购物中心典型火灾场景的实验研究论文.pdf

2 0 1 3年 6月 第 2 9卷第 6期 武警学院学报 j o u r n a l o f c h i n e s e p e o p l e s a r me d p o uc e f o r c e a c a d e my j u n 2 0 l 3 v0 l 2 9 no 6 购物 中心典型火灾场景 的实验研究 姜立平 杭州市消防支队 浙江 杭州3 1 1 4 0 0 摘要 首先对天津等北方4个城市的典型购物中心商铺进行了火灾荷载调查 分析其 中服装类商铺的调查数据 并 基于均值 火灾荷载密度 3 3 7 m j m 制定 了燃料 包 进行 了 i s o 9 7 0 5 标 准房 间火的实验 结果表 明购物 中心类典 型 服装店场景在大尺寸实验的条件下 热释放速率的峰值达到 1 mw左右 平均热释放速率为 1 9 1 k w 火灾增长率是处 于 中速火和快速火之 间 并且偏 向于快速 火 关键词 火灾场景 火灾荷载 热释放速 率 中图分类号 1 3 6 3 1 6 文献标志码 a 文章编号 1 0 0 8 2 0 7 7 2 0 1 3 0 6 0 0 2 0 0 3 0引言 随着国内经济持续快速的发展 各地对大型购物中心的 需求不断增强 购物中心又称 s h o p p i n g mm 1 由一组零售商 及其相关的所有服务性 商业性设施共同组合而成 是各大城 市中典型的商业形式 购物中心有着显著的火灾特点 建筑 空间大 管井纵横 火灾蔓延速度快 可燃物多 燃烧猛烈 对 建筑结构破坏力大 人员聚集 疏散困难 易造成群死群伤的 严重后果 功能复杂 用电设备多 起火隐患多 目前 我国大 型购物中心大多采取性能化防火设计方法以满足其特殊使用 功能需要 因此研究其典型火灾场景下燃烧规律可为此类场 所火灾场景设计提供参考 1 购物 中心 内典型火灾场景的确定 购物中心属于公共建筑 现代大型购物中心有两个最主 要的基本结构 一是密闭式购物区 二是带状店头 密闭式购 物区通常是购物中心的主体 采用密闭式设计 并且将店面两 两相对的每条商店街 以中央温度调节系统的消费购物走道 加以连接 这类店铺往往是火灾发生的初始房间 因此本文 对天津等北方四个城市的一些典型购物中心内此类店铺进行 了大量火灾荷载的调查和统计 调查采用直接称量和间接计 算的方法 对店铺中的火灾荷载根据可燃物的类型分别记录 调查除统计火灾荷载外 记录的其他内容包括 商品的摆放及 布局方式 门窗洞口的尺寸 店铺的几何尺寸等 这些因素是 影响设计火灾的重要参数 也是火灾实验的重要输 入参 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 2 4 作者简介 姜立平 1 9 8 3 一 男 浙江杭州人 助理工程师 2 0 数 本次调查共涉及店铺 1 1 7家 面积超过 4 0 0 0 m 根据 火灾荷载调查数据 综合考虑调查所得的可燃物的配置 布局 等因素 确定单位面积可燃物的组成及比例 并按照调查时可 燃物典型摆放形式布局 称之为 燃料包 用荷载密度均 值制作了燃料包 燃料包的总火灾荷载密度为3 3 7 mj m 可燃物总质量为 1 5 k g 具体如表 1 所示 表 1 燃料包可燃物组成和火灾荷载密度 按均值 2 实验部分 2 1实验原理 利用j a n s s e n s 提出的耗氧原理测量热释放速率 j t h o r n t o n对该理论进行了发展 指出其适应对象为一部分有机气体 和液体 h u g g e t t 指出该理论同样适用于有机固体 而且这 个常数约为 1 3 1 m j k g 少数几类物质存在 5 以内的 波动 j 实验在按照 i s o 9 7 0 5标准建造的 i s o r o o m中进 行 测量燃料包的物性参数 其中热释放速率测量的基本原理 就是耗氧原理 2 2实验装置 i s o r o o m全尺寸热释放速率测量实验装置是大尺寸多 武警学院学报 2 0 1 3年第 6期 总第 2 0 6期 消防理论 功能实验平台 能够营造真实的室内火灾环境 它不仅 可以获得热释放速率 还可以给出较为全面的可燃物的火灾 动力学参数 实验数据与实际火灾情况具有 良好的相关性 全尺寸热释放速率实验台主要由标准燃烧室 大型量热 计 数据采集和处理系统三个部分组成 如图 1所示 过滤器 热 锊 邋 图 1 实验 系统 结构 示意图 标准燃烧室的内尺寸为 2 4 m 2 4 it i 3 6 m 房间只 有一个门作为开口 尺寸为0 8 1 1 1 2 m 使用红砖砌筑 根据 具体实验要求 可以在内墙面贴耐火石棉板或建筑装饰材料 地面为混凝土地面 燃烧室应建在具有足够空间 保温且无 机械通风的空间内 以免对实验结果产生影响 燃烧室内放置一个测量范围为 0 5 0 0 k g的电子秤 测 量精度为 0 0 0 1 k g 用于测量可燃物在燃烧过程中的质量损 失 所配备的点火源采用砂型扩散燃烧器 内部分为上下两 层 下层是粗砂 上层是细砂 中间用金属网隔开 以纯度为 9 5 以上的丙烷 c h 为燃料 通过控制丙烷的流量来调节 燃烧器的输出功率 本实验中采用持续 4 m i n的7 5 k w的 火源 相当于一个大纸篓起火 在火场上 对绝大多数被困人员来说 首先遇到的 敌 人 是火灾烟气 火灾烟气的温度是研究室内火灾的重要参 数 依据 i s o 9 7 0 5在燃烧室内布置温度测点 在顶棚设置 6 个温度测点 测量顶棚水平温度分布 在房间的墙角 门口设 两个热电偶树 用于测量房间内和门口两个位置垂直方向温 度分布 大型量热计主要是由集烟罩 排烟系统和测量段构 成 实验中的实时数据用 a g i l e n t 3 4 9 7 0 a型数据采集卡进行 采集 3 实验结果与讨论分析 均值情况下的火灾荷载调查结果代表了一般情况 由于 设备量程有限 选取了均值情况下的燃料包用于实验 以调 查 过程 中记 录的典型摆放方式 为基础 对燃料包进行 摆放 如 图 2所示 一 一 图 2实验过程图 i s o r o o m所测得的火灾动力学基本参数见表 2 因采用 均值设计的燃料包 总热值不大 燃烧持续时间不长 热释放 速率最大达到 1 mw左右 燃烧猛烈 热释放速率的增长和减 弱非常明显 试验未出现轰燃现象 表 2 实验基本数据 3 1热烟 气温度 表 3给出了燃烧室和烟道内不同位置的峰值温度 房间 内最高温度在 6 4 5 左右 由于热电偶可能直接接触火焰 导致顶棚温度最高 房间内墙角处烟气温度最低 在 3 0 0 左右 而蔓延出房间的烟气温度在 2 5 0 左右 表3 房间内不同位置的热释放速率峰值温度 位置 峰值温度 墙角 顶棚水平 房 间正中 门楣 烟道 3 0 9 64 5 5 2 2 2 5 5 8 7 图3描述了该房间的墙角处 2 1 1 1 高度处烟气温度变化 趋势 从中可以看出 2 0 0 s 左右温度达到最大值约 3 0 0 c c 由于用于实验的燃料包组成都是易燃的衣物等 可以看出火 势增长很快 且下降也很快 是典型的快速火 图 4 图 5为 房间中心处和墙角处热电偶树温度分布情况 从温度曲线变 化趋势可以看出烟气温度随高度下降而下降 j 薹 t u e 0 0 i u 0口 计瀚 图 3 房 间墙 角距地 面 2 1 i n处的温度 变化 3 2气体产 生速率测量 c o和c o 的产生率以及变化曲线 见表 4 图 6和图 7 试验中 c o和c o 均是在2 0 0 s 左右就达到了峰值 且整个过 程变化趋势明显 增长迅速 曲线峰尖锐 本实验燃料包由各 种可燃物组成的混合物的毒性物质产生能力大 c o的产生率 将近纯木材燃烧时产生率的 1 0倍 3 3 热释放速率 热释放速率的增长如图8所示 可以看出 实验的火灾增 21 姜立平 购物中心典型火灾场景的实验研究 0 1 2 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 8 o o 1 o 0 0 l l 0 0 l 0 i 3 耐 口 5 0 0 时间 0 图 4 房 间中心热 电偶测温情况 0 1 0 2 g 川 q 0 d0 7 0 4 0 b n 0 1 蛐f 0 0 4 5 b 对河 s 图 5 墙 角处热电偶测温情况 表 4 烟气成分组成分析 孵 j 图 6 c o浓度 随时间变化关 系 一一一r 一 r 一 t f一一7 一 i 0 0 0 l m 0 f 曲 0 l 0 j d1 d 4 时 e 图 7 c o 2 浓度随时间变化 关系 长速率是在中速火和快速火之间 接近于快速火 根据火灾荷载调查的数据 实验中的燃料包是由具有不 同理论总热量的材料构成的 木材 纺织物等 实验数据计 算的总热量等数据见表 6所示 可见理论和实验的结果并不 总能保持一致 2 2 t 5 3 时间 图 8 热释放速 率增长 变化 图 表 6 几种 主要 实验数据 h r r 到达峰 僧 理论总 实验总 平均理 平均实 峰 值 值 时 间 热 量 热 量 论 热 值 验 热 值 k w mi n mj mj mj k g mj 1 0 9 6 3 1 5 m f 3 3 7 1 5 3 2 2 5 1 9 2 1 注 表中 l是指按 照 t 火增长 系数 m代表 中速 火 f代 表快速 火 4结论 本文主要是分析了利用荷载调查的结果制定的燃料包进 行的全尺寸9 7 0 5房间火实验 实验结果表明购物中心类典 型服装店场景在大尺寸实验条件下 火灾增长率是处于中速 火和快速火之间 并且偏向于快速火 热释放速率的峰值达 到 1 m w左右 平均热释放速率为 1 9 1 k w 调查结果和实验 结果在一定程度上丰富我国火灾荷载基础数据库 为我国性 能化防火设计 建筑消防安全检查等提供服务 参考文献 1 扬昀 张和平 王蔚 等 典型建筑装饰材料热释放速率全尺寸火 灾实验研究 j 火灾科学 2 0 0 3 1 2 4 1 9 1 1 9 6 2 张和平 王蔚 杨昀 等 全尺寸墙 角火实验中木 y 板表面火蔓延 研 究 j 燃烧科 学与技术 2 0 0 4 1 0 6 5 0 6 5 1 0 3 j a n s s e n s m l me a s u r i n g r a t e o f he a t r e l e a s e b y o x y g e n c o n s u m p t i o n j f i r e t e c h n o l o g y 1 9 9 1 2 7 2 3 4 2 4 9 4 t h o rnt o n t h e r e l e a s e o f o x y g e n t o t h e h e a t o f c o mb u s t i o n o f o r g a n i c c o mp o u n d s j p h i l o p h i c a l ma g a z i n e a n d j o f s c i e n c e 1 9 1 7 5 hu g g e t t e s t i m a t i o n o f t h e r a t e o f h e a t r e l e a s e b y me a n s o f o x y g e n c o n s u m p t i o n j j o u rnal o f f i r e a n d f l a m m a b i l i t y 1 9 8 0 6 1 6 5 6 p a r k e r w j c a l c u l a t io n o f t h e h e a t re l e ase r a t e b y o x y g e n c o n s u mp t i o n f o r v a r i o u s a p p li c a t i o n s r nb s i r 8 1 2 4 2 7 1 n a t i o n a l b u r e a u o f s t an d a r d 1 9 8 2 7 p a r k e r w j c al c u l a t i o n o f t h e h e a t r e l e a s e r a t e b y o x y g e n c o n s u m p t i o n f o r v a r i o u s a p p l i c a t i o n s j j o u r n al o f f i re s c i e n c e 1 9 8 4 2 3 8 0 3 9 5 下转第 3 8页 武警学院学报 2 0 1 3年第 6期 总第 2 0 6期 消防评价与设计 大量仿真结果表明 利用人工神经网络建立的评估指标 体系对高层建筑的火灾风险评估是可行的 该方法对于高层 建筑的防火设计 消防安全管理等都具有一定的参考价值 有 望在高层建筑火灾风险评估中得到广泛应用 参考文献 1 郭树林 关大巍 建筑防火设计与审核 细节 m 北京 化 学工业 出版 社 2 0 0 9 2 p a r k s l l k u s h l e r b d f i r e r i s k a s s e s s m e n t f o r t e l e c o m mu n i c a t i o n s c e n t r a l o f f i c e s j f i r e t e c h 1 9 9 8 3 4 2 1 5 6 1 7 6 3 温晓虎 贾水库 徐辉 高层建 筑火 灾风 险评估技 术的研 究 j 工业安全与环保 2 0 0 8 3 4 6 2 2 2 3 4 顾伟芳 田原 田宏 建筑火灾风险评估研究 j 工业安全与环 保 2 0 0 7 3 3 4 4 5 4 7 5 g b 5 0 0 4 5 9 5 高层民用建筑设计防火规范 2 0 0 5 年版 s 6 李宏 基于人工神经网络的高层建筑火灾风险 d 廊坊 中国人 民武装警察部队学院消防工程 系 2 0 0 9 7 付 强 张和平 王辉 等 公共建筑火灾风险评价方法研 究 j 火 灾科学 2 0 0 7 1 6 3 1 3 7 1 3 9 8 杜红 兵 周 心权 张敬 宗 高层 建筑 火 灾风 险 的模 糊 综舍 评价 j 中国矿业大学学报 2 0 0 2 3 1 3 2 4 2 2 4 5 9 田玉敏 建筑火灾风 险评价体 系的建立 与应用探讨 j 中国安 全科 学学报 2 o o 8 1 8 8 7 4 7 9 re s e ar c h o f i nde x s y s t e m o f fi r e ri s k as s e s s me nt o f hi g h r i s e ci v i l bu i l d i n g gao ch e n y o n g n i n g mu n i c i p a l f i r e b r i g a d e s h a n d o n g p r o v i n c e 2 7 2 0 0 0 c h i n a abs t r a c t th e h i g h r i s e bu i l di n g h a s ma n y s pe c i a l c h a r a c t e ris t i c s s u c h a s mu l t i l a y e r e d l a r g e s p a n s p a t i a l a n d c o mp l i c a t e d b ui l d i n g s t r u c t u r e s as a r e s u l t i t i s d i f fic u l t t o fig h t fir e s o n c e t h e y o c c u r th e e v a l ua t i o n t o a fir e r i s k i n d e x s y s t e m c a n p o i n t o u t t h e fir e ris k c ha r a c t e ris t i c s o f pl a n n i n g a n d b u i l di n g o f a h i g h r i s e c i v i l b ui l d i n g a n d i t p l a y s a c r u c i al r o l e i n r e d u c i n g t h e fi r e ri s k o f a h i g h r i s e b u i l d i n g a c c o r d i n g t o c o d e f o r f i r e p r o t e c t i o n de s i g n o f hi g h r i s e bui l d i n g s i n t h i s p a p e r t h r e e f o r mi n g me t h o d s o f a n i nd e x s y s t e m o f h i g h r i s e bu i l di n g f o r a fi r e ri s k e v a l u a t i o n i s i n t r o d u c e d i n c l u d i n g t h e a c c i d e n t t r e e a n d e v e n t t r e e a n a l y s i s a n a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s a n d t h e m h o d b a s e d o n a r t i fic i al n e u r a l n e t wo r k s t h e i r b a s i c c h a r a c t e ris t i c s we r e a n a l y z e d w i t h the f o r mi n g p r i n c i p l e o f a n i nd e x s y s t e m o f h i g h ris e b ui l d i n g fir e r i s k e v a l u a t i o n ke y wo r ds h i g h ris e b u i l d i n g fir e r i s k e v a l u a t i o n i n de x s y s t e m 上接 第2 2页 a f u l l s c a l e f i r e e x p e r i me n t a l s t u d y o n a de s i g n fire s c e n e i n s h o p p i n g m a l l s j i an g l i p i n g h a n g z h o u mu n ic i p a l f i r e b r i g a d e z h e j i a n g p r ovi n c e 3 1 1 4 0 0 c h i n a ab s t r a c t t h i s p a p e r e x p l o r e s t h e p o t e n t i a l for i d e n t i f y i n g d e s i gn fi r e s i n s h o p p i n g ma l l s a s u r v e y t h a t i n c l u d e d c l o t h i n g s t o r e s w a s c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e fi r e l o a d s a n d t h e t y p e o f c o mb u s t i b l e s i n s h o p p i n g m a l l s i n t i a n j i n e t c s t a t i s t i c a l d a t a w e r e a n a l y z e d t h e me a n o f t h e fi r e l o a d d