们在建立火灾场景下因素集的时候必须要考虑到 可燃物荷载和可燃物燃烧性能的子准则层因素。 ( 2 ) 烟气的生成和流动规律 几乎在所有的火灾中都会产生大量的烟气。其是多种物质的混合物，主要包括： 燃烧产生的气相物质，如水蒸汽、c 0 2 、c o 、多种低分子的碳氢化合物及少量的硫化物、 氯化物、氰化物等； 在流动过程中卷吸进入的空气； 多种微小的固体颗粒和液滴。 燃烧条件不同，上述各组分的组成比例也存在较大差别。其中大量颗粒物的存在会 使得烟气具有很强的遮光性，这种性质可严重降低火场中的能见度，从而对人员的疏散 和灭火行动都会产生很大的影响，相应地会延长疏散时间。作为刚生成的燃烧产物，火 灾烟气还具有相当高的温度，这也会对人员和物品造成伤害。烟气中还含有多种有毒组 分，这是直接威胁人们生命安全的主要因素。 调查表明，在火灾中，8 5 以上的死亡者是由于烟气影响造成的，约有一半是由c o 中毒引起的，另外一半则是由直接烧伤、爆炸压力创伤以及吸入其他有毒气体引起的。 在火灾遇难者的血液中经常会发现含有羰基血红蛋白，这就是受c o 影响的结果。 因此在建立辨识研究中需要的因素集时，我们需要对火灾烟气的生成和流动规律进 1 3 - 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