（安全技术及工程专业论文）某地下公共娱乐场所火灾烟气控制性能分析.pdf

w i t h o u ta n yc h a n g e si n e x i s t i n g c o n s t r u c t i o n l a y o u t s a n ds t r u c t u r e t h e r e s e a r c h e so nh o wt oc o n t r o lf i r es m o k eb yd e v e l o p i n ga n di m p r o v i n gt h e f i r e f i g h t i n gs y s t e m i n u n d e r g r o u n dp u b l i c e n t e r t a i n m e n ts i t e s a r eo f g r e a t s i g n i f i c a n c e s oa st oe n s u r es a f ee v a c u a t i o no fp e o p l ea n dr e d u c ef i r er i s kd u et o t h ei n c o r r e c ts e t t i n gw h i c hi sn o ti na c c o r d a n c ew i t hf i r ef i g h t i n gr e g u l a t i o no f n a t i o n a le n g i n e e r i n g t os o l v ep r o b l e m ss u c ha st h ei n c r e a s e dv e r t i c a le v a c u a t i o nd i s t a n c ea n d l e n g t h e n e de v a c u a t i o n t i m ec a u s e db yi n c o r r e c ts e t t i n g sw h i c ha r en o ti n a c c o r d a n c ew i t ht h ef i r ef i g h t i n g r e g u l a t i o no fn a t i o n a le n g i n e e r i n gi na n u n d e r g r o u n dh e a l t hc e n t e r p e r f o r m a n c e b a s e db u i l d i n gf i r ep r o z e c t i o na p p r o a c h i se m p l o y e da c c o r d i n gt ot h em e t h o d sa n dt h e o r yo ff i r es a f e t ye n g i n e e r i n g b y d e t e r m i n a t i o no ff i r e f i g h t i n gs a f e t yo b j e c ta n dp e r f o r m a n c ei u d g m e n ts t a n d a r da n d f i r eh a z a r dz o n ea sw e l la si t sm o d e l i n gc a l c u l a t i o no ff i r es c e n a r i o s a n dt h e p e o p l es a f e t ye v a c u a t i o n t i m ea n de f f e c t i v ee v a c u a t i o nt i m e t h eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sh a sb e e nm a d ef o rf i r es m o k ec o n t r o lp e r f o r m a n c ej n t h i ss i t e t h e c o u n t e r m e a s u r e so fe f f e c t i v ef i r es m o k ec o n t r o lh a v ea l s ob e e np r o p o s e di no r d e r t h a tt h ee q u i v a l e n tf i r ep r o t e c t i o ns a f e t yl e v e lc o u l db er e a c h e dw h i c hi sr e q u i r e d b yf i r ef i g h t i n gr e g u l a t i o no fn a t i o n a ie n g i n e e r i n g t h ea p p l i c a t i o no ft h ep 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 p p r o a c hi ns u c h p r o j e c ti ss u m m a r i z e d a n ds o m ep r o p o s a l sh a v eb e e nm a d e k e yw o r d s u n d e r g r o u n d p u b l i c e n t e r t a i n m e n ts i t e s p e r f o r m a n c e b a s e d b u i l d i n gf i r ep r o t e c t i o na p p r o a c h f i r es m o k ec o n t r o l 柴地下公共奴乐场所火灾烟气榨制性能分析第一章0 l 哥 第一章引言 1 1 研究背景 近年来 随着市场经济的逐步深入和人们生活方式的改变 经济效益可观的公共娱乐场 所发展迅速 尤其是利用地下空间经营的公共娱乐场所 几乎占此类场所的三成左右 公共 娱乐场所由于存在着大量不符合现行国家工程建设消防技术标准的火灾隐患 消防安全状 况普遍令人堪忧 掘统计 近年来公共娱乐场所的火灾起数和死亡人数均占全国特大火灾 的四成左右 仅1 9 9 1 年至2 0 0 2 年间 一次死亡1 0 人以上的公共娱乐场所特大火灾事故就 有1 9 起 共计死亡8 8 6 人 伤1 3 8 入 直接损失2 6 6 4 7 力 元 公共娱乐场所存在的火灾隐患 主要表现在以下几个方面 一是在国家工程建设消防 技术标准颁布之前 已经营业的公共娱乐场所 其消防安全状况严重不符合消防安全条件 火灾隐患严重 二是未经消防设计审核和消防验收 或虽经消防设计审核但消防验收不合 格 擅自投入使用的公共娱乐场所 留下的先天性火灾隐患 三是已经消防验收合格投入 使用的公共娱乐场所 在国家工程建设消防技术标准有关条文修订或新消防法规施行后 出现了不符合新标准新法规的情况 而受客观条件所限又不能立即整改的火灾隐患 四是 建筑消防设施维护管理不当 不能 f 常运行 形同虚设 以及人为堵塞疏散通道 锁闭安 全出口等违反有关消防安全管理规定造成的火灾隐患 有关部门依据有关消防法律法规 督促一些公共娱乐场所按照现行国家工程建设消防 技术标准整改了火灾隐患 并取缔了一些公共娱乐场所 但仍有相当数量的公共娱乐场所 由于火灾隐患整改涉及到改动建筑结构或改变建筑平面布局等客观原因 不能整改 而同 时又涉及到大量资会投入 员工安置等问题 无法取缔 如2 0 0 1 年起开展的全国公众聚 集场所消防安全专项治理中发现 有为数不少的星级酒店将公共娱乐场所设置在地下二层 及以下 设置部位不符合现行国家工程建设消防技术标准和有关消防法规的相关规定 应 当改变设置位置或使用功能 而按照国家旅游部门的星级酒店评定标准 星级酒店又必须 设置相应规模相应功能的公共娱乐场所 且酒店功能分区和结构分区已经确定 不可能找 到合适的位置重新设置公共娱乐场所 针对此类情况 如何根据地下公其娱乐场所的建筑 火灾特点 在不改变现有建筑布局和建筑结构的日u 提下 采取切实可行的措施有效控制火 灾烟气 以保障人员安全疏散 已成为当前迫切需要解决的问题 1 1 1 地下公共娱乐场所的结构特点和火灾特点 1 1 1 1 公共娱乐场所的火灾危险性 公共娱乐场所消防安全管理规定 公安部令第3 9 号 第二条规定 公共娱乐场所 是向公众开放的室内场所 包括影剧院 礼堂等演出 放映场所 舞厅 卡拉o k 厅等歌 舞娱乐场所 具有娱乐功能的夜总会 音乐茶座和餐饮场所 游艺 游乐场所 保龄球馆 一l 苎些 竺苎些堡垫堕坐壅塑3 丝型丝堂坌堑 笙二至 童 旱冰场 桑拿浴室等营业性健身休闲场所 由其使用功能决定了公共娱乐场所建筑功能复杂 社会性强 人员集中的特点 一旦 发生火灾 极易造成群死群伤 其火灾危险性主要有以下几个方面 l 室内装饰 装修使用大量可燃材料 火灾荷载大 公共娱乐场所建筑内采用大量木材 塑料 纤维织品等可燃材料装饰装修 火灾荷载 大幅度增加 增大了发生火灾的几率和危害 2 用电设备多 火源多 不易控制 公共娱乐场所一般采用多种照明和各类音响设备 且数量多 功率大 如果使用不当 很容易造成局部过载 短路等而引起火灾 出于用电设备多 连接的电气线路也多 倘若 安装 使用不当 很容易引发火灾 公共娱乐场所在营业时往往还需要使用各类明火或热 源 管理不当也会造成火灾 3 人员集中 疏散困难 易造成人员重大伤亡 公共娱乐场所的顾客流动性大 大多数对场所内的环境情况 疏散设施不熟悉 火灾 时极易迷失方向 拥塞在通道上 而且有时人员相对集中 密度很高 加上灯光暗淡 一 旦起火 人员拥挤 秩序混乱 如果疏散通道不畅 极易造成群死群伤 如辽宁阜新艺苑 歌舞厅 核定人数1 4 0 人 1 9 9 4 年1 1 月2 7 同发生火灾时却达到3 0 0 余人 结果造成2 3 3 人死亡的特大火灾事故 4 发生火灾蔓延快 扑救困难 绝大多数地上公共娱乐场所由于防止噪音扩散 保持空调和灯光效果等需要 在装修 时故意将窗户封堵或设置成固定窗扇 即使设的不是固定窗 通常情况下也是窗户紧闭 有 的外墙设有玻璃幕墙 甚至还有巨幅固定广告 基本上与室外隔绝 因此 在火灾初起时 空气流动特点与地下建筑是相同的 1 1 1 2 地下建筑的结构特点和火灾特点 地下建筑是在地面之下通过人工挖掘而获得的建筑空问 由于它的外围是土壤或岩 石 没有门窗之类的通风口 是经由竖直通道与地面上部的空问相连的 与地上建筑相比 这种通风口的面积要小得多 建筑结构的封闭性较强 地下建筑火灾有以下 些特点 l 烟气量大 散热困难 地下建筑处于封闭状态 空气流通不畅 发生火灾时可燃物在缺氧条件下不完全燃烧 会生成大量浓烟 出于地下建筑与外部连通的孔洞少且面积小 烟气生成后不易扩散 在 普通建筑火灾中 烟气的温度一般在8 0 0 1 2 左右 但在地下建筑中 烟气排不出去 散热 缓慢 热量容易积聚 烟气冷却程度小 烟气温度提高较快 着火房问的温度可高达1 0 0 0 c 以上 2 换气上的制约和烟气控制上的困难 2 苎些 竺苎堡堡塑堕查壅塑 丝 丝丝坌堑 笙二里 lj 因为不能依靠自然力 要考虑全部依赖于强制性换气和排烟 在地下建筑发生火灾时 一边需要排出大量的烟 有害气体 一边要较长时间确保救护活动的安全环境 在补风受 到限制时 由于排烟风机长时间运转 还会破坏地下空问的压力平衡 形成负压 造成烟 气无法排出 甚至会使疏散门的丌启变得困难 3 人员疏散困难 地下建筑发生火灾时 一方面 火灾烟气量大 高温 且含有一氧化碳 二氢化硫等 各种有毒气体 容易造成人员缺氧 中毒窒息和高温灼伤 而且当烟气弥漫时 可见光因 受到烟粒子的遮蔽而减弱 能见度大大降低 同时 烟气中的有些气体 如氨气 氟化氢 二氧化硫等的刺激使人的眼睛睁不丌 这些都会影响人员正常疏散 另一方面 由于人流 方向和烟气的流动方向一致 而烟的扩散速度比人群疏散速度快得多 若烟气得不到控制 根本无法疏散 再者 地下建筑往往疏散出口少 疏教距离长 又具有很强的封闭性 使 人容易迷失方向 从而在潜在的不安全感驱使下引起混乱 4 灭火救援困难 地下建筑发生火灾 灭火救援人员无法直接观察到火灾的具体位置和情况 难于有效 组织扑救 只能通过有限的出入口进入火场 难以迅速到达起火部位 由于通j x l 换气的制 约 使用灭火剂的数量和种类受限 难于迅速扑灭火灾 地下建筑的屏蔽效应严重干扰通 信信号 难以与地面及时联络 1 1 1 3 地下公共娱乐场所的结构特点和火灾特点 地下公共娱乐场所兼具地下建筑和公共娱乐场所的双重特性 建筑结构封闭性较强 功能分区复杂 人员集中且社会性强 火灾危险性大 而且一旦发生火灾 若不能有效控 制火灾烟气 极易造成整个地下空间陷入危险状念 人员难以逃生 面且救援工作异常艰 巨 如2 0 0 2 年1 2 月l 闩凌晨 委内瑞拉首都加拉加斯市中心某酒店地下室的一家夜总会 的迪斯科舞厅火灾 造成4 7 人死亡 8 人重伤 据加拉加斯大城区消防队总指挥句塞尼奥 说 加拉加斯各迪斯科舞厅大多存在火灾隐患 如大量使用灯光设施以及电线老化造成短 路 顾客吸烟后乱扔烟头 厨房的安全措施不力等等 而且夜总会黾的人太多了 已超出 了它能容纳的范围 时值周末 这晕聚集了数百名前来狂欢的男女 这家迪斯科舞厅位于 地下 且只有一个很窄的出口 疏散条件十分恶劣 虽然加拉加斯消防队的9 0 名消防队 员快速赶到现场 但5 0 0 多人挤在狭小的地下舞厅里 救援工作十分艰巨 难于丌展 地下公共娱乐场所是公共娱乐场所中建筑结构特点非常不利的情况 且如前所述 绝 大多数公共娱乐场所由于防止噪音扩散 保持空调和灯光效果等需要 在装修时故意将窗 户封堵或设置成固定窗扇 在火灾初起时与地下公共娱乐场所的火灾特点是相同的 因此 在不改变现有建筑布局和建筑结构的日口提下 研究地下公共娱乐场所如何通过加强和改进 其消防设施来达到控制火灾烟气的目的 从而保障其内部人员安全疏散 对因设置部位不 符合国家工程建设消防技术标准的公共娱乐场所的火灾隐患整改 具有一定指导意义 某地下公共娱乐场所火灾娴 i 拄制性能分析 第一学0 i 南 1 1 2 关于公共娱乐场所火灾防治的研究现状 由于近年来公共娱乐场所群死群伤火灾多发 为保证人身安全 减少财产损失 我国 在工程建设消防技术标准中增设了一些条文 对公共娱乐场所设置位置 厅室面积及出口 数量 防烟排烟设施和疏散指示标志的设置等做出相应规定 力图通过降低人员密度指标 缩短疏散距离 增加疏散出口 加大消防设施投入等方式方法 确保公共娱乐场所消防安 全 这种火灾防治方法对新建 改建 扩建建筑 确实取得了一定效果 但也有可能过多 加大了某些具体工程的消防设施投资 造成一些使用面积的浪费 甚至破坏了某些建筑物 的整体布局 而且对于已经存在的大部分公共娱乐场所 前面已经说过 还是难以执行 针对这种情况 某些工程已经丌始试图采用性能化建筑防火分析和设计的方法 有针对性 地研究解决公共娱乐场所的火灾防治问题了 近年来 在国际消防科技领域晕 关于性能化分析和设计方法以及性能化建筑防火设 计规范的研究非常活跃 美 英 澳 同及北欧等国 先后取得了一些研究成果 有的国 家还颁布了性能化建筑防火设计规范和设计指南等 但目前都还处在进一步发展与完善的 过程中 我国也已经丌始了这方面的研究 由于我国目前尚未颁靠相关性能化分析和设计 的标准 为确保依据性能化防火分析或性能化设计采取的消防措施 能够达到国家标准要 求的同等或者更高的消防安全水平 还需要对性能化建筑防火分析和设计方法如何在工程 实际中应用 进行进一步的研究探讨 1 2 研究内容 本文依据火灾科学和火灾安全工程学的思想和理论 运用性能化防火分析的方法 针 对某地下公共娱乐场所建筑物的实际情况 分析其火灾危险源特性以及可能的火灾场景 分析其火灾烟气特性以及人员疏散特性 以发生设定的火灾时确保所有人员能够安全疏散 为目标 分析其对火灾烟气的控制性能 并提出相应的对策 1 3 研究方案 l 具体分析某地下公共娱乐场所的建筑结构和现场状况 2 确定其防火安全目标和判定准则 以保证该地下公共娱乐场所所有人员都能够安 全疏散为目标 确定具体判定准则 即从火灾发生到危险状态的时问啊 必须大于从火灾 发生到建筑物内人员全部疏散完毕的时间垃 3 进行火灾危险源的辨识 确定重点火灾危险区域 通过对设计图纸的分析 设定 若干火灾场景 分析各火灾场景的火灾发展特性 计算火灾荷载及火灾增长因子 进行火 灾热释放速率分析 4 模拟计算重点火灾危险区域的不同火灾场景 通过区域模拟程序c f a s t 和场模拟 4 茎些 竺苎坚三垦垫堕坐壅塑墨丝型堡丝坌堑 软件f d s 3 0 模拟计算典型火灾场景中烟气的运动规律 度及温度的动态曲线 第一帝0 i 苦 得到不同火灾场景中烟气层的高 5 进行火灾烟气控制有效性分析 计算人员安全疏散时忙j 坛 通过分析不同火灾场景 中烟气层的高度及温度动态曲线 得出有效安全疏散时间 i 比较分析啊和t e 对烟气控 制的有效性进行分析 并提出相应对策 某地下公共娱乐场所火灾姻1 挡制性能分析 始一帝性能化防火分析方让度打关计算下具 第二章性能化防火分析方法及有关计算工具 2 1 性能化防火分析方法 z 1 1 火灾危险分析 火灾危险分析是性能化防火分析的基础 重点放在讨论重大火灾危险源的辨识 评价 和控制等方面 现在已经发展啦了多种可用于建筑物火灾危险分析的方法 按照分析结果 火灾危险分析大致可分为定性 半定量和定量分析三类 从建筑物性能化防火分析的角度 出发 主要关心定量化的分析 引进 量 的概念 是进行比较和计算的基础 进行建筑物的火灾危险分析应当包括以下一些主要方面 1 确定分析对象的现场状况 分析建筑物的火灾危险 首先需要弄清有关建筑的结构特点 例如应了解建筑构件的 耐火性能 典型构件的防火保护 防火分区的划分 防止火灾和烟气蔓延的重要措施 通 风换气 人员疏散设计等 进而需要识别该建筑物的重大火灾危险源 虽然建筑物中存在 着各种各样的可燃物 起火情况千差力 别 不过可以根据可燃物的分布与荷载 电器与电 力设施 热力设施等因素 大体确定主要危险源的位置及其危险程度 可燃物的着火特性 和分布位置不同 其着火的可能性和着火后的危险性也是不同的 进行火灾危险分析时 应当抓住那些最可能发生 危害最大的情形进行重点分析 或者说应当按可能出现的最危 险状况进行分析 这样就可以保证在任何情况下发尘的灾害性结果都不会超过评估中考虑 的结果 2 设定防火安全目的和目标 分析火灾危险时不可能面面俱到 只能选择若干有代表性的情形进行分析 确定分析 对象的防火安全目的和目标 是进行火灾危险分析的出发点 总的说来 基本的防火安全 目的 可分为与生命安全直接相关的目的和与其它安全相关的目的 前者考虑的是在火灾 中的各类人员的安全 包括建筑物的居住者 工作人员 顾客 消防人员等 通常这是大 部分建筑物防火安全的主要目标 要达到该目标 应当根掘烟气的流动特点和人员的行为 特点 做好疏散通道 避难区的设计 选用合适的火灾探测报警系统和疏敬诱导系统 保 证所有人员能在有效安全时问内撤离起火建筑 其它安全目的包括保护财产安全 保证系 统运行的连续性 保护环境等 围绕着这些基本目的 还需要细化出许多具体的目标 有 效控制火灾的发展 是实现上述各种安全目的和目标的根本条件 一般可以从以下几个方 面抓起 一是减少起火的可能性 考虑合理选择建筑材料 室内设备和物品的燃烧性能 加强有关材料的阻燃处理 对易燃易爆物品采取必要的隔离防范措施等 二是防止火灾蔓 延 主要目的是为减少火灾产生的高温对建筑物各部分的影响 需要考虑使用具有足够阻 苎些 叁苎堡堡垫堕丝垄塑 堡 堡堂坌堑笙 里堡丝 堕 大竺堑立鲨丝鱼 叁生簦王星 燃阿寸火强度的构件材料 采取合理的防火分隔等 三是防止火灾扩大 这指的是起火建筑 的火灾 对相邻建筑或设施造成的危害 必须避免形成城区性大火 实际上 这些安全目 标都相当大 在丌展具体分析时 通常只宜选择其中矛盾最为突出的一 二个方面进行 3 选择合适的定量分析方法 建筑火灾危险的分析方法很多 有定性的 也有定量的 应当根据分析的需要 选择 合适的方法 需要指出 在为进行性能化防火分析而开展的火灾危险分析中 火灾过程的 计算机模拟是一种十分重要的定量分析工具 使用这种模拟方法可以预测建筑物发生某种 火灾后的火区大小 烟气层高度 室内温度 典型燃烧组分浓度等随时间的变化 这些数 据可直接用于建筑物的防火安全设计 人员疏散分析 消防设施的作用分析等方面 也可 为其它安全分析方法提供必要的参数 不过对于某些方面的危险分析来说 仅有火灾过程 模拟计算的结果还不够 往往还需要一些其它方法的分析结果进行充实 还需指出 应当 根据所讨论问题的特点选择最合适的计算方法 只要能满足分析的需要 所用的方法越简 便越好 为了进行计算 应当合理设定火源的热释放速率 这是进行模拟计算的基本参数 火灾热释放速率设定的合理与否直接影响计算火灾过程的准确性 进而影响火灾防治对策 的合理性 4 具体分析影响防火安全目标的因素 深入分析各有关因素对实现防火安全目标的影响 是火灾危险分析的关键一环 主要 的影响因素包括 建筑物的结构特点 可燃物的燃烧特性与分布状况 室内外环境对火灾 发展的影响 室内消防设施的配置状况 建筑物使用者的特点 消防部门救援的状况等 进行火灾危险分析必须紧密结合建筑物具体情况 对于建筑火灾这种灾害性事件 人们是 不会任其自由发生和发展的 有关人员都会在其可能的范围内采取一定措施加以干预 而 每种正确措施都可以在一定程度上影响火灾的发展过程 对各种消防措施及其集成应用做 出客观 f 确的分析 是体现性能化防火分析的重要方面 2 1 2 火灾风险分析 火灾风险分析建立在火灾危险分析的基础上 它不仅要了解建筑物所面临的火灾危险 有多大 而且需要对预防这种危险可能造成的危害所采取的措施 进行经济性和有效性的 综合分析 通常火灾风险分析的重点放在后一方面 它不仅包含了火灾危险分析的内容 还要进一步作出火灾防治有效性和经济性的评价 并给出分析报告 需要指出的是 火灾 危险性分析的结论具有很强的时效性 如果室内的使用状况发生了较大改动 则其火灾危 险性办会随之出现大的变化 这时便不能再简单地搬用原先的结论了 火灾风险分析是为保障建筑物的火灾安全服务 应当指出 安全 是一个相对的概念 一幢建筑在一段时问内没有发生火灾 但并不能说它以后不会发生火灾 火灾的发生经常 是出乎人们意料的 然而通过大量细致的安全工作 可以使发生火灾的时 自j 问隔延长 或 1 苎些 竺苎些堡垫堕坐壅塑 丝型丝堂坌堑 塑 三翌丝些 墨堕坐竺塑查鲨丝鱼墨生簦 垦 者在刚出现火灾苗头时就将其控制住或排除掉 但这并不能认为真 f 能够将火灾发生的几 率降低为零 毫无疑问 多采用一些消防设施一般会有助于减少火灾的直接损失 但所用 的设施越多消防投资也越大 因此需要综合考虑 为防止不恰当地增多火灾防治的总投入 现在一般引用火灾代价来表示这一概念 理想的情况是投入的消防费用不过多 而火灾危 险又能控制在一个较低的水平 火灾风险综合评价的主要任务就是确定使火灾代价接近到 最小的范围 实际上消防投入是以人们可接受的火灾风险为基础确定的 可接受风险的大小主要是 参考历史上人们对类似j x l 险的承受能力 并结合当地当时条件下确定的 当公众对火灾风 险的认识水平发生了较大变化后 可接受风险的具体大小办应做出相应调整 每次火灾风险分析完成后 都应当给出客观 全面的分析报告 报告应明确指出该建 筑是否符合有关规范的要求 原有设计是否需要进行某些修改 如何进行修改等 2 1 3 性能化防火分析 性能化防火分析 是建筑火灾风险分析的一种形式 它将根据建筑物的结构特点 通 过定量计算 用某些物理参数描述出火灾的发生和发展过程 并分析这种火灾对建筑物内 的人员 财产及建筑结构本身的影响程度 从而为采取合理的消防对策提供基本依据 性能化防火分析更加强调量化分析 这种分析可以加深人们对该建筑物的火灾特点和 规律的认识 因此它是性能化防火设计的核心和基础 同时 它还可以为其他的火灾防治 目的服务 例如消防安全管理 火灾安全教育及灭火预案的制订等等 2 2 性能化防火分析的有关计算工具 进行性能化防火分析时 一个关键的问题是对建筑物的火灾性能做出定量分析 具体 说 就是要用一定的数学方法对有关的指标 目标 参数 系数等进行定量计算 随着火 灾科学和火灾安全工程学的发展 现在已经研发出一些与性能化防火分析配套使用的计算 公式和计算机模型 如加拿大的f i r e c a m 模型 澳大利亚的c e s a r e r i s k 模型等等 下面只介绍与本文研究相关的美国n i s t 发布的火灾安全工程软件c f a s t c o n s o l i d a t ef i r e a n ds m o k et r a n s p o r t 和f d s f i r ed y n a m i c ss i m u l a t o r 它不仅可以给出着火房 日j 也能给 出相邻区域的烟气运动情况 能够满足火灾烟气控制的性能化分析需要 2 2 t 区域模型及模拟软件c f a s t 区域模型将每个房问分为上下两个区域 通常称之为层 假设在每一层内温度 烟气 浓度等状念参数都是均匀的 通过求解每层能量 动量和质量的守恒方程能够得出上述参 数的变化 对每个房间的上 下层 可分别写出守恒方程如下 质量守恒 r 某地f 公共奴乐场所火灾烟气柠制性能分析 笫二帚性能化防火分析方法驶响关计算t 具 一d i n y 而 d t 警 蔬 r 能量守恒 2 1 a e c l j m 百 o 一y 监d t d t 壶 矾 2 2 d f f 7 7 竺删一v些 a qdt d t 组分守恒 d m j 1 二 1 引 m d 啊 二 1 爿 2 3 式中 石 m 分别为上下气层的质量变化率 兀和乃 上下气层的温度 6 火源的释热速率 若没有火源则忽略该项 h 和h 上下气层热流量 包括对流 传导和辐射换热 p 压力 圪和 上下层的体积 m 热烟气层的组分i 的质量 蚝 冷气层中组分i 的质量分数 k r 热烟层中组分 的质量分数 g g 上下气层的组分f 的质量变化率 下标f 为房间号 七为燃烧组分的序号 甜表示上层 表示下层 c f a s t 是一种计算火灾与烟气在建筑物内蔓延的区域模拟程序 可以用来预测用户设 定火源条件下建筑内的火灾环境 最多可以计算多达3 0 个房间的结构形式 c f a s t 用户需 要输入建筑内多个房间的几何尺寸和连接各房间的门窗丌口情况 围护结构的热物性参 数 火源的热释放速率或烧损率以及燃烧产物的生成速率 该模型可以预测各个房问内上 部烟气层和下部空气层的温度 烟层界面位置以及气体浓度随时 自j 的变化 它同时还可以 计算壁面的温度 通过壁面的传热以及通过开口的质量流量 c f a s t 还能处理机械通风和 存在多个火源的情况 柴地下公共螟乐场所火灾烟气挖制件能分析 笫一章件能化防火分析方法技柯关计算t 具 2 2 2 场模拟软件f d s 模型 室内火灾研究通常使用区域模拟 在一定程度上兼顾了可靠性和经济性 但由于区域 模拟自身的局限性 它很难处理强通 c l 强火源等源点附近梯度变化剧烈区域的精细结构 以及辐射传热造成室内火灾能量重新分布从而影响流动状念等现象 场模拟是利用计算机 求解火灾过程中状态参数的空间分布及其随时问变化的模拟方式 场是指状念参数如速 度 温度 各组分浓度等的空问分稚 场模拟的理论依据是自然界普遍成立的质量守恒 动量守恒 能量守恒以及化学反应的定律等 火灾过程中状态参数的变化也遵循这些规律 场模拟可以给出火灾过程的细节 但它对计算机的能力以及火灾分过程理论模型的要求限 制了其使用范围 f d s f i r ed y n a m i c ss i m u l a t o r 是美国国家标准与技术研究院 n i s t 丌发的一种场模 拟程序 其第1 版在2 0 年1 月发布 很侠边受到人们的重视 2 0 0 1 年s 月又发稚了第 2 版 一般称为f d s 2 0 这是目 j 的常用版本 该程序采用数值方法求解一组描述热驱动 的低速流动的n a v i e r s t o k e s 方程 重点计算火灾中的延期流动和热传递过程 可用于烟气 控制与水喷淋系统的设计计算和建筑火灾过程的再现研究 该模型中包括两大部分 第一 部分简称为f d s 2 0 是求解微分方程的主程序 他所需要的描述火灾场景的参数需要用户 创建的文本文件提供 第二部分称s m o k e v l e w 是一种绘图程序 人们可用它查看计算 结果 2 0 0 2 年1 1 月1 8 只新发布了f d s 3 0 该软件采用大涡模拟的方法来处理火灾烟气 流场 具有较好的精度 某地下公共娱乐场所火灾烟气控制性能分析 第一二章性能化防火分析方法及有关计算t 具 第三章项目情况和防火安全目标分析 3 1 项目情况分析 本文研究的具体工程项目是位于颐中假同酒店地下2 层的健康中心 该健康中心主要 包括健身房 美容美发厅 按摩房 桑拿房 台球室 棋牌室 1 0 道保龄球和游泳池 是 一家典型的地下公共娱乐场所 颐中假同酒店位于青岛市南香港中路7 6 号 占地9 3 4 7 m 2 总建筑面积7 3 3 0 8 m 2 建 筑总高度1 8 8 8 m 地上4 0 层 地下2 层 其中 地下l 层为汽车库 地下2 层为配电室 空调机房 水泵房等设备用房和该健康中心 健康中心建筑面积约占地下2 层建筑面积的 1 2 使用面积为1 9 1 4 1 3i n 2 该酒店2 0 0 1 年3 月1 4 同 f 式通过了消防验收 但2 0 0 1 年4 月 国家标准 高层民用建筑设计防火规范 人民防空工程设计防火规范 等4 部工程 建设消防技术标准进行了局部修订 其中 为保证歌舞娱乐放映游艺场所人员安全疏散 根掘我国实际情况 局部修订条文明确规定 歌舞娱乐放映游艺场所不应设置在地下2 层 且1 个厅 室的建筑面积不应大于2 0 0m 2 设置在地下1 层时 地下l 层地面与室外出入 口地坪的高差不应大于l o m 因此 浚地下健康中心由于设置在地下2 层 造成了不符合 现行消防技术标准的火灾隐患 必须整改 但由于前面已经说过的星级酒店必须设有公共 娱乐场所 而该酒店功能分区已无法改变等等原因 该健康中心只能设置在地下2 层 另一方面 标准规定歌舞娱乐放映游艺场所不应设置在地下2 层 其原因是由于此类 场所设置在地下2 层时 垂直疏散距离较长 一旦发生火灾 烟气排除 人员疏散和火灾 扑救都较为困难 其目的是保证人员安全疏散 而该健康中心虽位于地下2 层 但地面标 高与室外出入口地坪的高差小于l o m 且其中每个厅 室的建筑面积均小于2 0 0m 2 在人 员数量 火灾区域控i l i a d 疏散距离方面 能够满足消防技术标准相关条款的要求 这就使 得该健康中心具有通过有效控制火灾烟气以保障人员疏散安全等替代方式 达到标准要求 的同等消防安全水平的可能 3 1 1 建筑构造情况 根据实地考查和查阅有关设计施工图可知 该酒店建筑物耐火等级为一级 地下层与 首层的分隔楼板为耐火等级不低于1 5 h 的不燃烧体楼板 地下层直通室外的楼梯问 已在 首层采用耐火极限不低于2 0 h 的隔墙与其它部位隔开 地下层与地上层共用的楼梯问 已 在首层与地下层的出入口处 采用耐火极限不低于2 0 h 的隔墙和乙级防火门隔丌 且设有 了明显标志 由此可见 该建筑物地下层和地上层的上述分隔 完全可以防止地下层烟气 茎些i 垒苎堡墨堑堕盔壅塑墨丝型丝墼坌堑 兰三空堡旦堕翌翌堕奎茎全璧堡坌堑 和火焰蔓延到地上层 避免地上层人员在疏散时误入地下层 同时 地下1 层汽车库为 i 类汽车库 耐火等级一级 汽车疏散坡道单独设置且直通室外地坪 人员疏散楼梯虽与地 下2 层共用 但由汽车库通向楼梯问和前室的门均为乙级防火门 且楼梯闻的蕊墙为耐火 极限不低于2 o h 的不燃烧体隔墙 地下l 层与地下2 层的分隔楼板为耐火等级不低于1 5 h 的不燃烧体楼板 因此 地下1 层和地下2 层的分隔也是完整有效的 地下2 层除健康中 心以外的配电室 空调机房 发电机房 水泵房等设备用房 均采用耐火极限不低于2 0 h 的不燃烧体隔墙和甲级防火门与其他部位进行了分隔 所以 本文在对该地下健康中心进 行性能化防火分析时 仅把它作为一个独立的地下公共娱乐场所来考虑 图3 1 地下健康中心所在地下二层平面图 该地下健康中心功能区分布情况见图3 1 疏散楼梯具体分布情况如下 净宽约1 5 1 1 1 的疏散楼梯1 主要用于保龄球室人员的疏散 净宽约o 7 m 的疏散楼梯2 主要用作按摩 房 游泳池等功能区人员的疏散 净宽约1 1 m 的疏散楼梯3 主要用于台球室 乒乓球室 以及游戏室的人员疏散 净宽约1 5 m 的疏散楼梯4 主要用于化妆 美容和更衣区人员的 疏散 净宽分别约为0 6 m 和1 1 m 的疏散楼梯5 和6 主要用于洗衣房等工作人员的疏散 该地下健康中心内任何一点至最近安全出团直线距离不超过2 0 m 疏散楼梯到室外或者到 首层的疏散距离约为1 2 m 3 1 2 消防设施情况 该地下健康中心设有火灾自动报警系统 自动喷水灭火系统和紧急广播系统等自动消 防设施 其中 火灾自动报警系统的感烟 感温探测器的保护范围遍及该地下健康中心的 每一处地方 紧急广播系统在不同功能区域分别配置了不同型式的扬声器 由于该地下健 苎些 竺苎堡堡垄堕盔壅塑 丝型丛堂坌堑 笙兰至堡望堕塾塑堕查窒全 昼坌堑 康中心除设置位置外 其他均符合国家工程建设消防技术标准的规定 由此推论 其上述 消防设施的设置 在 f 常情况下 均应达到相应的消防安全水平 该地下健康中心同时设 有机械排烟设施 在保龄球区和所有走道设置了机械排烟的排烟口 3 1 3 人员荷载情况 根据该地下健康中心施工图设计说明 其各功能区的设计活动人数如表3 l 所示 人 员荷载总量为1 0 1 人 其中未包括管家部办公室 康乐部办公室 洗衣房 职员更衣室等 的员工数量 根据经营者提供的有关材料 估算员工数量及分布情况如表3 2 所示 总数为 3 9 人 由此 该地下健康中心总的人员荷载估算为1 4 0 人 表3 1 健康中心箨功能区设计人员荷载 人 客人数员 数 功能区名称功能区数姑 单位数总数单位数惑数 保龄球室 11 51 522 保龄球休息区 11 01 0li 健身房 261 2 1i 台球室 133 按摩室 8l818 游泳池16622 美容美发室 12233 男女淋浴室 11 01 000 游戏室 441 600 接待台 l0022 合计 8 21 9 表3 2 主要i 作区人员萄载估计 人 员 数 i 作区名称i 作区数鬣 单位数 总数 管家部办公室 31 3 康乐部办公室 21 2 配电值班 l ll 洗农房办公室 ll l 洗农房 l1 3 1 3 i 作服间l33 某地下公共娱乐场所火灾烟气拧制性能分析第三章项1 3 情西 和防火宣伞i 1 标分析 机修 1 一 ll 空调机房 ll1 男女职员更欲 251 0 l 员淋浴 224 3 2 防火安全目标分析 3 2 1 防火安全目标的确定 由于该地下健康中心具有位于地下 内部结构复杂 功能多 人员密度大 排烟及疏 散困难等特点 因此本项目的防火安全目的是确保人员的生命安全 防火安全目标设定为 发生火灾时确保所有人员能够安全疏散 保证建筑物内人员安全疏散的基本条件是 在一定的时间内 在人员所在区域或疏散 经过的通道中 不会出现对人员生命构成危险的状况 对此需要考虑的主要问题是火灾烟 气的影响 本项目的防火安全目标要求确保火灾中人员的安全疏散 指的是在火灾烟气未达到危 害人员生命的状态之前 将建筑物内的所有人员安全疏散到安全区域 建筑物发生火灾后 其中的人员能否安全疏散 主要取决于两个特征时间 一个是火灾发展到对人构成危险所 需的时间 一个是人员疏散到达安全区域所需要的时间 当从火灾发生到危险状态的时问 抽 大于从火灾发生到建筑物内人员全部疏散完毕的时间坛时 便可认为达到防火安全目 标了 参见图3 2 因此 本文的两个性能判据是火灾达到危险状念判据和人员安全疏 散时间笋 掘 i 峥 皇堕塑监 一 i 等当兰当 i t m v i 一 鲑 3 2 2 1 火灾达到危险状态判据 对人而言 火灾中的危险状态是指火灾环境对其中的人员造成严重伤害的状态 火灾 1 4 苎些 竺茎坚堡些堕j 大壅塑 丝型竺些 堑 笙三主堡 笪塾竺堕坐錾全型堡竺堑 中的危险因素主要来自三个方面 火焰和烟气 q 热辐射 热烟气毒性和温度 实验研究表 明 当人体接受的热辐射通量超过o 7 5 w c m 2 对 将造成严重的烧伤 通常 当热烟气层 温度超过1 8 0 时 它对于人体的辐射就会超过造成烧伤的热通量 当热烟气层降低至人 体直接接触的高度时 通常取1 5 2 o r n 则吸入有毒气体引起人员伤亡 因此 本文分两 种情况确定火灾到达危险状态的判据 1 当烟气层高度高于人眼的特征高度 烟气层温度 达到 8 0 时 认为火灾达到危险状态 2 当烟气层高度低于人眼的特征高度 本文中 人眼的特征高度取1 s r n 认为火灾达到危险状态 这两种火灾到达危险状态的判据都在 本文中使用 取较短的时问作为火灾达到危险状念所需时间i 片 3 2 2 2 人员安全疏散时间判据 人员安全疏散时间是指从起火到人员到达安全区域所需要的时间 在火灾过程中 人 员安全疏散时阿可以按两个阶段来考虑 一个是觉察自 阶段 觉察到火灾的时刻可以从发 出火灾报警信号时刻算起 但一般前者略迟于后者 一个是觉察后阶段 即人们听到火灾 报警或发现火灾信号 到建筑物内所有人员全部安全疏散出建筑物的阶段 包括确认火灾 行动准备 疏散行动等部分 因此 人员安全疏散时 目j 为 t2 m w w 3 1 式中 岛凸 为火灾探测时闯 l r e p 为人员反应时脚 为人员疏敬运动时蒯 柴地f 公共娱乐场所火灾烟气控制性能分析笫p q 审晕点火灾危险区的确定及j e 火灾场景的模拟汁算 第四章重点火灾危险区的确定及其火灾场景的模拟计算 4 1 火灾危险源辨识 火灾危险源辨识主要是根据地下健康中心内的可燃物分布 确定可能引发火灾的可燃 物的种类 数量以及火源位置 计算不同区域的火灾荷载和火灾热释放速率 从而确定重 点火灾危险区 这些数据及分析将作为进一步进行火灾烟气控制性能化分析的依据 4 1 1 火灾发展的描述方法 火灾增长可以根据以下4 个步骤量化 一是轰燃前 这一阶段出阴燃和有焰火阶段组成 阴燃是一种缓慢的无焰燃烧形式 产 生的热非常少 但可能造成在封闭空间内充满不完全燃烧气体和烟气颗粒 这些气体的运 动取决于常温空气流动 物体的有焰燃烧会在其可燃表面形成火焰蔓延并蔓延至相邻可燃 材料 可以使用经验数据或特征火灾增长曲线描述有焰火的增长 二是轰燃 在火灾过程中 般在顶棚以下形成热气层 辐射热会从陔层传导至其下 的可燃材料 并加速它们的分解 从而加快火灾蔓延速率 经常导致轰燃和完全发展火 轰燃时 燃烧材料的持续性火焰达到顶棚 并且烟气层的温度达到6 0 0 c 释热速率将快速 上升直至达到封闭空问内的最大值 通常忽略轰燃到最大释热速率之问的增长阶段 可以 假设当轰燃发生时 释热速率同时增长到最大值 三是完全发展火 当所有燃料燃烧时 火灾达到完全发展状念 此时 释热速率取决 子有效的通风条件或燃料的数量和性质 应该同时计算通风控制状态和燃料控制状态的火 灾释热速率 占主导地位的状态将代表完全发展火 有效的通风可以使燃烧速率达到其上 限 如果限制有效通风 火灾可能发展不到轰燃阶段 而在大多数情况下就会自熄 当轰 燃发生时 可能伴随有效通风释热速率达到其最大值 在燃料控制火灾中 可燃材料能够 自由燃烧 释热速率受到燃烧物体的数量 类型和表现形式的限制 或者对于低速燃烧材 料 燃烧速率太低了以至当所有物体都燃烧了才会产生轰燃 当轰燃发生时 释热速率最 终会达到自由燃烧速率 可以假设释热速率保持在一个常数直到8 0 的燃料被耗尽 本文 不需要对这个时期以后进行分析 四是衰减 最终燃烧材料或空气耗尽或火被扑灭 火灾增长过程及火灾发展历程参见图4 1 和图4 2 1 6 某地下公共娱乐场所火灾烟气拄制性能分析第叫章重点火灾危险区的确定发j t 火灾场景的模拟计算 幽4 1 连续性火灾增欧概念说明 图4 2 一个耶受限房间火的火灾增i 之 关于热释放数据 可以通过实验 特征火灾增长曲线 相关火灾蔓延速率 面积 时问 的统计数据等一个或多个方式得到 可直接采用实验和统计数据 或者对特定封闭空问采 用特征火灾增长曲线 本文采用的主要数据是可燃物的释热速率和总释热量 数据一部分 来自实验 一部分来自文献 4 1 2 火灾荷载密度 假设可燃物在考虑区域内均匀分稚 则火灾荷载密度表示一个封闭空问内火灾在单位 楼层面积上的燃烧热值 m j m 2 它是设定火灾场景中的重要参数 确定火灾荷载特征可以采用以下两种方法 一是应用特征火灾荷载密度 从测量或评 估中获得 二是直接计算或评估 这两种方法可同时使用 也可单独使用 当火灾荷载在建筑设计寿命之内不可能有显著变化时 火灾荷载密度可以从其存在物品的 质量和热值 通过下式计算得到 某地下公共娱乐场所火灾炯气栉制性能分析 f 章系点火灾危险区的确定及j e 火灾场景的模拟计算 粤丝 4 1 n f 其中 g 是封闭空问内的火灾荷载密度 m j m 2 彳 是封闭空间内的总面积 m 2 r a 是封闭空问内每一种可燃物材料的总质量 k g 总是每一个可燃物材料的有效热值 m j k g 考虑水分影响时 可出公式 4 2 求得 h 矾 1 一m 一0 0 2 5 m 4 2 其中 风是干材料的热值 m j k g m 是含水率 干质量 简化计算时令总 风 由此可分析得到各功能区火灾荷载密度 4 1 3 火灾热释放速率 建筑中一般存在大量不同的可燃材料 因此确定火源是不太现实的 在这种情况下 更适合采用代表封闭空i 日j 内普遍可燃材料类型的一般火灾增长曲线 为了仓4 造火灾热释放 历史 首先必须建立火灾发展初期的可能增长率 根掘对火灾试验和实际火灾的分析 一 般用以下 f 的平方火 来描述 q n t t i z 4 3 其中 q g 是火灾增长阶段热释放速率 k w n 是火灾增长系数 k w s 2 f 是时间 s t 是引燃的时间 一般取o s 4 1 4 火灾增长因子n 火灾增长系数因材料类型和封闭空间形状的不同而不同 没有两场火灾是完全相同