某航站楼火灾烟气安全分析

某航站楼火灾烟气安全分析

随着建筑的快速发展，具有新概念和结构形式的公共建筑不断出现，尤其是各种大型建筑。作为城市发展的象征，它是城市建设和发展的特点。近年来,在我国新建、扩建了不少的国际机场,这类建筑所共有的一个特点是空间大,人员密度高,且建筑物内部功能复杂。这些都给机场发生火灾时的人员安全疏散带来了难题,现有的处方式建筑防火规范已经不能满足要求。基于这种情况,人员安全疏散性能化评估无疑是解决这类建筑火灾防治的重要方法。本文根据火灾荷载密度及航站楼的建筑结构,针对火灾危险性分析确定了五个火灾场景。并对每个火灾场景采用区域模拟软件CFAST计算了火灾烟气的运动规律,得出了火灾到达危险时刻的时间;根据航站楼各区域的人员及属性,运用仿真模拟软件Simulex对航站楼的人员安全疏散进行了仿真模拟,得出航站楼人员安全疏散所需的时间。将人员安全疏散所需的时间与火灾到达危险时刻的时间进行比较,对航站楼内人员的安全进行了评估。1系统设计目标由于航站楼具有内部空间大、功能多、人员多且分布和特征不确定的特点,因此航站楼的火灾安全总体目标主要是保证生命安全,即以保护建筑内人员的人身安全为标准来评价消防安全系统设计性能。保证航站楼内生命的火灾安全性能指标为ASET>RSET,见图1RSET为从火灾开始到人员疏散完毕所需时间,包括火灾探测报警时间(RSET=ASET为从火灾开始到火灾达到危险状态的时间2区域模拟及区域分析场景的引入一个建筑物内可能发生的火灾场景是多种多样的,不可能也无必要对所有的火灾场景进行列举和分析。因此选取用来分析的火灾场景应该具有代表性,尤其需要充分考虑火灾场景是否能证明设计满足具体消防安全目标。火灾场景的选取主要从人员疏散的角度进行。综合分析其各功能分区的潜在危险性,结合各功能区的火灾荷载密度,针对火灾危害性评估,本文设定的五个火灾场景如表1。CFAST作为一种区域模拟工具在火灾分析中应用比较普遍。一般将整个空间分成热烟气层和冷空气层来进行分析。在空间不大时,采用双层区域模拟的方法可以得到满意的模拟结果。但是在大空间,尤其是扁平型的大空间中,顶棚附近的高温烟气向两侧扩散的过程中,温度逐渐下降,其浮力将逐渐降低,密度增大,可能未到达侧墙已经开始下沉,空间两侧的烟气下降得比中间部分的烟气要快。在这种情况下,须对这种单一的双侧区域模拟方法进行改进大空间建筑的危险高度定义为=其中,3模型的建立和假设的设置研究安全疏散的目的就是要在火灾烟气蔓延扩散至阻塞通道或充满人员活动的房间之前,使人们能迅速从中撤离。一般把人们在危险情况下从建筑物的最不利地点撤离至建筑物外或其他安全地带的全部时间称为疏散时间。人员全部疏散完毕的时间由火灾探测报警时间(RSET=火灾探测报警时间(t人员反应时间(人员疏散运动时间(Simulex对疏散的几何学和个人的运动作了很多原则性的假设:第一,每个人被赋予一个正常的、不受阻滞的步行速度;第二,当人们之间距离很小时行走速度将会减小。第三,每个人通过选择的疏散距离图中的等距线以正确的角度方向走向出口;第四,超越、身体旋转、侧向步幅和小程度的向后的步幅可以调节。在模拟建筑物内人员的疏散时,首先要创建一个“建筑物”,建筑物由几个平面层和楼梯组成。添加一个平面,需要输入一个标准的CAD程序创建的DXF格式的绘图文件,Simulex用墙线去定义与疏散相关的物理空间。其次再添加Exit(出口),可以输入出口的编号,如Exit1、Exit2等,并输入出口的宽度。目前这个版本的软件可以最多定义50个出口,见图2。层与层之间的连接用楼梯连接,可以通过楼梯名称输入的对话框来给楼梯赋予一个名字,也可以确定楼梯长度和宽度,插入楼梯的长度是测量的楼梯坡面长度的实际尺寸,楼梯和楼梯平台用坡面和平台的长度之和来代表二者的总长度。楼梯用两个Link和楼层联系起来,Link在每个楼梯的终端,见图3。Simulex用三个圆来代表每一个人的平面形状,如图4所示,精确地模拟了实际人员。每个人的“人体”的可视平面可以用数学模型的方法表示出来,即用三个圆代表人体。图4中代表“躯体”的圆的半径为R(t),代表两个肩膀的圆的半径为R(s)。代表肩膀的圆偏移身体中心的距离为S米。航站楼内的疏散距离是依民用建筑设计规范要求而定,防火区各有出口,分区疏散。一般来说,疏散危险性是随着人员荷载和疏散距离的增加而增大的。对于主要工作区的功能建筑,人员密度低,疏散距离满足《建筑设计防火规范》的要求,疏散危险性较小。而对于人员密度高、空间庞大的功能建筑,其最远疏散距离一般是超规的,疏散危险性相对较大。但是航站楼中包括高跨度、大空间的设计形式可以让旅客能有机会看见火警,并作出决定离开发生事故的区域,烟气亦需要很长时间才能影响离火区稍远的旅客,令他们有充分时间疏散,所以航站楼内的疏散距离是可以适当提高的。表3列出了航站楼中各功能区的最远疏散距离(得自Simulex计算机软件模拟)。通过疏散过程的动态仿真,提出相对疏散时间较长的典型空间,如表4所示。4人员疏散运动时间以上各空间为典型的大空间,具有很强的蓄烟能力,一般情况下都能保证紧急情况下人员安全疏散。但是对于国际候机指廊,在登机口不作为疏散口的情况下,模拟的疏散运动时间310s,考虑报警时间和人员反应时间,最终的人员疏散时间将会是450s。由于此空间的蓄烟能力相对较差,在机械排烟下烟气层到达危险高度的时间为600s。虽然烟气层尚未达到危险高度时,人员不会有危险,但是烟气层高度过低会导致人群的恐慌,从而会延长人员疏散的时间。办票大厅中旅客一般不会逗留,并且其中可燃物仅限于旅客携带的行李,因此可以通过严格的安全管理降低火灾危险性。最大人员荷载情况下的人员疏散运动时间为276s,考虑报警和响应时间,最终的安全疏散时间为416s,比其它空间更早安全疏散,因此办票大厅的人员可以安全疏散。夹层蓄烟能力较差,但只是到离港旅客的通道,旅客不会在本区域作停留,所以只要加强本区的管理,同样能保证紧急情况下人员的正常疏散。疏散运动时间最长为迎宾厅和行李提取大厅,其中行李提取大厅的疏散运动时间为297s,考虑保险系数及报警和人员反应时间,最终的人员疏散完毕的时间为437s,在机械排烟下烟气层到达危险高度的时间约为12