火災場景計算分析及結果運用

　　根據計算結果確定或者和修改完善設計，對于上述火災場景下能否達到設定的設計目標進行分析評價。若設計不能滿足設定的消防安全目標或低于規范規定的性能水平，則需要對其進行修改與完善，并重新進行評估直至其滿足設定的消防安全目標為止。

　　一、用于分析計算結果的判定指標

　　（一）人員生命安全判定準則

　　火災對人員的危害主要來源于火災產生的煙氣，主要表現在煙氣的熱作用和毒性方面，另外對于疏散而言煙氣的能見度也是一個重要的影響因素。所以在分析火災對疏散的影響時，一般從溫度、毒性氣體的濃度、能見度等方面進行討論。通常情況下人員疏散安全判據指標如下表4-3-6-1所示：

　　表4-3-6-1 人員疏散安全判據指標

　　項 目 人體可耐受的極限

　　能見度 當熱煙層降到2m下時，對于大空間其能見度臨界指標為10m

　　使用者在煙氣中疏散的溫度 2m以上空間內的煙氣平均溫度不大于180℃；當熱煙層降到2.0m下時，持續30分鐘的臨界溫度為60℃

　　煙氣的毒性 一般認為在可接受的能見度的范圍內，毒性都很低，不會對人員疏散造成影響（一般CO判定指標為2500ppm）。

　　注：表中指標來源于2006年12月《中國消防手冊》第三卷P726。

　　（二）防止火災蔓延擴大判定準則

　　為減少火災時財產損失和降低對工作運營的影響，消防設計主要是通過采用一系列消防安全措施控制火災的大面積蔓延擴大來實現的。造成火災蔓延的因素很多，如飛火、熱對流、熱輻射等。對于相鄰建筑物之間的火災蔓延，防火設計規范通過要求一定的防火間距來進行控制，而對于同一防火分區內的火災蔓延則沒有明確的規定。在性能化的分析中，不論是同一防火分區內的火災蔓延，還是相鄰建筑物之間的火災蔓延，都是在一定的設定火災規模下通過控制可燃物間距，或在一定間距條件下控制火災的規模等方式來防止火災的蔓延。性能化分析中通常采用輻射熱分析方法，來分析火災蔓延情況。

　　火災發生時，火源對周圍將產生熱輻射和熱對流，火源周圍的可燃物在熱輻射和熱對流的作用下溫度會逐漸升高，當達到其點燃溫度時可能會發生燃燒，導致火災的蔓延。

　　根據澳大利亞建筑規范協會出版的《防火安全工程指南》提供的資料，在火災通過輻射蔓延的設計中，當被引燃物是很薄很輕的窗簾、松散地堆放的報紙等非常容易被點燃的物品時臨界輻射強度可取10kW/m2；當被引燃物是帶軟墊的家具等一般物品時臨界輻射強度可取20kW/m2；對于5cm或更厚的木板等很難被引燃的物品臨界輻射強度可取40kW/m2。如果不能確定可燃物的性質，為了保守起見臨界輻射強度取10kW/ m2。

　　（三）鋼結構防火保護判定準則

　　火災下鋼結構破壞判定準則可分為構件和結構兩個層次，分別對應局部構件破壞和整體結構破壞。一般來說，其判定準則有下列三種形式：

　　（1）在規定的結構耐火極限時間內，結構或構件的承載力Rd應不小于各種作用所產生的組合效應Sm，即

　　Rd≥Sm （4-3-6-1）

　　（2）在各種作用效應組合下，結構或構件的耐火時間td應不小于規定的結構或構件的耐火極限tm，即

　　td≥tm （4-3-6-2）

　　（3）火災下，結構極限狀態時的臨界溫度Td應不小于在規定的耐火時間內結構所經歷的最高溫度Tm，即

　　Td≥Tm （4-3-6-3）

　　上述三個要求本質上是等效的，進行結構抗火設計時，滿足其一即可。

　　如采用臨界溫度法驗證鋼結構防火安全性，判定指標可采用日本耐火安全檢證法提供的臨界溫度指標，即Td =325℃。

　　二、計算結果分析

　　（一）煙氣模擬分析

　　煙氣模擬分析需要首先在軟件中輸入計算參數，一般火災模擬需要輸入的參數包括：

　　①模型場景物理模型；

　　②邊界條件；

　　③定義火源；

　　④定義消防系統。

　　煙氣模擬分析可以得到煙氣運動規律和模擬空間的環境參數指標，經常用到的參數包括：

　　①煙氣的溫度；

　　②煙氣的能見度；

　　③煙氣的毒性；

　　④氣體流速；

　　⑤輻射強度。

　　（二）疏散模擬分析

　　疏散模擬分析需要首先在軟件中輸入計算參數，一般疏散模擬需要輸入的參數包括：

　　①人員疏散空間模型；

　　②人員特性；

　　③流出系數；

　　④邊界層寬度。

　　人員疏散分析可以得到人員疏散的狀態，可得到的結果包括：

　　①人員疏散行動時間；

　　②最小行走路徑；

　　③疏散出口擁堵情況；

　　④出口利用的有效性。

　　三、計算結果應用

　　計算結果可以用于判定所設置的安全目標是否可以實現，如下以人員安全疏散為例進行說明。

　　保證人員安全疏散是建筑防火設計中的一個重要的安全目標，人員安全疏散即建筑物內發生火災時整個建筑系統（包括消防系統）能夠為建筑中的所有人員提供足夠的時間疏散到安全的地點，整個疏散過程中不應受到火災的危害。

　　建筑的使用者撤離到安全地帶所花的時間（RSET）小于火勢發展到超出人體耐受極限的時間（ASET），則表明達到人員生命安全的要求。即保證安全疏散的判定準則為：

　　 RSET + Ts ＜ ASET （4-3-6-4）

　　其中：

　　RSET—疏散所需要的時間；

　　ASET—開始出現人體不可忍受情況的時間，也稱可用疏散時間或危險來臨時間；

　　Ts—安全裕度。

　　式中，疏散所需時間RSET（或以tescape表示），即建筑中人員從疏散開始至全部人員疏散到安全區域所需要的時間，疏散過程大致可分為感知火災、疏散行動準備、疏散行動機到達安全區域等幾個階段。

　　危險到來時間ASET（或以trisk表示），即疏散人員開始出現生理或心理不可忍受情況的時間，一般情況下，火災煙氣是影響人員疏散的最主要因素，常常以煙氣降下一定高度或濃度超標的時間作為危險來臨時間。

　　安全裕度Ts，即防火設計為疏散人員所提供的安全余量。

　　火災時人員疏散過程與火在發展過程的關系可用圖4-3-6-1來表示。在人員疏散時間與火勢蔓延時間之間引入安全系數，以解決在發生火情可能出現的不確定性問題。

　　根據計算結果確定或者和修改完善設計，對于上述火災場景下能否達到設定的設計目標進行分析評價。若設計不能滿足設定的消防安全目標或低于規范規定的性能水平，則需要對其進行修改與完善，并重新進行評估直至其滿足設定的消防安全目標為止。否則，該試設計應被淘汰。

　　如對某一地下機械停車庫應用案例進行分析。

　　（一）煙氣流動模擬分析

　　停車庫采取機械排煙方式。車庫內不劃分防煙分區。機械排煙量按6次換氣/h確定并考慮1.5倍的安全余量，所需機械排煙量不應小于7.5×104m3/h。采取機械補風方式，低位補風，機械補風量不應小于排煙量的1/2。

　　為驗證上述排煙方案能否滿足所有火災情況下排煙要求，報告利用火災動力學軟件pyrosim2012對地下機械停車庫防排煙效果進行模擬，給出驗證結果和模擬結論，建立模型 如下。

　　

　　三維視圖 三維視圖

　　

　　小汽車 小客車

　　圖4-3-6-1 某地下機械停車庫整體模型

　　考慮位于地下六層小汽車火災，考慮自動滅火系統有效，排煙系統有效，設計最大熱釋放速率1.5MW，快速t平方火，模擬時段為1200s。

　　1.煙氣流動

　　

　　T=1200s（煙氣） T=1200s（噴淋）

　　圖4-3-6-2 煙氣流動

　　2.CO濃度

　　

　　距B6層地面2.1m高度（1200s） 距B5層地面2.1m高度（1200s）

　　

　　距B4層地面2.1m高度（1200s） 距B3層地面2.1m高度（1200s）

　　

　　距B2層地面2.1m高度（1200s） 距B1層地面2.1m高度（1200s）

　　圖4-3-6-3 CO濃度分布（距B6層地面2.1m高度）

　　3.溫度分布

　　

　　距B6層地面2.1m高度（1200s） 距B5層地面2.1m高度（1200s）

　　

　　距B4層地面2.1m高度（1200s） 距B3層地面2.1m高度（1200s）

　　

　　距B2層地面2.1m高度（1200s） 距B1層地面2.1m高度（1200s）

　　圖4-3-6-4 溫度分布（距B6層地面2.1m高度）

　　4.能見度分布

　　

　　距B6層地面2.1m高度（1200s） 距B5層地面2.1m高度（1200s）

　　

　　距B4層地面2.1m高度（1200s） 距B3層地面2.1m高度（1200s）

　　

　　距B2層地面2.1m高度（1200s） 距B1層地面2.1m高度（1200s）

　　圖4-3-6-5 能見度分布（距B6層地面2.1m高度）

　　5.模擬結果總結

　　模擬結果表明，排煙方案至少在271s為B1層人員安全疏散提供保證，至少在308s為B2層人員安全疏散提供保證，至少在357s為B3層人員安全疏散提供保證，至少在517s為B4層人員安全疏散提供保證，至少在638s為B5層人員安全疏散提供保證，至少在960s為B6層人員安全疏散提供保證。

　　（二）人員疏散模擬分析

　　該機械車庫設置2部樓梯，可用總疏散寬度為1.8m。

　　疏散人數按檢修測試狀態考慮，保守設置每層2人，共12人。

　　對于發生火災的封閉房間，則可采用《日本避難安全檢證法》提供的房間疏散開始時間量化計算方法，其計算方法如公式所示。

　　 （4-3-6-5）

　　Afloor為建筑面積，本工程單層房間面積493 m2，計算得到疏散開始時間45s，考慮一定安全系數，取60s。

　　利用Pathfinder軟件模擬疏散行動時間。

　　

　　T=10s T=20s

　　

　　T=30s T=40s

　　

　　T=50s T=60s

　　圖4-3-6-6 各時刻人員疏散狀態

　　對B1層至B6層進行人員疏散整體模擬分析，可以看出：人員通過LT1，LT2向上疏散至室外安全區，人員全部疏散至安全區域所需行動時間為62s。各樓層疏散行動時間如下表所示。

　　表4-3-6-2 B1層至B6層各區域人員疏散行動時間

　　疏散場景 樓層 人數（人） 行動時間

　　整體疏散 B6層 2 12

　　B5層 2 17

　　B4層 2 15

　　B3層 2 20

　　B2層 2 7

　　B1層 2 16

　　完成全部疏散 12 62

　　各區域人員疏散安全判斷匯總見下表。

　　表4-3-6-3 人員疏散安全性判斷表

　　區域 RSET（s） ASET（s） 是否滿足

　　疏散條件

　　B6層 78 960 是

　　B5層 86 638 是

　　B4層 83 517 是

　　B3層 90 357 是

　　B2層 71 308 是

　　B1層 84 271 是