2015年注冊消防工程師消防案例分析重要考點10

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火災(zāi)場景計算分析及結(jié)果運用

根據(jù)計算結(jié)果確定或者和修改完善設(shè)計，對于上述火災(zāi)場景下能否達(dá)到設(shè)定的設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行分析評價。若設(shè)計不能滿足設(shè)定的消防安全目標(biāo)或低于規(guī)范規(guī)定的性能水平，則需要對其進(jìn)行修改與完善，并重新進(jìn)行評估直至其滿足設(shè)定的消防安全目標(biāo)為止。

一、用于分析計算結(jié)果的判定指標(biāo)

（一）人員生命安全判定準(zhǔn)則

火災(zāi)對人員的危害主要來源于火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣，主要表現(xiàn)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(zāi)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(jìn)行討論。通常情況下人員疏散安全判據(jù)指標(biāo)如下表4-3-6-1所示：

表4-3-6-1 人員疏散安全判據(jù)指標(biāo)

項 目 人體可耐受的極限

能見度 當(dāng)熱煙層降到2m下時，對于大空間其能見度臨界指標(biāo)為10m

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

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

注：表中指標(biāo)來源于2006年12月《中國消防手冊》第三卷P726.

（二）防止火災(zāi)蔓延擴大判定準(zhǔn)則

為減少火災(zāi)時財產(chǎn)損失和降低對工作運營的影響，消防設(shè)計主要是通過采用一系列消防安全措施控制火災(zāi)的大面積蔓延擴大來實現(xiàn)的。造成火災(zāi)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(zāi)蔓延，防火設(shè)計規(guī)范通過要求一定的防火間距來進(jìn)行控制，而對于同一防火分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)蔓延則沒有明確的規(guī)定。在性能化的分析中，不論是同一防火分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)蔓延，還是相鄰建筑物之間的火災(zāi)蔓延，都是在一定的設(shè)定火災(zāi)規(guī)模下通過控制可燃物間距，或在一定間距條件下控制火災(zāi)的規(guī)模等方式來防止火災(zāi)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(zāi)蔓延情況。

火災(zāi)發(fā)生時，火源對周圍將產(chǎn)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(dāng)達(dá)到其點燃溫度時可能會發(fā)生燃燒，導(dǎo)致火災(zāi)的蔓延。

根據(jù)澳大利亞建筑規(guī)范協(xié)會出版的《防火安全工程指南》提供的資料，在火災(zāi)通過輻射蔓延的設(shè)計中，當(dāng)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(dāng)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(zhì)，為了保守起見臨界輻射強度取10kW/ m2.

（三）鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)判定準(zhǔn)則

火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)破壞判定準(zhǔn)則可分為構(gòu)件和結(jié)構(gòu)兩個層次，分別對應(yīng)局部構(gòu)件破壞和整體結(jié)構(gòu)破壞。一般來說，其判定準(zhǔn)則有下列三種形式：

（1）在規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力Rd應(yīng)不小于各種作用所產(chǎn)生的組合效應(yīng)Sm，即

Rd≥Sm （4-3-6-1）

（2）在各種作用效應(yīng)組合下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐火時間td應(yīng)不小于規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐火極限tm，即

td≥tm （4-3-6-2）

（3）火災(zāi)下，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)時的臨界溫度Td應(yīng)不小于在規(guī)定的耐火時間內(nèi)結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的最高溫度Tm，即

Td≥Tm （4-3-6-3）

上述三個要求本質(zhì)上是等效的，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計時，滿足其一即可。

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

二、計算結(jié)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(shù)，一般火災(zāi)模擬需要輸入的參數(shù)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(tǒng)。

煙氣模擬分析可以得到煙氣運動規(guī)律和模擬空間的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)，經(jīng)常用到的參數(shù)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(shù)，一般疏散模擬需要輸入的參數(shù)包括：

①人員疏散空間模型；

②人員特性；

③流出系數(shù)；

④邊界層寬度。

人員疏散分析可以得到人員疏散的狀態(tài)，可得到的結(jié)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(jié)果應(yīng)用

計算結(jié)果可以用于判定所設(shè)置的安全目標(biāo)是否可以實現(xiàn)，如下以人員安全疏散為例進(jìn)行說明。

保證人員安全疏散是建筑防火設(shè)計中的一個重要的安全目標(biāo)，人員安全疏散即建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時整個建筑系統(tǒng)（包括消防系統(tǒng)）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(yīng)受到火災(zāi)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(fā)展到超出人體耐受極限的時間（ASET），則表明達(dá)到人員生命安全的要求。即保證安全疏散的判定準(zhǔn)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(xiàn)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(qū)域所需要的時間，疏散過程大致可分為感知火災(zāi)、疏散行動準(zhǔn)備、疏散行動機到達(dá)安全區(qū)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(xiàn)生理或心理不可忍受情況的時間，一般情況下，火災(zāi)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(biāo)的時間作為危險來臨時間。

安全裕度Ts，即防火設(shè)計為疏散人員所提供的安全余量。

火災(zāi)時人員疏散過程與火在發(fā)展過程的關(guān)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(shù)，以解決在發(fā)生火情可能出現(xiàn)的不確定性問題。

根據(jù)計算結(jié)果確定或者和修改完善設(shè)計，對于上述火災(zāi)場景下能否達(dá)到設(shè)定的設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行分析評價。若設(shè)計不能滿足設(shè)定的消防安全目標(biāo)或低于規(guī)范規(guī)定的性能水平，則需要對其進(jìn)行修改與完善，并重新進(jìn)行評估直至其滿足設(shè)定的消防安全目標(biāo)為止。否則，該試設(shè)計應(yīng)被淘汰。

如對某一地下機械停車庫應(yīng)用案例進(jìn)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(nèi)不劃分防煙分區(qū)。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(yīng)小于7.5×104m3/h.采取機械補風(fēng)方式，低位補風(fēng)，機械補風(fēng)量不應(yīng)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(zāi)情況下排煙要求，報告利用火災(zāi)動力學(xué)軟件pyrosim2015對地下機械停車庫防排煙效果進(jìn)行模擬，給出驗證結(jié)果和模擬結(jié)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(zāi)，考慮自動滅火系統(tǒng)有效，排煙系統(tǒng)有效，設(shè)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(jié)果總結(jié)

模擬結(jié)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(shè)置2部樓梯，可用總疏散寬度為1.8m.

疏散人數(shù)按檢修測試狀態(tài)考慮，保守設(shè)置每層2人，共12人。

對于發(fā)生火災(zāi)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(shù)，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(tài)

對B1層至B6層進(jìn)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(qū)，人員全部疏散至安全區(qū)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(qū)域人員疏散行動時間

疏散場景 樓層 人數(shù)（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(qū)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(qū)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