2015年注冊(cè)消防工程師消防案例分析重要考點(diǎn)10

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火災(zāi)場(chǎng)景計(jì)算分析及結(jié)果運(yùn)用

根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定或者和修改完善設(shè)計(jì)，對(duì)于上述火災(zāi)場(chǎng)景下能否達(dá)到設(shè)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。若設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行修改與完善，并重新進(jìn)行評(píng)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(jì)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(duì)人員的危害主要來(lái)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(duì)于疏散而言煙氣的能見(jiàn)度也是一個(gè)重要的影響因素。所以在分析火災(zāi)對(duì)疏散的影響時(shí)，一般從溫度、毒性氣體的濃度、能見(jiàn)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(xiàng) 目 人體可耐受的極限

能見(jiàn)度 當(dāng)熱煙層降到2m下時(shí)，對(duì)于大空間其能見(jiàn)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(shí)，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(jiàn)度的范圍內(nèi)，毒性都很低，不會(huì)對(duì)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(lái)源于2006年12月《中國(guó)消防手冊(cè)》第三卷P726.

（二）防止火災(zāi)蔓延擴(kuò)大判定準(zhǔn)則

為減少火災(zāi)時(shí)財(cái)產(chǎn)損失和降低對(duì)工作運(yùn)營(yíng)的影響，消防設(shè)計(jì)主要是通過(guò)采用一系列消防安全措施控制火災(zāi)的大面積蔓延擴(kuò)大來(lái)實(shí)現(xiàn)的。造成火災(zāi)蔓延的因素很多，如飛火、熱對(duì)流、熱輻射等。對(duì)于相鄰建筑物之間的火災(zāi)蔓延，防火設(shè)計(jì)規(guī)范通過(guò)要求一定的防火間距來(lái)進(jìn)行控制，而對(duì)于同一防火分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)蔓延則沒(méi)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(guò)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(lái)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(lái)分析火災(zāi)蔓延情況。

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火源對(duì)周圍將產(chǎn)生熱輻射和熱對(duì)流，火源周圍的可燃物在熱輻射和熱對(duì)流的作用下溫度會(huì)逐漸升高，當(dāng)達(dá)到其點(diǎn)燃溫度時(shí)可能會(huì)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(huì)出版的《防火安全工程指南》提供的資料，在火災(zāi)通過(guò)輻射蔓延的設(shè)計(jì)中，當(dāng)被引燃物是很薄很輕的窗簾、松散地堆放的報(bào)紙等非常容易被點(diǎn)燃的物品時(shí)臨界輻射強(qiáng)度可取10kW/m2；當(dāng)被引燃物是帶軟墊的家具等一般物品時(shí)臨界輻射強(qiáng)度可取20kW/m2；對(duì)于5cm或更厚的木板等很難被引燃的物品臨界輻射強(qiáng)度可取40kW/m2.如果不能確定可燃物的性質(zhì)，為了保守起見(jiàn)臨界輻射強(qiáng)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(gè)層次，分別對(duì)應(yīng)局部構(gòu)件破壞和整體結(jié)構(gòu)破壞。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)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(shí)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(shí)的臨界溫度Td應(yīng)不小于在規(guī)定的耐火時(shí)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(gè)要求本質(zhì)上是等效的，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)時(shí)，滿足其一即可。

如采用臨界溫度法驗(yàn)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(jì)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(jì)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)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(jiàn)度；

③煙氣的毒性；

④氣體流速；

⑤輻射強(qiáng)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(jì)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(dòng)時(shí)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(jì)算結(jié)果應(yīng)用

計(jì)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(shí)現(xiàn)，如下以人員安全疏散為例進(jìn)行說(shuō)明。

保證人員安全疏散是建筑防火設(shè)計(jì)中的一個(gè)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(shí)整個(gè)建筑系統(tǒng)（包括消防系統(tǒng)）能夠?yàn)榻ㄖ械乃腥藛T提供足夠的時(shí)間疏散到安全的地點(diǎn)，整個(gè)疏散過(guò)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(shí)間（RSET）小于火勢(shì)發(fā)展到超出人體耐受極限的時(shí)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(shí)間；

ASET—開(kāi)始出現(xiàn)人體不可忍受情況的時(shí)間，也稱可用疏散時(shí)間或危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間；

Ts—安全裕度。

式中，疏散所需時(shí)間RSET（或以tescape表示），即建筑中人員從疏散開(kāi)始至全部人員疏散到安全區(qū)域所需要的時(shí)間，疏散過(guò)程大致可分為感知火災(zāi)、疏散行動(dòng)準(zhǔn)備、疏散行動(dòng)機(jī)到達(dá)安全區(qū)域等幾個(gè)階段。

危險(xiǎn)到來(lái)時(shí)間ASET（或以trisk表示），即疏散人員開(kāi)始出現(xiàn)生理或心理不可忍受情況的時(shí)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(shí)間作為危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間。

安全裕度Ts，即防火設(shè)計(jì)為疏散人員所提供的安全余量。

火災(zāi)時(shí)人員疏散過(guò)程與火在發(fā)展過(guò)程的關(guān)系可用圖4-3-6-1來(lái)表示。在人員疏散時(shí)間與火勢(shì)蔓延時(shí)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(wèn)題。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定或者和修改完善設(shè)計(jì)，對(duì)于上述火災(zāi)場(chǎng)景下能否達(dá)到設(shè)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。若設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行修改與完善，并重新進(jìn)行評(píng)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(jì)應(yīng)被淘汰。

如對(duì)某一地下機(jī)械停車庫(kù)應(yīng)用案例進(jìn)行分析。

（一）煙氣流動(dòng)模擬分析

停車庫(kù)采取機(jī)械排煙方式。車庫(kù)內(nèi)不劃分防煙分區(qū)。機(jī)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(jī)械排煙量不應(yīng)小于7.5×104m3/h.采取機(jī)械補(bǔ)風(fēng)方式，低位補(bǔ)風(fēng)，機(jī)械補(bǔ)風(fēng)量不應(yīng)小于排煙量的1/2.

為驗(yàn)證上述排煙方案能否滿足所有火災(zāi)情況下排煙要求，報(bào)告利用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件pyrosim2015對(duì)地下機(jī)械停車庫(kù)防排煙效果進(jìn)行模擬，給出驗(yàn)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(jī)械停車庫(kù)整體模型

考慮位于地下六層小汽車火災(zāi)，考慮自動(dòng)滅火系統(tǒng)有效，排煙系統(tǒng)有效，設(shè)計(jì)最大熱釋放速率1.5MW，快速t平方火，模擬時(shí)段為1200s.

1.煙氣流動(dòng)

T=1200s（煙氣） T=1200s（噴淋）

圖4-3-6-2 煙氣流動(dòng)

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(jiàn)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(jiàn)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(jī)械車庫(kù)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(cè)試狀態(tài)考慮，保守設(shè)置每層2人，共12人。

對(duì)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(kāi)始時(shí)間量化計(jì)算方法，其計(jì)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(jì)算得到疏散開(kāi)始時(shí)間45s，考慮一定安全系數(shù)，取60s.

利用Pathfinder軟件模擬疏散行動(dòng)時(shí)間。

T=10s T=20s

T=30s T=40s

T=50s T=60s

圖4-3-6-6 各時(shí)刻人員疏散狀態(tài)

對(duì)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(guò)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(dòng)時(shí)間為62s.各樓層疏散行動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間

疏散場(chǎng)景 樓層 人數(shù)（人） 行動(dòng)時(shí)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(jiàn)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