探讨建筑性能化疏散设计

1、探讨建筑性能化疏散设计摘 要 : 性能化疏散设计以建筑功能性为向导, 针对建筑火灾中“人身安全”的目标, 以科学量化技术去分析影响人命安全的各种因素, 从而保证人员的安全疏散。该文建立了安全疏散的准则和危险判据, 并采用区域模拟程序CFAST进行火灾状态参数求解, 从而对建筑火灾中人员能否安全疏散进行验证。关键词 : 建筑;疏散;性能;区域模拟Abstract:The performance-based fire escape design techonogy isinguidewithbuildingmethodananlysisdangerousfactorsfromscientificc

2、alculatingresultsand ensure personnelsaftyin fire paperconstitutes the standard of fire escape and danger two-layers model program CFAST is used to validate them.Key words:architecture; fire escape; performance; zone model1 引言性能化设计方法是目前建筑防火领域最先进的技术, 是人们关注的最前沿 , 最活跃的领域。它是一种新型的防火系统设计思路 , 是建立在更加理性条件上的一

3、种新的设计方法。 在建筑防火安全设计中 , 疏散问题是至关重要的 , 它直接影响着火灾时 , 人员、物资的安全和迅速转移。 目前 , 传统的根据规范的“处方式”防火设计方法在处理新建筑形式带来的新问题时显示一定的局限性 , 并且由于规范方法单独设防 , 缺乏综合效应的考虑 , 无法充分体现人的因素对整个安全性的影响。而性能化疏散设计以功能性为向导 , 针对建筑火灾中“人身安全”的目标 ,以科学量化技术去分析影响人命安全的各种因素, 从而保证人员的安全疏散。区域模拟的思想是由 80 年代初 , 美国哈佛大学的埃蒙斯 () 教授提出。他第一次运用质量、能量和动量守恒的原理 , 用数学分析方法描述了

4、火灾过程 , 奠定了区域模拟的理论基础。 CFAST(Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport) 是一种计算火灾与烟气在建筑物内蔓延的区域模拟程序。 最新的版本是 Version 6, 可以计算多达 30 个房间的结构形式 , 并将房间分为上下两个区域 , 假设在每一层内温度、烟气浓度等状态参数都是均匀的 , 通过求解每层能量、动量和质量的守恒方程能够得到上述参数的变化。2 安全疏散的准则和危险判据人员安全疏散的准则火灾中人员的安全疏散指的是在火灾烟气没有达到危害到着火建筑物内的人员生命状态之前 , 将建筑物内所有人员安全地疏散

5、到安全区域的行动。建筑物发生火灾后, 其中的人员是否安全疏散主要取决于两个特征时间, 一是火灾发展到对人构成危害所需的时间, 称为可用安全疏散时间(Availiable SafetyEgress Time,ASET),另外一个是人员疏散到达安全区域所需要的时间, 称为所需安全疏散时间 (RequiredSafetyEgress Time,RSET)。如果人员能在火灾达到危险状态之前就全部疏散到安全区域, 便可认为该建筑物的防火安全设计对火灾中的人员疏散是安全的。保证人员安全疏散的基本准则是:ASET>RSET在此过程中 , 保证建筑物内人员安全疏散的前提是楼内所有人员疏散完毕所需的时间必

6、须小于火灾发展到危险状态的时间。下面结合图 1 火灾发展过程通用的时间线概念来说明这些问题。安全疏散时间 RSET火灾过程中 , 人员疏散所需的时间 RSET大体可按以下三个阶段来考虑 :(1) 报警时间 T1, 即从火灾发生到发现火情这段时间间隔。 (2) 人员反应时间 T2, 即从发现火情到开始疏散之间的这段时间。 (3) 人员疏散运动时间 T3。通常定义为人员开始疏散到安全区的时间。所需安全疏散时间是指从起火时刻起到人员疏散到安全区域的时间 , 因此所需安全疏散时间 RSET= T1+T2+T3本文采用 20XX年日本颁布的疏散评估计算方法, 它可以表示由火灾发生到疏散开始的疏散时间、由

7、疏散开始到疏散结束的疏散行为计算程序和方法。不妨假定人员反应时间T2=120s,依据该算法 , 无论任何区域发生火灾,火灾发生区域的现场人员肯定是最先感触到危险并开始疏散行动的, 对于共用一个出口房间的情景疏散开始计算时间为:危险判据及可用安全疏散时间ASET可用安全疏散时间ASET是指从起火时到火灾对人员安全构成危险状态的时间段。参考美国国家标准技术研究所建筑与火灾研究室建立s 的 ASET程序中危险判据 , 定义时间 ASET=min t1,t2,t3, 含义如下 :t1:认为当烟气层高于人眼的特征高度(人眼的特征高度通常为, 我们取 )时, 当上层烟气的温度达到可以构成人体威胁温度180

8、时的时间。t2:当烟气层高度低于人眼的特征高度时, 对人体的危害将是直接烧伤或者吸入热气体引入的, 这时用另一略低的烟气临界温度来表示危险状态, 此值约为110120, 我们把这个危险时间定为t2 。t3: 考虑烟气的毒害性 , 由于毒性气体种类复杂性, 本文计算只考虑 CO的毒性影响 , 可以认为 , 当 CO的含量为时 , 达到了危险的程度。3 应用实例建筑火灾进行区域模拟计算选用区域火灾程序CFAST,对实例建筑火灾进行计算可以得到建筑火灾中烟气层温度、分层厚度、典型燃烧产物浓度等参数随时间的变化, 根据这些变化和人员疏散的危险判据和准则 , 可以进行人员安全疏散、消防设施功能等问题的分

9、析。如图 2 所示 , 该实例共有四个房间组成 , 房间的高度都为 , 其中 , 中间的为会议室 , 左侧和右侧的均为办公场所 , 除了会议室 A2和办公室 A4相通的门是半开着的 , 其它房间相通的门均为完全敞开的。 假定会议室沙发起火 , 以间隔 30s 的时间进行总共 1000s 的计算结果输出。各个房间主要参数随时间变化的区域模拟计算结果如图4、5、6 所示。4 结论分析从计算结果得到, 办公室A1 火灾上层烟气在290s 时下降到人眼高度, 但是该房间两个烟气层的温度都没有达到危险数值, 到320s 时, 烟气毒性达到危险指标。着火房间A2 在 300s 时, 上层温度达到180,

10、对人员构成威胁。房间A3在 260s 时, 烟气达到人眼高度 , 但是温度并未达到对人员构成威害。 房间 A4 烟气在 270 s 时, 烟气达到人眼高度 , 但是由于门半敞开 , 在 310s 时, 上层烟气温度上升达到了 180。由危险判定条件 , 取 AEST为 260s。同样 , 对于办公楼 , 由于人员相对固定 , 对建筑物较为熟悉 , 可以取则 REST为, 房间设计满足人员安全疏散的基本准则是 ASET>RSET。由计算结果得知 , 房间 A1、A3 应重点考虑烟气的毒性 , 可以选择感烟探测器和防排烟装置。 房间 A2、A4 则主要考虑温度对人员的危害, 应设置有感温探测器。类似的着火位置可以选择不同的房间, 做出不同的消防规划 , 在满足人员安全疏散基本准则的前提情况下, 选取经济性最优的方案。5 结束语性能化建筑防火疏散设计, 利用对火灾过程计算机模拟得到的定量分析结果 , 给予建筑设计人员明确的指导, 能发挥设计人员的主观创造能力, 加速技术革新。它的灵活多样性和技术的多样化给建筑设计人员提供更多的选择, 从而在确保人员安全性的前提下, 谋求效益比的最优化。参考文献 :范维澄 , 王安清 ,