某大型商业建筑的消防设计

某大型商业建筑的消防设计

1商业建筑火灾的现状随着我国经济和城市化的快速发展，各种大型商业建筑的数量越来越多，功能也越来越复杂，火灾的形势越来越严峻。近年来,国内外已经发生了许多重特大商场火灾,不但给家庭和社会带来沉重的精神和经济负担,而且在国际上产生了很大的不良影响。大型商业建筑火灾,已成为城市中最为严重的公共灾害之一。因此,对大型商业建筑进行火灾危险性评估,对于减少火灾中的人员伤亡和财产损失具有重要的意义。2火灾危险性评估某一大型二层超市高11m,平面尺寸为80m×110m,建筑占地面积11500m2,建筑面积为9900m2,职工173人,一楼为超市,主要经营食品、杂货等日常用品;二楼为商业区,主要经营服装、皮鞋等商品。由于该建筑单层面积大、可燃物品多、且处于城市中心地段、人流量大,火灾危险性比较大,因此以该超市为例进行火灾危险性评估。由于大型商业建筑具有空间大,人员密集等特性,因此本文采用FDS软件来开展模拟研究。FDS功能强大,模拟结果可靠性高以及获取方便,特别适合于性能化设计与火灾危险性评估,目前已被越来越多的业内人士所采用。3火灾场景配置火灾场景设置是火灾危险评估中最为关键的环节,火灾场景是否正确全面,将直接决定安全评估的准确性与可靠性。3.1燃烧速率快、比燃烧快在该超市内,二楼服装区存在可燃物最多,服装衣物燃烧总热值最大(燃烧热值较大、数量最多),且易于被引燃,一旦点燃以后具有燃烧速率快,释放烟气量大,放热速率快的特点。因此,根据该建筑内可燃物的分布,并依据火灾场景选取的最不利原则,本文确定二楼服装区作为最不利点位置研究,火源位置见图1。3.2火灾增长系数的确定大多数民用建筑火灾的初期增长都较缓慢,而火灾增长到一定规模后,其增长率将加速。研究表明,火灾的热释放速率与火灾发展时间的平方成正比,即:Q=α(t-t0)2工程上确定火灾增长系数α的值定义了4种标准t2火灾,即慢速火、中速火、快速火和超快速火,它们分别在600s、300s、150s、75s时刻可达到1MW的火灾规模,火灾增长系数见表1。实践表明:上述公式的三个物理量很难确定,导致火灾热释放速率也难以确定,较为准确的确定方法是通过全尺寸实火实验来测量物品在火灾过程中的热释放速率曲线。公安部天津消防研究所在进行“九五”科技攻关研究期间曾做过服装火灾试验,水平堆放的服装类火灾热释放速率略小于t2中速火的热释放速率,悬挂放置的服装类火灾热释放速率略大于t2快速火的热释放速率。由于二楼商业区内出售的多数商品的火灾危险性不会高于服装衣物的火灾危险性,其堆放形式以悬挂或叠放为主。因此,本文保守地认为二楼商业区内发生火灾时均按t2快速火发展,即火灾增长系数α=0.04689kW/s2。4预测火灾烟雾流动性的性能和安全性4.1应用程序安全目标判定准则是在设计前把各个清楚明确的设计目标转化成用确定性工程数值或概率表示的参数,它是后面进行模拟研究的性能基准。本文确定的首要火灾安全目标为:保障人员安全,即:从火灾发生到危险状态的时间TASET是否大于从火灾发生到建筑物内人员全部疏散完毕的时间TRSET,见图2。如果TASET>TRSET,则疏散过程是安全的;反之,则是危险的。4.2评估风险状态的基准(1)管道气体的高度对于大型商业建筑,其定量判断准则之一是烟气层应能在人员疏散过程中保持在距楼地面2m以上的位置。(2)辐射热对人体的安全影响根据人体对辐射热耐受能力的研究,人体对烟气层等火灾环境辐射热的耐受极限为2.5kW/m2,相当于上部烟气层的温度达到180℃～200℃。(3)毒性火灾中毒性气体主要为CO和CO2,为保守考虑,本文将CO达到500ppm时的浓度和CO2达到1%的浓度确定为危险判定指标。(4)面积大小确定能见度的定量标准应根据建筑内的空间高度和面积大小确定,本文确定能见度为10m。通过对以上因素分析,本文确定如下指标为火灾时危险状态的定量判断标准,见表2。4.3初始环境条件模拟模拟软件FDS主要参数设置如下:(1)模拟时间:&TIMETWFIN=600s;(2)时间步长:&TIMEDT=0.5s;(3)物体表面:&MISCSURF_DEFAULT=‘INERT’/绝热惰性;(4)反应物质:&REACID=‘WOOD’/;其中:SOOT_YIELD=0.01/产烟量为0.01g/g;(5)网格尺寸:0.5m×0.5m×0.5m;(6)室内外环境温度:TMPI=20℃;TMPO=20℃;不考虑风的影响,即风速为0m/s。(7)排烟情况:自然填充(机械排烟失效),开窗总面积达360m2,开窗率为4.7%。将初始环境条件输入到火灾模拟软件FDS中进行模拟,计算结果如图3所示。通过计算机模拟,可以看出:在模拟时间600s内,二楼商业区除火源区域外,2m高度处的温度最高为100℃,CO浓度最高为85ppm,CO2浓度最高为0.80%,能见度在11m左右。因此,在模拟时间(600s)内,二楼商业区内的各项指标均处于安全水平。5火灾危险性评估准确性分析目前有许多疏散仿真软件用于建筑内人员疏散的研究,虽然具有较高的可信度和准确度,但仍不能准确描绘发生火灾时可能对人员的生理及心理上造成的影响,从而影响火灾危险性评估的精确度。因此,本文中人员疏散时间采用了消防演习真实记录数据。5.1疏散人员及现场培训为了真实再现火灾场景、准确采集相关数据,消防演习中采取了以下措施:(1)专门成立了演习组织机构,由应急疏散演习指挥部、报警组等五个部门组成。并对所有参与数据测量和资料收集的人员,根据任务内容分别进行了培训,并提出具体的要求。(2)参与演习的疏散人员超市职工132人,社会群众20人,女性为男性的2倍,其中男(50人)、女(102人),年龄在15～55岁之间。(3)将演习时间定于晚22时,此时人的大脑反应较迟钝,精神即将处于低迷状态,行动较为迟缓。(4)为了准确描绘发生火灾时人员疏散的真实情况,针对该建筑设置了两个不同的火灾场景,组织了两次消防演习。同时,在二楼和疏散走道中释放了大量烟雾使之接近真实场景,使疏散人员强烈受到火场刺激。5.2第二次2演练疏散人员自身因素的影响作用,导致疏散加速全体疏散人员听到火灾报警后开始紧急疏散,从开始报警计时,到最后一人撤离门口时所用的时间为疏散时间。测得第一次疏散时间为396s,第二次疏散时间为351s。第二次疏散时间少于第一次疏散时间,是因为第二次演习疏散人员对环境更加熟悉、心理波动减弱等有利因素而致使疏散加快,疏散时间减少。因此,本文采用第一次疏散所用时间。但由于本次消防演习中的人员,大多数均为超市员工,虽然大部分为女性,但疏散人员对建筑本身比较熟悉、且都经过消防安全培训、都为中青年人,都具有足够的身体条件自行疏散到安全地点,这与实际发生火灾时的情况仍有较大出入。因此,出于保守考虑,本文在确定疏散时间时考虑了一定的安全系数(安全系数=1.2),即全部人员从二楼撤离至安全区域最终所需的时间确定为396×1.2=476s;这在一定程度上弥补了这些因素所带来的不利影响。6消防疏散的演练本文运用火灾动力学模拟软件FDS和人员疏散对设定的火灾场景进行了分析计算,经消防演习验证该软件具有较好的精度。同时,根据分析结果可以看出:该超市具有良好的蓄烟能力,即使发生快速火灾,烟气也不会在短时间内下降到危险高度;加强消防疏散的演练有助于人员安全疏散。经过和计算机模拟结果比较,可以看出:TASET>TRSET,说明在人员疏散完毕前,所有场景均能满足人员安全疏散的设定条件,该大型超市能够满足火灾情况下人员安全疏散的需要。文中为了预测火灾过