超大空間消防設(shè)施強(qiáng)化方案之正文.doc

畢 業(yè) 論 文學(xué)生姓名： * 學(xué) 號： 0804042* 學(xué) 院： 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 安全工程 題 目： 超大空間消防設(shè)施強(qiáng)化方案 指導(dǎo)教師： 冉海潮(教授) 評閱教師： 孫忠強(qiáng)(講師) 2012 年 6 月 畢 業(yè) 論 文 中 文 摘 要 某些超大空間建筑由于功能的需要一些消防設(shè)施無法按現(xiàn)行的消防規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，因此只能對其進(jìn)行性能化設(shè)計。本文以廣州國際會議展覽中心為例，針對建筑的具體情況，運用安全學(xué)知識提出性能化設(shè)計的設(shè)計目標(biāo)，然后從防止火災(zāi)蔓延，提高火災(zāi)探測器靈敏度，防排煙設(shè)計等多方面進(jìn)行性能化設(shè)計，提出合理的消防設(shè)施強(qiáng)化方案，然后通過火災(zāi)場景設(shè)定，F(xiàn)DS軟件模擬等手段進(jìn)行了火災(zāi)模擬研究，分析人員安全疏散的時間，驗證該的有效性。關(guān)鍵詞 超大空間 消防設(shè)施 性能化設(shè)計 強(qiáng)化方案畢 業(yè) 論 文 外 文 摘 要Title Intensive Schemes for Oversize-spaces Fire-fighting Equipment AbstractSome fire-fighting equipment cant be designed based on the current fire protection rule due to the buildings function. This article takes Guangzhou International Convention & Exhibition Center for example. Design goal was established by the safety engineering knowledge. Then preventing fires spread and improving the fire detectors sensitivity was designed based performance. A reasonable intensive scheme for fire-fighting equipment was put forward. And effectiveness of the new scheme was analyzed the by simulating the fire scene with FDS. The new scheme can provide similar buildings reference.Key Words oversize-space fire-fighting equipment performance-based design intensive schemes 本科畢業(yè)論文 第 頁 共 頁 目 錄1 緒論 11.1 超大空間建筑 11.2 研究背景及意義 12 工況概況及存在的問題 12.1 工況概況 12.2 存在的問題 33 性能化設(shè)計 53.1 設(shè)計目標(biāo) 53.2 設(shè)計策略 54 火災(zāi)設(shè)定場景 84.1 火災(zāi)發(fā)展過程 94.2 火災(zāi)增長系數(shù)（）確定 94.3 熱釋放速率的確定 104.4 火災(zāi)設(shè)定 115 安全疏散模擬 125.1 準(zhǔn)安全區(qū)域的擬定 125.2 疏散出口寬度 135.3 疏散時間 135.4 FDS模擬 15結(jié)論 16致謝 17參考文獻(xiàn)18本 科 畢 業(yè) 論 文 第 19 頁 共 23 頁 1 緒論1.1 超大空間建筑有許多建筑的類別包括在了“超大空間建筑”的概念當(dāng)中，比如說，其中包括了體育、交通、觀演、博覽建筑，這類建筑與過去的建筑比較，具有了規(guī)模大型化、技術(shù)現(xiàn)代化以及建筑造型非標(biāo)準(zhǔn)化的特點，這些建筑所共有的特點就是單一的大空間是建筑物實現(xiàn)自身功能的最主要的部分1。這個共同特點就決定了超大空間的重要性，不論是在空間規(guī)模還是在功能特點經(jīng)及在空間表達(dá)等各個方面上，超大空間都處于最主要的地位。在建筑中具有輔助功能的那一些空間，盡管有的時候會數(shù)量眾多，但是這些空間無論在規(guī)模、功能還是在形態(tài)判斷等方面仍然要處于次要的從屬地位。能夠?qū)τ诔罂臻g建筑的概念進(jìn)行明確的界定的權(quán)威性概念就是這個非常明確的主次關(guān)系?，F(xiàn)在生活中的一些機(jī)場候機(jī)樓、展覽樓以及體育館等公共建筑的規(guī)模一般都比較大，這些大規(guī)模建筑通常具有下面的共同特點：這些建筑的樓層都是二層或者三層，一般層數(shù)較少；這些建筑的層樓高一般都可達(dá)到10m到16m之間甚至還有更高的，所以說它們的空間高；這些建筑物的單層樓的面積可大到2萬到4萬之間甚至還會更大，整個建筑物的面積可大到10萬多平方米2，因此我們說這些建筑的面積大。我們對超大空間的這類建筑進(jìn)行消防設(shè)計的時候，既要達(dá)到一般公共建筑消防設(shè)計的要求，更要考慮到這類建筑的面積大、空間高以及各建筑物自身使用功能的特殊需要，所以說這類建筑的消防設(shè)計又會具有一定的特殊性和一定的難度。1.2 研究背景和意義近些年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，超大空間建筑大量出現(xiàn)。我國最新的建筑消防規(guī)范是2005年修訂的高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范，該規(guī)范主要針對一些傳統(tǒng)的建筑，因為超大空間特殊的功能需要，一些消防設(shè)計不能按照該規(guī)范設(shè)計，超出了該規(guī)范的要求。一般超大空間場所都是公共場所，在這些場所在人員密集、流動人口的數(shù)量多，來這里的很大一部分人員對此場地的疏散路線不熟悉，這些人員更是不了解此建筑的布局及建筑的周圍環(huán)境。在發(fā)生火災(zāi)的危險情況下，來這里的人員容易驚慌失措，很可能會擁堵疏散通道的出口。如果在防火設(shè)計上面出現(xiàn)問題，后果將會不堪設(shè)想。這將會對人的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此對超大空間消防設(shè)計進(jìn)行強(qiáng)化勢在必行，迫在眉睫。2 工程概況以及存在的問題2.1 工程概況廣州國際會議展覽中心地處廣州市區(qū)東南部琶洲島，該會展中心完全建成后將成為了亞洲地區(qū)規(guī)模最大，在世界上僅次于德國漢諾威展覽中心，居第二位3。該會展中心整體規(guī)模用地面積41.5萬，建筑面積39.5萬，這個建筑物的總長是458.5，總寬318.2，該會展中心的大功能區(qū)主要是有6個：第一個是展廳它包括南面和北面這兩面展廳；第二個功能區(qū)是室外的展場；第三功能區(qū)是珠江散步道；第四功能區(qū)是車道；第五功能區(qū)是東入口車道；第六功能區(qū)就是包括餐廳、設(shè)備用房以及辦公用房在辦的其他用房。會展中心一共有7層，其中包括架空層還有夾層在內(nèi)，展廳、車庫、餐廳以及設(shè)備用房都主要在架空層。第一層和第四層是展廳以及餐廳，第二層是珠江散步道和商務(wù)用房，第三層、第五層和第六層是辦公和設(shè)備用房。會展這個建筑物的總高度是39.5m，第一層展廳的最大凈高是16m，第四層的凈空高度不小于8.5m。展廳采用的展位尺度是3m3m，這是國際上通用的最小的展位基本尺寸，設(shè)計使用的模數(shù)單元是3030，一個大展廳單元就是90m，平面構(gòu)成的各個展廳都是90m128m的矩形形狀的平面。第一層有8個展廳，第二層有5個展廳，另外，室外還有3個展廳，這一共是有16個展廳。展廳是一個由5個大廳連續(xù)為一體的平面展覽空間，這5個大廳的組合互不相干擾，可由單個或多個靈活變化。第一層第二層的展廳都分別再和位于中央部位貫通東西向的珠江散步道相連通著。珠江散步道是東西方向的室內(nèi)交流空間，它是由玻璃幕墻和大屋頂構(gòu)成的，寬30m，長約450m，這個場所既可以提供多種多樣的信息，也可以為來這里的人們提供舒適的休息環(huán)境，還可以作為主要的人流垂直、水平交通通道3。圖1 第一層展廳防火分區(qū)劃分會展中心的兩層空間一共有13個大型展廳在內(nèi)，其中就有12個展廳的面積超過了100004。設(shè)計者為了讓使用方滿足所提出的要求，把第一層的8展廳分成了8個防火分區(qū)，把第二層的5展廳分成了5個防火分區(qū)，這樣，除了展廳7，其它各個分區(qū)的面積都是11000（128m86m），第一層展廳的防火分區(qū)劃分示意圖見圖1。2.2 存在的問題2.2.1 防火分區(qū)過大防火分區(qū)劃分的主要目的是防止火災(zāi)蔓延，避免重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。我們劃分防火分區(qū)的主要目的就在于，在發(fā)生火災(zāi)的情況下，防火分區(qū)可以把火勢控制在一定的范圍內(nèi)而不增大，這就會有利于消防人員進(jìn)行撲救，從而達(dá)到減少火災(zāi)造成損失的效果。高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范的第5.1.2條有規(guī)定：展覽廳已經(jīng)裝設(shè)有火災(zāi)自動報警和自動滅火系統(tǒng)，且采用的裝修材料是不燃或難燃材料時，地上部分防火分區(qū)的允許最大建筑面積為4000平方米5。但是廣州國際會展這項工程的大部分標(biāo)準(zhǔn)展廳設(shè)計的面積都高達(dá)11000。從理論上講，每個展廳至少應(yīng)劃分成3個防火分區(qū)，但是如果在展廳中央設(shè)置大量的防火卷閘，這些防火卷閘會嚴(yán)重地破壞展廳的整體性和人流的交通組織，這就會直接影響到其使用功能。所以我們只能把每個展廳劃分為一個防火分區(qū)，這樣的話一個防火分區(qū)的面積就等于一個標(biāo)準(zhǔn)展廳的面積，約為11000，所以這就會超出規(guī)范要求規(guī)定的4000，而且由于展廳單元組合使用功能需要，我們可以在結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行減柱的特殊處理，這就會使各個展館單元之間形成無柱連接的現(xiàn)象而融為一體，這種空間具有很強(qiáng)的可塑性和靈活性，還能創(chuàng)造最大的可用凈面積，這種面積可高達(dá)60000，而且這會是一個相當(dāng)完整的無柱會展空間，能夠以超大的體量為展覽提供無限的布展創(chuàng)意空間。因此這嚴(yán)重超出了國家防火設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。2.2.2 疏散距離過大高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范第6.1.7條規(guī)定：對于高層建筑內(nèi)的觀眾廳、展覽廳、多功能廳以及餐廳、營業(yè)廳和閱覽室等，這些室內(nèi)的任何一點和最近的疏散出口間的直線距離不應(yīng)超過30m；其他房間內(nèi)最遠(yuǎn)的一點和房門之間的直線距離不宜超過15m5。該工程的整個建筑群呈長方形布置，由于在設(shè)計時采取了減柱結(jié)構(gòu)，因此我們無法在展廳的中間部位設(shè)立足夠多的疏散樓梯。該建筑整體形狀為矩形，因此最遠(yuǎn)疏散距離點為展廳側(cè)邊線上靠近消防車道的一側(cè)，距離疏散出口的距離達(dá)到了80m，如圖2。因此疏散距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的30m。圖2 最遠(yuǎn)疏散距離示意圖2.2.3 探測器安裝高度超規(guī)探測器是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的重要組成部分，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測火災(zāi)隱患，肩負(fù)安全防范重任。對于大型會展建筑，消防監(jiān)控的重點和難點在于展覽大廳大空間的火災(zāi)探測。根據(jù)GB50116-2008火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，對于高度超過12m的空間，常規(guī)的點型感煙探測器已經(jīng)不適宜6。因此該會展中心如果安裝火災(zāi)探測器，其高度是超出國家規(guī)范的。2.2.4 滅火系統(tǒng)問題通常而言，水系滅火方式在超大空間內(nèi)好像是最合適宜的選擇，但是在一些大空間中的可燃物沒有集中放置，還有一些大空間一旦被水作用以后就會造成很大的損失，我們考慮到設(shè)備的有效性和可行性，大面積安裝噴灑噴頭會造成兩種后果:一是結(jié)構(gòu)上不合理，二是作用效果受高度的影響大。建規(guī)規(guī)定:容量超過3000人的大空間建筑要安裝自動噴水滅火設(shè)備。實際上，我國現(xiàn)有的自動噴水滅火系統(tǒng)及噴頭，一般工作高度為8m;采用快速響應(yīng)早期抑制噴頭，工作高度可以達(dá)到12m7。因此對于高度超過12m的廣州國際會展中心無法采用固定自動噴水滅火系統(tǒng)。2.2.5 排煙系統(tǒng)問題廣州國際會展中心大廳因其內(nèi)敞空間高大，在防排煙設(shè)計上與其他有標(biāo)準(zhǔn)層高的建筑有很大的不同。一直以來，讓設(shè)計人員感到困擾的問題就是對于高大空間而言的排煙量確定的問題。實際中的防排煙設(shè)計都是常規(guī)性的，在對像會展這樣的大空間的排煙量進(jìn)行設(shè)的時候，設(shè)計人員考慮的主要問題就是對中庭排煙量的要求。高層建筑防火規(guī)范8.4.2.3規(guī)定：中庭體積小于17000m時，其排煙量按其體積的6次/h換氣計算；中庭體積大于17000m時，其排煙量按其體積的4次/h換氣計算，但最小排煙量不應(yīng)小于102000m/h。但是如果廣州國際會展中心按照4次/h換氣計算，一個展廳一個小時需要排煙720000m，這個數(shù)值很大，很難實行，也完全沒有必要。3 性能化設(shè)計性能化設(shè)計是指根據(jù)建設(shè)工程使用功能和消防安全要求，運用消防安全工程學(xué)原理，采用先進(jìn)適用的計算分析工具和方法，為建設(shè)工程消防設(shè)計提供設(shè)計參數(shù)、方案，或?qū)ㄔO(shè)工程消防設(shè)計方案進(jìn)行綜合分析評估，完成相關(guān)技術(shù)文件的工作過程。2009年公安消防局頒布的建設(shè)工程消防性能化設(shè)計評估應(yīng)用管理暫行規(guī)定規(guī)定可采用性能化設(shè)計評估的工程項目有：（1）超出現(xiàn)行國家消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍的；（2）按照現(xiàn)行國家消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防火分隔、防煙排煙、安全疏散、建筑構(gòu)件耐火等設(shè)計時，難以滿足工程項目特殊使用功能的。由于實際的需求，導(dǎo)致廣州國際會展中心出現(xiàn)防火分區(qū)面積過大，疏散距離過大等問題，滿足無法按照現(xiàn)行國家規(guī)范進(jìn)行消防設(shè)計，符合建設(shè)工程消防性能化設(shè)計評估應(yīng)用管理暫行規(guī)定，因此本文對廣州國際會展中心的問題提出性能化設(shè)計。針對新型防火系統(tǒng)的設(shè)計思路就是性能化設(shè)計了，這種設(shè)計方法是建立在一種更加理性條件上，首先運用消防安全工程學(xué)提出的原理和方法制定出整套的防火系統(tǒng)預(yù)期要達(dá)到的目標(biāo)，然后再根據(jù)建筑物自身的現(xiàn)實狀態(tài)，用一切可能用到的方法對建筑物內(nèi)可能發(fā)生火災(zāi)的危害和導(dǎo)致后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行評價和預(yù)測，以設(shè)計出最好的方案和保護(hù)措施為目的8。這種設(shè)計方法不是根據(jù)確定的或一成不變的模式進(jìn)行設(shè)計的。3.1 設(shè)計目標(biāo)在使用廣州國際會展中心這一建筑物過程中的最大特點就是人員的大量聚集和流動是其最大特點，所以，我們遵照以下的原則對該建筑進(jìn)行消防性能化設(shè)計：(1)保證人員安全。在建筑物內(nèi)部的一個火災(zāi)危險范圍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的時候，可用的安全地疏散人員所用的時間 (ASET)應(yīng)該大于實際需要的安全疏散時間(RSET)，也就是ASETRSET這個關(guān)系式必須成立，這樣才能保證人員在相對安全的環(huán)境下進(jìn)行疏散，人員生命安全才能不受到威脅。(2)阻止火災(zāi)一直擴(kuò)大和蔓延的趨勢。采取合理分隔防火的措施，以保護(hù)建筑空間的安全，減少火災(zāi)對建筑物的影響。3.2 設(shè)計策略3.2.1 防止火災(zāi)在防火分區(qū)之間蔓延8m高的內(nèi)部卡車通道將廣州國際會展中心主體的第一層劃分成了南北兩組的大空間，南側(cè)有5個展廳，大約有60000；北側(cè)有3個展廳，大約有26000。為了讓劃分好的空間既安全又美觀，我們在每個展廳之間安裝8m高的不銹鋼防火卷簾門，在兩個展廳之間的4m人行通道一側(cè)，我們還布置30m一組的雨淋式噴頭，這些噴頭就在卷閘一側(cè)，在發(fā)生火災(zāi)的情況下，噴水系統(tǒng)可以選擇性地對火源附近卷閘的噴射進(jìn)行加強(qiáng)，這樣就會降低卷閘的溫度從而達(dá)到了阻止火勢漫延的作用，同時安裝局部噴射設(shè)備也會減少消防的用水量從而會節(jié)省對消防設(shè)備的投入。防火卷簾布置見圖3。圖3 防火卷簾位置3.2.2 探測器設(shè)計按設(shè)備對現(xiàn)場信息采集原理，探測器的分類為：離子型探測器、光電型探測器、線性探測器。按設(shè)備在現(xiàn)場的安裝方式分為：點式探測器，纜式探測器，紅外光束探測器。 廣州國際會展中心展覽的展品一般為布料，木制品等，這些展品發(fā)生產(chǎn)生的火為明火。煙、溫度和特殊氣體的傳播需要時間，對于高大的廣州國際會展中心點型火災(zāi)感煙探測器已不適用。而火焰探測器在火災(zāi)發(fā)生之初即可探測到火災(zāi)的發(fā)生，最靈敏，所以選擇紅外火焰探測器。廣州國際會展中心可以采用適合超大空間的先進(jìn)紅外火災(zāi)探測器：雙波段圖像火災(zāi)探測器（簡稱雙波段探測器）。雙波段探測器是一種智能探測火災(zāi)的設(shè)備，它具有探測火焰的功能，能大空間和其他的特殊空間都可以用它。這個探測器的系統(tǒng)有多個模式，這些模式都可以識別火災(zāi)，可靠性高，最大探測距離為超過100米，而且定位精度高，100m距離處的定位誤差不超過3.6m，可以實現(xiàn)火災(zāi)的早期準(zhǔn)確探測9。表2 雙波段探測器技術(shù)指標(biāo)組別1234最大探測距離（m）306080100保護(hù)角度（H*V）6050423232242217下面以探測距離為30m的第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行計算舉例，探測器的安裝高度為h=15m（1） 根據(jù)角度計算為：縱向間距a1=30sin6026m橫向間距b=30sin5023m（2） 根據(jù)勾股定理，探測器之間的距離應(yīng)該為：a2=（3030-1515）1/226m探測器之間的距離應(yīng)該以最小間距為準(zhǔn)。因為a1 =a2，所以最大縱向間距為amax=26m，因為ba2，所以最大橫向間距為bmax=23m。由于展廳的面積為12890，所以所需探測器的個數(shù)計算如下：n1=128264.9n2=90233.9為了滿足規(guī)范，n1取5，n2取4，因此所需探測器的個數(shù)為45=20。同理計算出其它三組的探測器間距和個數(shù)，如下表表3 探測器間距和個數(shù)組別1234最大橫向間距23313229最大縱向間距26404237標(biāo)準(zhǔn)展廳需要個數(shù)20121216考慮成本問題，應(yīng)該以布置探測頭個數(shù)最少為準(zhǔn)，通過對比第2組和第3組所需個數(shù)最少，由于第三組的最大橫向間距和最大縱向間距大，因此第3組更安全，所以選擇第3組布置探測器。探測器在防火分區(qū)1的布置圖如圖4。圖4 防火分區(qū)1探測器布置圖3.2.3 滅火設(shè)計滅火的實效性和經(jīng)濟(jì)性一直在大空間建筑的消防系統(tǒng)中是非常突出的重點。近年來廣泛應(yīng)用的自動消防炮系統(tǒng)可替代水噴淋系統(tǒng)，大大提高滅火效果，同時保證建筑物的整體美觀。在火災(zāi)自動報警以后會對著火空間進(jìn)行定位，之后的系統(tǒng)會控制著消防炮進(jìn)行定點地?fù)渚?，這個過程是完全自動的。自動消防炮的最大射程可達(dá)50m以上，可以很好地解決大空間自動滅火難的問題。自動消防炮只會沖著火范圍進(jìn)行滅火，不會對沒有火災(zāi)的范圍產(chǎn)生影響或只是產(chǎn)生很小的影響，這絕對會減少撲火救災(zāi)過程中造成的損失。在廣州國際會展中心周圍設(shè)置消防水炮滅火系統(tǒng)，設(shè)計流量按40L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為1h。消防水炮系統(tǒng)采用穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)，獨立供水管網(wǎng)。自動消防炮與雙波段探測器或光截面探測器聯(lián)動，進(jìn)行空間自動定位并鎖定火源點，自動啟動電動閥噴射滅火，也可以采用遠(yuǎn)程手動滅火和現(xiàn)場手動滅火。消防水炮工作壓力為0.80MPa，布置保證任何著火點同時有2門水炮的水射流到達(dá)。消防水炮可以具備霧柱轉(zhuǎn)化功能，起到高效滅火、控火和不傷害人員的作用。3.2.4 防排煙設(shè)計第一層展廳側(cè)面高于8米的部分設(shè)置玻璃窗，第二層展廳側(cè)面也設(shè)置玻璃窗，第一層和第二層8米之內(nèi)的部分設(shè)置防火玻璃，上部設(shè)置自動排煙窗。如果發(fā)生危險火災(zāi)，展廳兩側(cè)防火卷閘自動降至1.601.80m處，煙氣將沿卷閘及側(cè)壁向上蔓延引發(fā)自動報警系統(tǒng)啟動，此時兩側(cè)上空的自然排煙窗(開口面積占每個展廳面積2)開始打開，并在180s內(nèi)完全張開，有利于降低展廳內(nèi)的煙氣濃度、熱輻射強(qiáng)度、對流熱強(qiáng)度及煙氣的毒性含量，保證人員高度(2.1m)以下的能見度，從而使人員可以安全地疏散。同時，由于會展大廳類似一個巨大的蓄煙艙，在火災(zāi)初期可以容納大量煙氣而不致威脅人員的安全，這也是要考慮的重要因素。蓄煙區(qū)示意圖如圖5。圖5 蓄煙區(qū)示意圖4 火災(zāi)設(shè)定場景在不同的場景下發(fā)生的火災(zāi)也是完不一樣的。我們在進(jìn)行性能化防火評估定量計算的過程中需要在一定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，火災(zāi)場景的設(shè)定就是我們所需要的這個基礎(chǔ)。設(shè)定火災(zāi)場景的目的就是一種基于語言對火災(zāi)的發(fā)展過程進(jìn)行描述，它能在很大程度上對煙氣運動模擬產(chǎn)生影響，它還會影響到我們對人員進(jìn)行疏散的過程。我們在進(jìn)行性能化防火評估的過程中需要了解到一些和火災(zāi)相關(guān)的參數(shù)變化情況，這時我們通常會用火災(zāi)模型對建筑內(nèi)可能會發(fā)生火災(zāi)的場景進(jìn)行模擬。然后再對現(xiàn)有的消防安全條件進(jìn)行評價，看它們是否能夠滿足規(guī)范要求或是否需要完善和優(yōu)化相關(guān)措施達(dá)到一定的安全目標(biāo)。影響火災(zāi)發(fā)展的基本因素是火災(zāi)熱釋放速率，熱翻譯速率是不斷變化的，它的變化規(guī)律是定量分析火災(zāi)過程的基礎(chǔ)。4.1 火災(zāi)發(fā)展過程火災(zāi)的發(fā)展在一般的情況下主要包括火災(zāi)的發(fā)展過程包括陰燃、增長、充分發(fā)展、衰退到熄滅這些階段。燃燒物質(zhì)都有自身的燃燒特性，根據(jù)各種物質(zhì)的特性，陰燃持續(xù)的時間長短不一，會有數(shù)量一直增多的可燃物在增長階段參與燃燒進(jìn)程，這一階段中火災(zāi)的熱釋放率也會一直加大，火災(zāi)在進(jìn)入充分發(fā)展階段以后的熱釋放率大致是保持平穩(wěn)的狀態(tài)，其中燃燒的數(shù)量和性質(zhì)和通風(fēng)條件都是影響最大的熱釋放率的因素。燃料的數(shù)量在經(jīng)過充分發(fā)展階段以后會減少，火災(zāi)的強(qiáng)度也會慢慢地減弱，火災(zāi)在燃料耗盡以后就會熄滅。進(jìn)行性能化評價的過程中畫火災(zāi)熱釋放率的關(guān)系曲線時，我們主要考慮火災(zāi)增長階段和充分發(fā)展階段。實際中發(fā)生火災(zāi)的熱釋放率是跟隨著時間而不斷變化的，國外學(xué)者做過的許多實驗表明，很多種物品從開始點火發(fā)展到充分燃燒的階段這一過程中，熱釋放速率基本是按時間的指數(shù)進(jìn)行有規(guī)律的增長。所以，通常會采用t2特征火災(zāi)模型10對非穩(wěn)態(tài)火災(zāi)熱釋放速率的變化情況進(jìn)行描述，這種變化是隨時間而變化的，如式（1）。Q=(t-t0)2 (1)方程中的Q代表著熱釋放速率(kW)；代表的是火災(zāi)的增長系數(shù)(kW/s2)；t代表的是火災(zāi)從點火以后持續(xù)的時間(s)，t0代表的是陰燃階段持續(xù)的時間(s)，我們在計算的過程中一般不會考慮火災(zāi)陰燃階段持續(xù)的時間，只是考慮火災(zāi)達(dá)到增長階段以后的發(fā)展情況，所以我們可取t0=0。4.2 火災(zāi)增長系數(shù)()確定4.2.1 直接選用經(jīng)驗值美國消防協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA中定義了四種標(biāo)準(zhǔn)的t2火災(zāi)，這種定義是根據(jù)的值確定的，這四種火災(zāi)有：慢速火、中速火、快速火和超快速火1113。見表4。本工程展廳中可燃物比較復(fù)雜，如塑料制品、木制品、纖維制品、汽車等，比較表4.1，初步選用快速t平方火來模擬可能發(fā)生的火災(zāi)，此時火災(zāi)增長系數(shù)為0.04687kW/s2。表4 火災(zāi)增長系數(shù)()火災(zāi)類別典型的可燃材料(kW/s2)Q達(dá)到1MW的時間（s）慢速火粗木條、厚木板制成的家具0.0029600中速火棉質(zhì)/聚酯墊子0.012300快速火塑料、木質(zhì)貨架托盤、泡沫塑料0.04687150超快速火池火、快速燃燒的癲狂家具、輕質(zhì)窗簾0.187754.2.2 依據(jù)火災(zāi)荷載密度計算一般而言，有兩種火災(zāi)荷載，一種是燃燒是不可移動的；一種燃燒物質(zhì)是可移動的?，F(xiàn)在，我們主要是通過結(jié)合調(diào)查結(jié)果和計算分析的方法來確定火災(zāi)荷載，許多國家組織都做了大量關(guān)于建筑物火災(zāi)荷載的調(diào)查，所調(diào)查的這些建筑物具有各自的使用性能，收集到了很多有實用價值的數(shù)據(jù)。為保守考慮，本文用了日本避難安全檢證法13中的經(jīng)驗公式計算了火災(zāi)增長系數(shù)n，如式（2）（3）所示。=f +m (2)f =2.610-6qr5/3 (3)可燃物f、墻和頂棚材料m的作用都會影響到火災(zāi)增長的系數(shù)。qf是不同房間內(nèi)存在的可移動荷載的密度，具有演藝、展覽等類似功能的場所取qf=480MJ/14，我們用裝修墻面所采用的裝修材料本身的可燃等級來確定m的值。則f=2610-64805/3 =0.0765，同時根據(jù)會展中心裝修材料主要采用不燃材料，取m=0.0035kW/s2，所以=f+m=0.0800kW/s2。通過比較，本文選取火災(zāi)增長系數(shù)a=0.0800進(jìn)行分析，火災(zāi)界于快速火與超快速火之間。表5 墻面裝修材料的火焰增長速率15墻面裝修材料的等級墻面裝修材料上的火焰增長速率kW/s2不燃性材料0.0035準(zhǔn)不燃性材料0.014緩慢燃燒材料0.056木材或類似材料0.354.3 熱釋放速率的確定4.3.1 依據(jù)Q=t2計算因為在像國際會議展覽中心展覽館這樣的大空間展覽建筑內(nèi)存在很多人們不能確定的因素，所以在性能化防火分析研究的過程中，這這些不能確定的因素很有可能會導(dǎo)致自動滅火系統(tǒng)不能正常工作。此情形下，在整個模擬的過程中我們都應(yīng)該把火災(zāi)最高的熱釋放速率定為消防隊開始進(jìn)行滅火時火災(zāi)的熱釋放速率。對我國許多的火災(zāi)案例進(jìn)行分析的結(jié)果顯示，消防隊到達(dá)火場并進(jìn)行出水的時間必須控制在15min內(nèi)，只有這樣才能有效地?fù)錅缁馂?zāi)以防止火勢的蔓延。上面提到的15min消防時間包括從火災(zāi)發(fā)生到消防隊接到報警的時間，這個時間是4min、消防隊行動并到達(dá)火場的時間，這是5min、消防人員進(jìn)行滅火準(zhǔn)備、火情偵察及開始出水撲救的時間，這個是6min。在本論文的分析過程中，我們考慮到會展現(xiàn)場會有滅火救援預(yù)案，這些預(yù)案都是完善的，并且有現(xiàn)場執(zhí)班的消防隊員，所以我們可以不考慮消防車的行車時間5min，然后再取在火災(zāi)發(fā)生后的10min內(nèi)消防隊員所開展的滅火行動并阻止火勢發(fā)展的過程。此時，依據(jù)方程Q=t2計算出的最大的熱釋放速率就是28.8MW。4.3.2 根據(jù)類似火災(zāi)實驗數(shù)據(jù)獲取(危險源辨識)業(yè)主所提供的資料顯示，展廳的主要用途是商業(yè)展覽。展覽的類型不同的話，展廳內(nèi)存在的可燃物數(shù)量也不會相同，展廳的布置形式也會有很大的不同之處。 (1)本展覽中心展品有很多不同的種類，包括木工機(jī)械、家具用品、車展等，在這些商業(yè)展品中，小汽車的熱釋放速率是最大的。我們在進(jìn)行模擬的實際過程中，先允許火災(zāi)增長到一個狀態(tài)點并一直維持到模擬過程的結(jié)束，我們所選的這一點是火災(zāi)具有最大的熱釋放速率這一狀態(tài)。我們選用小汽車是考慮到火災(zāi)可以在汽車?yán)锩媛拥那闆r，噴淋設(shè)施要等到火勢蔓延到小汽車外面的時候才會動作，這種情況下的火災(zāi)的很容易就達(dá)到了峰值。在布展或者是卸下展覽物品的時候也會發(fā)生這種規(guī)模的火災(zāi)。當(dāng)然，在一般情況下，由于展覽館本身已經(jīng)了完備的消防系統(tǒng)，另外這里的檢查人員也比較多，所以發(fā)生此種規(guī)?；馂?zāi)幾率很小。(2) 在一個展廳內(nèi)著了火，然后又引起相鄰的其他展廳發(fā)生火災(zāi)，這是在商業(yè)展覽中的一種很常見的情況。我們在展覽廳之間都設(shè)置了足夠?qū)挼姆阑鹜ǖ?，這些通道主要是用來防止火災(zāi)的蔓延，有了這些通道以后，我們就把火災(zāi)的發(fā)展只限制在在了相連接的展廳內(nèi)。下表6列出的展廳內(nèi)可燃物的熱釋放速率是香港ARUP公司相同工程案例所采用的數(shù)值。我們應(yīng)該注意到列出的都是燃燒時產(chǎn)生的峰值。盡管實際火災(zāi)有發(fā)展和衰減過程，但我們在模擬過程假設(shè)火災(zāi)快速增長至熱釋放速率的峰值，且持續(xù)900s結(jié)束。表6 展廳內(nèi)可燃物熱釋放率統(tǒng)計可燃物尺寸數(shù)量熱釋放量(/個)總熱釋放速率小汽車4m2 m(3m high)130MW(峰值)30MW木垛堆1.2m1.2m(3m high)46.8MW(峰值)27.2MW木貨架1.2m1.2m(3m high)26.8MW(峰值)13.6MW展廳1.2m1.2m(3m high)51.8MW(峰值)9MW通過上述分析比較，取最大熱釋放率30MW，火災(zāi)增長系數(shù)為0.0800kW/s2。熱釋放率曲線見圖6。圖6 平方增長火曲線4.4 火災(zāi)設(shè)定為了模擬一層展廳著火時較為不利情況，設(shè)計火災(zāi)被設(shè)計放置在南側(cè)展廳，煙氣可以蔓延至整個一層平面并能通過中庭蔓延至二層?；鹪次恢梅旁谀蟼?cè)時溢出到中庭的煙氣相對較多，對本層更為危險。在一層展覽大廳內(nèi)設(shè)置了一個火災(zāi)場景；同時對一層著火時，排煙風(fēng)機(jī)未能開啟、只開啟著火區(qū)域相應(yīng)防火分區(qū)排煙口及開啟著火區(qū)域防火分區(qū)與中庭上空排煙風(fēng)機(jī)的情況進(jìn)行了模擬，并進(jìn)行比較。場景詳情：防火分區(qū)3中小車著火，著火地點位于一層展廳防火分區(qū)3的中間位置，火災(zāi)規(guī)模30MW，火災(zāi)增長系數(shù)為00800kW/s2。為保守考慮，評估沒有考慮自動噴水滅火系統(tǒng)對火災(zāi)的控制作用。因為如果噴頭啟動，實際上的火災(zāi)規(guī)模將會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于30MW。5 安全疏散模擬對安全疏散進(jìn)行設(shè)計的時候必須針對覺察火情、疏散準(zhǔn)備、逃生行為與到達(dá)安全區(qū)域這4個環(huán)節(jié)。5.1 準(zhǔn)安全區(qū)域的擬定廣州國際會展中心的最遠(yuǎn)疏散距離是80m，由于會展中心的尺度過太，所以每個防火區(qū)向的各個方向進(jìn)行疏散口不能都在同一時間點直出室外。我們特地提出了一個概念來緩解人員疏散距離過長帶來的困難程度，為達(dá)到避免人流匯聚、擁擠而采取分階段疏散的設(shè)計。這一概念就是關(guān)于準(zhǔn)安全區(qū)域的概念。，我們把廣州國際會展這一項工程的室內(nèi)準(zhǔn)安全區(qū)域定為下面的幾個部位：a.位于架空層內(nèi)部有4m寬的南北貫通消防道是和展廳、車庫之間經(jīng)過前室相互連接在一起的，所以我們可認(rèn)為這個通道就是一個準(zhǔn)安全區(qū)域，它可以引導(dǎo)到此的人員直接走到室外；b.第一層內(nèi)有30m寬的東西向的卡車通道是與室外相連通的，這是個半室外的空間，我們可認(rèn)為這兒也是個準(zhǔn)安全區(qū)域；c.有8m標(biāo)高的珠江散步道通過特級防火卷閘和上下展廳的通道之間都是相互連接在一起的，這兒還直接通著室外，又沒有存放無可燃品在這兒，也可以作為一個準(zhǔn)安全區(qū)域；d.南側(cè)的貨車通道是露天式設(shè)計的，可作為是一個準(zhǔn)安全區(qū)域。5.2 疏散出口寬度高規(guī)中針對功能用房進(jìn)行疏散設(shè)計的基本要求是每一個防火分區(qū)內(nèi)至少要有兩個的對外疏散出口，這樣才能保證人員同時可以向不同的方向進(jìn)行疏散。會展中心的每個展廳都有與疏散樓梯相連的疏散口，每個展區(qū)的疏散口都分別展區(qū)的四個角上；在南側(cè)和北側(cè)這兩側(cè)還都設(shè)有14m寬的通道，這是為了能確保同時有向個方向進(jìn)行疏散的路線。從對會展中心開始進(jìn)行設(shè)計的時候，使用方提出的展廳人員的使用標(biāo)準(zhǔn)是0.5人/，和高規(guī)的規(guī)定一致，所以針對1.1萬的展廳而言，它大約可以容進(jìn)來5600人。我們依據(jù)高規(guī)的第6.1.11.2規(guī)定進(jìn)行計算，出入口=5600人0.65m/100人=36.4m。再經(jīng)過核算以后，每層中間展廳都具有14m2(南北兩側(cè)疏散口)+4m4(展廳四角相連門廳寬吱)=44m總寬度的疏散口；兩側(cè)展廳疏散口總寬度為14m2+4m4+8m2=60m。這些寬度比規(guī)范所要求的36.4米要大出很多，因此這樣設(shè)置的疏散口是能夠滿足寬度要求。5.3 疏散時間安全疏散時間的計算公式應(yīng)為：S=S1+S2+S3+S4+S5。式中的S1火災(zāi)報警用的時間；S2是人員的響應(yīng)時間；S3是展廳中人員的步行時間；S4是人員通過疏散口所用的時間；S5是人員穿過準(zhǔn)安全區(qū)的時間。該項工程中的會展中心展廳的平面尺寸是128m86m，這個尺寸是標(biāo)準(zhǔn)的。在展廳中發(fā)生火災(zāi)時，人員和最近的疏散口之間的直線距離應(yīng)該是不大于30m的，但是我們考慮到由于布展發(fā)生的變化比較多，人員很可能會在展廳中迷失方向。所以，我們在設(shè)計時要以最不利點來考慮人員距離最遠(yuǎn)疏散點的距離是90m，人員步行速度1m/s計算10，S3=110/1=110s；我們認(rèn)為在一秒的時間內(nèi)通過疏散口一米的人數(shù)是1.5人，由上一節(jié)的計算結(jié)果可以得知展廳內(nèi)有5600人，則人員通過疏散口的時間S4=5600/(1.554)=69s。人員全部通過疏散口，再穿過準(zhǔn)安全區(qū)的最遠(yuǎn)路程為250m，所需時間S5=250s。我們直接用前人的經(jīng)驗取值得會展中心的火災(zāi)報警時間是120s，人員響應(yīng)時間為120s，因此人員總的疏散時間S=S1+S2+S3+S4+S5=120+120+110+69+250=669秒。5.4 FDS模擬我們對安全疏散標(biāo)準(zhǔn)通過借鑒NFPA-92B的進(jìn)行下面的設(shè)置，這些設(shè)置都是很重要的人員疏散。(1) 熱煙層離地面的距離大于2.1m；(2) 熱煙層距離地面大于2.1m高度的溫度就不能大于180，低于2.1m處不能高于50，；(3) 熱煙層離地面的距離不到2.1m處，CO2的體積分?jǐn)?shù)不能大于1%，CO的體積分?jǐn)?shù)不能大于2.510-3。經(jīng)FDS模擬，時間的推移煙氣的高度逐漸減低，最后穩(wěn)定在4.2m。2.1m高度處距離火源10m以外溫度最高的地方穩(wěn)定在40左右，2.1 m高度處離火源12m遠(yuǎn)的地方CO和CO2的濃度基本無變化，都穩(wěn)定在一個很小的值。FDS模擬圖如圖6和圖7。圖6 669s時的可見度截圖（火源所在的縱切面）圖7 669s時的溫度分布圖（2.1m高出的橫切面）圖8 人員疏散與煙氣高度對應(yīng)圖而經(jīng)過用FDS軟件模擬以后得知如果展廳發(fā)生火災(zāi)，溫度和有害氣體濃度都很低，煙氣將會積聚至4.2m這主要是因為展廳兩側(cè)主門洞的開口是4m高，這個過程要用時717s，在這一段時間之內(nèi)，火災(zāi)是不可能對人員的生命造成危害的，當(dāng)煙氣可能會危及到人們的時候，人員早就疏散完了，所以說此次強(qiáng)化方案是有效的。結(jié) 論(1)針對防火分區(qū)擴(kuò)大問題，應(yīng)該從保證人員疏散、控制火災(zāi)規(guī)模和防止火災(zāi)大面積蔓延等方面進(jìn)行分析。(2)通過設(shè)置準(zhǔn)安