火灾场景和疏散场景设定

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1、火灾场景和疏散场景设定内容摘要：火灾场景是对某特定火灾从引燃或者从设定的燃烧到 火灾增长到最高峰以与火灾所造成的破坏的描述。火灾场景的建立应 包括概率因素和确定性因素；也就是说，此种火灾发生的可能性有多 大，如果真的发生了，那么火灾又是怎么发展和蔓延的。在建立火灾 场景时，我们应该考虑的因素有很多，其中包括：建筑的平面布局； 火灾荷载与分布状态;火灾可能发生的位置;室内人员的分布与状态； 火灾可能发生时的环境因素等。一、火灾场景确定的原则火灾场景的确定应根据最不利的原则确定，选择火灾风险较大的 火灾场景作为设定火灾场景。如火灾发生在疏散出口附近并令该疏散 出口不可利用、自动灭火系统或排烟系统由

2、于某种原因而失效等。火 灾风险较大的火灾场景一般为最有可能发生，但火灾危害不一定最 大；或者火灾危害大，但发生的可能性较小的火灾场景。火灾场景须能描述火灾引燃、增长和受控火灾的特征以与烟气和 火势蔓延的可能途径、设置在建筑室内外的所有灭火设施的作用、每 一个火灾场景的可能后果。1. 在设计火灾时，应分析和确定建筑物的以下基本情况 建筑物内的可燃物； 建筑的结构、布局； 建筑物的自救能力与外部救援力量。2. 在进行建筑物内可燃物的分析时应着重分析以下因素 潜在的引火源； 可燃物的种类与其燃烧性能； 可燃物的分布情况； 可燃物的火灾荷载密度。3. 在分析建筑的结构布局时应着重考虑以下因素 起火房间

3、的外形尺寸和内部空间情况； 起火房间的通风口形状与分布、开启状态； 房间与相邻房间、相邻楼层与疏散通道的相互关系； 房间的围护结构构件和材料的燃烧性能、力学性能、隔热性能、 毒性性能与发烟性能。4. 分析和确定建筑物在发生火灾时的自救能力与外部救援力量时 应着重考虑以下因素 建筑物的消防供水情况和建筑物室内外的消火栓灭火系统； 建筑内部的自动喷水灭火系统和其他自动灭火系统（包括各种 气体灭火系统、干粉灭火系统等）的类型与设置场所； 火灾报警系统的类型与设置场所； 消防队的技术装备、到达火场的时间和灭火控火能力； 烟气控制系统的设置情况。5. 在确定火灾发展模型时，应至少考虑下列参数 初始可燃物

4、对相邻可燃物的引燃特征值和蔓延过程； 多个可燃物同时燃烧时热释放速率的叠加关系； 火灾的发展时间和火灾达到轰燃所需时间； 灭火系统和消防队对火灾发展的控制能力； 通风情况对火灾发展的影响因子； 烟气控制系统对火灾发展蔓延的影响因子； 火灾发展对建筑构件的热作用。二、确定火灾场景的方法确定火灾场景可采用下述方法：故障类型和影响分析、故障分析、 如果-怎么办分析、相关统计数据、工程核查表、危害指数、危害和 操作性研究、初步危害分析、故障树分析、事件树分析、原因后果分 析和可靠性分析等。事件树是风险级别评定程序中常用的一个方法，不过风险级别评 定过程常常可以进行简化。在这种情形下，风险级别评定不需要

5、事件 树就能进行。然而，在不能使用简化方式的时候需要采用事件树的方法，根据构成火灾场景单一的事件的发生概率，得到该火灾场景的发 生概率。（一）事件树事件树的构建代表与火灾场景相关的从着火到结束的时间事件 顺序。事件树的构建始于初始的事件，例如对于所有消防安全系统的 特征与所有居住者而言，与初始状态相结合的初始事件是起火。接着 构建分叉和添加分支来反映每个可能发生的事件。此过程不断反复直 到表现出所有可能的初始状态。每个分叉是基于可能事件的发生来构 建的。贯穿此树的路径代表研究的火灾场景。事件树表现为火灾特征、系统与特征的状态、人员的响应、火灾 最终结果和影响后果的其他方面的变化。与建筑系统和特

6、征相关的事 件实例包括： 火灾引燃的第二个物件； 火灾被门或其他障碍物阻隔； 质量下降或性能降低的系统或特征； 窗户上的玻璃破裂。事故树是类似事件树的逻辑树，不过在每个分支上是一个条件或 状况，而不是按时间发展的事件。场景是贯穿这混合树的一条单一的 路径。（二）发生的概率采用获得的数据和推荐的工程评价方法估算每个事件发生的概 率。对于有些分支，初始火灾的特征是主导因素，火灾事故数据是获 得合适概率的数据源。通过沿着路径直到场景的所有概率相乘来评估每个场景相关的 概率。（三）火灾后果的考虑采用获得的可靠数据和推荐的工程评价方法来估计每个场景的 后果。后果应以适当的方式（如人员死伤或预期的火灾损失

7、费用）来 体现。此估计可以考虑随时间改变的影响。当估算因火灾导致人员死伤的后果时，应保证使用的数据是与研 究中的场景相关的。有关人员行为取决于环境的性质。（四）风险评定按风险顺序评定程序，风险可通过后果的概率和场景的发生概率 相乘进行估算。（五）最终的选择对于每一个消防安全目标，应选用风险级别最高的火灾场景进行 定量分析。所选的场景应该代表主要的累加风险，即所有场景的风险 总和。应考虑一个火灾场景对风险的重大影响，否则可能忽略一个特 殊的消防安全系统或特殊的设计；在此阶段，由于一个场景产生的结果导致设计所需采用的费用 相当高，而不考虑它对风险的重大影响是不恰当的。应该在详细的分 析之后，来决定

8、是否接受这个导致成本过高的特殊火灾场景的风险。三、火灾场景设计设计火灾是对某一特定火灾场景的工程描述，可以用一些参数如 热释放速率、火灾增长速率、物质分解物、物质分解率等或者其他与 火灾有关的可以计量或计算的参数来表现其特征。（一）火灾危险源辨识设计火灾场景，首先应进行火灾危险源的辨识。分析建筑物里可 能面临的火灾风险主要来自哪些方面。分析可燃物的种类，火灾荷载 的密度，可燃物的燃烧特征等。火灾危险源识别是开展火灾场景设计 的基础环节，只有充分、全面地把握建筑物所面临的火灾风险的来源， 才能完整、准确地对各类火灾风险进行分析、评判，进行采取针对性 的消防设计措施，确保将火灾风险控制在可接受的范

9、围之内。（二）火灾增长火灾在点燃后热释放速率将不断增加，热释放速率增加的快慢与 可燃物的性质、数量、摆放方式、通风条件等有关。原则上，在设计 火灾增长曲线时可采用以下几种方法：可燃物实际的燃烧实验数 据；类似可燃物实际的燃烧实验数据；根据类似的可燃物燃烧实 验数据推导出的预测算法；基于物质的燃烧特性的计算方法；火 灾蔓延与发展数学模型。在性能化设计中，如果能够获得所分析可燃物的实际燃烧实验数据，那么采用实验数据进行火灾增长曲线的设计 是最好的选择。大量实验表明，多数火灾从点燃到发展到充分燃烧阶段，火灾中 的热释放速率大体上按照时间的平方的关系增长，只是增长的速度有 快有慢，因此在实际设计中我们

10、常常采用这一种称为“t平方火”的 火灾增长模型对实际火灾进行模拟。火灾的增长规律可用下面的方程 描述：（4-3-5-1）式中一热释放速率，kW；一火灾增长系数，kW/s2；t时间，sot平方火的增长速度一般分为慢速、中速、快速、超快速四种类 型，如图4-3-5-1所示，其火灾增长系数如表4-3-5-1所示。图4-3-5-1四种t平方火增长曲线表4-3-5-1四种标准t2火增长类型 火灾增长系（kW/s2）达到1MW的时间（s）典型 可燃材料超快速0.1876 75油池火、易燃的装饰家具、轻的窗帘快速0.0469 150装满东西的邮袋、塑料泡沫、叠放的木架中速0.01172 300棉与聚酯纤维弹

11、簧床垫、木制办公桌慢速0.00293 600厚重的木制品实际火灾中，热释放速率的变化是个非常复杂的过程，上述设计 的火灾增长曲线只是与实际火灾相似，为了使得设计的火灾曲线能够 反映实际火灾的特性，应作适当的保守的考虑，如选择较快的增长速 度，或较大的热释放速率等。(三) 设定火灾安全目标不同，确定最大火灾规模的方法也不同。火灾规模是性 能化设计中的重要参数，工程上通常参考以下三种方法来综合确定火 灾的规模。1. 喷淋启动确定火灾规模对于安装自动喷水灭火系统的区域，其火灾发展通常将受到自动 喷水灭火系统的控制，一般情况下自动喷水灭火系统能够在火灾的起 始阶段将火扑灭，至少是将火势控制在一定强度下

12、。假定自动喷水灭火系统启动后火势的规模将不再扩大，火源热释 放速率保持在喷头启动时的水平。自动喷水灭火系统控制下的火灾规 模可以使用DETACT分析软件进行预测。考虑到同一类型喷头之间RTI值之间的差异，在采用上述方法预 测火灾规模时建议取最大的RTI值。比如，ESFR喷头取28 (ms)0.5,快速响应喷头取50 (ms) 0.5,普通喷头取350 (ms) 0.5。2. 相关设计规范或指南上海市工程建设规范民用建筑防排烟技术规程DGJ 08-88 “火灾模型的确定和排烟量”给出了各类场所的火灾模型，有关商业建筑的火灾规模参见下表4-3-5-2。表4-3-5-2热释放量建筑类别热释放量Q (

13、MW)设有喷淋的商场5设有喷淋的办公室、客房1.5设有喷淋的公共场所2.5设有喷淋的汽车库1.5设有喷淋的超市、仓库4设有喷淋的中庭1无喷淋的办公室、客房6无喷淋的汽车库3无喷淋的中庭4无喷淋的公共场所8无喷淋的超市、仓库20注：设有快速响应喷头的场所可按本表减小40%。3. 根据燃烧实验数据确定根据物品的实际燃烧实验数据来确定最大热释放速率是最直接 和最准确的方法，一些物品的最大热释放速率可以通过一些科技文献 或火灾试验数据库得到。例如，表4-3-5-3是NFPA92B中提供的 部分物品燃烧时最大热释放速率的数据，图4-3-5-2为美国国家技 术与标准研究院（NIST）火灾试验数据库FAST

14、DAT中提供的席梦 思床垫的火灾实验热释放速率曲线。表4-3-5-3 NFPA92B中提供的最大热释放速率的数据物品质量（kg）最大热释放速率（kW）废纸篓 0.73-1.04 4-18天鹅绒绵窗帘1.9 160-240丙烯酸纤维绵窗帘1.4 130-150电视机 27-33 120-290实验用座椅1.36 63-66实验用沙发2.8 130干燥的圣诞树6.5-7.4 500-600图4-3-5-2席梦思床垫燃烧热释放速率曲线4. 根据轰然条件确定轰燃是火灾从初期的增长阶段向充分发展阶段转变的一个相对 短暂的过程。发生轰然时室内的大部分物品开始剧烈燃烧，可以认为 此时的火灾的功率，即热释放速

15、率，达到最大值。根据英国学者托马 斯(Thomas)的研究结果，室内火灾发生轰燃时的临界热释放速率 可以用下面的公式表示：(4-3-5-2)式中Qfo一房间达到轰燃所需的临界火灾功率，kW；AT房间内扣除开口后的总表面积，m2 ；Av一开口的面积，m2；Hv一开口的高度，m。由于上述结果是以一个面积为16m2大小的房间内的火灾实验 数据得出的，因此对于小房间的情况预测结果能够比较好地反映实际 情况，而对于较大的房间上述公式可能会有较大的误差。另外有一些 学者通过木材和聚亚安酯(polyurethane)实验得出轰燃时的平均 热释放速率为：(4-3-5-3)式中Qfo一房间达到轰燃所需的临界火灾

16、功率，kW;Av一开口的面积，m2;Hv一开口的高度，m。这里 称为通风因子，是分析室内火灾发展的重要参数。在通风 因子的一定范围内，可燃物的燃烧速率主要由进入燃烧区域的空气流 量决定，这种燃烧状况称为通风控制。如果房间的开口逐渐增大，可 燃物的燃烧速率对空气的依赖逐渐减弱，当开口达到一定程度后可燃 物的燃烧主要由可燃物的性质决定，此时的燃烧状况称为燃料控制。 对于木质纤维物质的燃烧，可用下面的条件判断燃烧的状态：通风控制：（4-3-5-4）燃料控制：（4-3-5-5）式中AF可燃物燃烧的表面积，m2。5. 燃料控制型火灾的计算方法对于燃料控制型火灾，即火灾的燃烧速度由燃料的性质和数量决 定时

17、，如果知道燃料燃烧时单位面积的热释放速率，那么可以根据火 灾发生时的燃烧面积乘以该燃料单位面积的热释放速率得到最大的 热释放速率，表4-3-5-4是NFPA92B中提供的部分物质单位地面 面积热释放速率。如果不能确定具体的可燃物与其单位地面面积的热 释放速率，也可根据建筑物的使用性质和相关的统计数据，来预测火 灾的规模，例如NFPA92B中建议对于零售商店火灾单位面积热释放 速率可取为500kW/m2，办公室内火灾可取为250kW/m2。表4-3-5-4 NFPA92B中提供的单位地面面积热释放速率物质 每平方英尺面积的热释放速率（kW）堆叠起1.5英尺高的木架125堆叠起5英尺高的木架350

18、堆叠起10英尺高的木架600堆叠起16英尺高的木架900堆叠起5英尺装满东西的邮袋35甲醇65汽油290煤油290柴油175四、疏散场景确定疏散场景设计需要考虑影响人员安全疏散的诸多影响因素，特别 是疏散通道的情况、人员状态（如人员密度、对建筑的熟悉程度等）、 火灾烟气和人员的心理因素。根据烟气计算的火灾场景建立相应疏散 模型，并应考虑火灾烟气阻塞出口的最不利工况，计算人员安全疏散 时间。（一）疏散过程疏散是伴随着新的冲动的产生和在行动过程中采取新的决定的 一个连续的过程。在某种程度上一种简化过程的方法就是从工程学的 角度将疏散过程分为三个阶段： 察觉（外部刺激） 行为和反应（行为举止） 运动

19、（行动）此时，人员的信息处理过程见图4-3-5-3所示。图4-3-5-3人员的信息处理过程（二）安全疏散标准如果人员疏散到安全地点所需要的时间小于通过判断火场人员 疏散耐受条件得出的危险来临时间，并且考虑到一定的安全余量，则 可认为人员疏散是安全的，疏散设计合理；反之则认为不安全，需要 改进设计。疏散时间（RSET）包括疏散开始时间（tstart）和疏散行动时间 （taction）两部分。疏散时间预测将采用以下方法：RSET=tstart + taction （4-3-5-6）1. 疏散开始时间（tstart）疏散开始时间即从起火到开始疏散的时间，一般地，疏散开始时 间与火灾探测系统、报警系统

20、，起火场所、人员相对位置，疏散人员状态与状况、建筑物形状与管理状况，疏散诱导手段等因素有关。疏 散开始时间（tstart）可分为探测时间（td）、报警时间（ta）和人 员的疏散预动时间（tpre）。tstart?= td + ta + tpre （4-3-5-7）其中：探测时间（td）：火灾发生、发展将触发火灾探测与报警装置而 发出报警信号，使人们意识到有异常情况发生，或者人员通过本身的 味觉、嗅觉与视觉系统察觉到火灾征兆的时间。报警时间（ta）：从探测器动作或报警开始至警报系统启动的时 间。人员的疏散预动时间（tpre）:人员的疏散预动时间为人员从接 到火灾警报之后到疏散行动开始之前的这段时

21、间间隔,包括识别时间（tree）和反应时间（tres）。tpre=trec + tres （4-3-5-8）其中：识别时间（tree）为从火灾报警或信号发出后到人员还未开始反 应的这一时间段。当人员接受到火灾信息并开始作出反应时，识别阶 段即结束。反应时间（tres）：为从人员识别报警或信号并开始做出反应至 开始直接朝出口方向疏散之间的时间。与识别阶段类似，反应阶段的时间长短也与建筑空间的环境状况有密切关系，从数秒钟到数分钟不 等。2. 疏散行动时间（taction）疏散行动时间（taction）即从疏散开始至疏散到安全地点的时间， 它由疏散动态模拟模型模拟得到。疏散行动时间预测是基于建筑中人

22、 员在疏散过程中是有序进行，不发生恐慌为前提的。图4-3-5-4火灾发展与人员疏散过程关系如上图所示，考虑到疏散过程中存在的某些不确定性因素（实际 人员组成、人员状态等），需要在分析中考虑一定的安全余量以进一 步提高建筑物的疏散安全水平。安全余量的大小应根据工程分析中考 虑的具体因素，计算模拟结果的准确程度以与参数选取是否保守，是 否考虑到了足够的不利情况（如，考虑在火灾区附近的疏散出口被封 闭）等多方面确定。（三）疏散相关参数计算1.火灾探测时间设计方案中所采用的火灾探测器类型和探测方式不同，探测到火 灾的时间也不相同。通常，感烟探测器要快于感温探测器，感温探测 器要快于自动喷水灭火系统喷头

23、的动作时间，线型感烟探测器的报警 时间与探测器安装高度以与探测间距有关，图像火焰探测器则与火焰长度有关。因此，在计算火灾探测时间时可以通过计算火灾中烟气的 减光度、温度或火焰长度等特性参数来预测火灾探测时间。一般情况下，对于安装火灾感温探测器的区域，火灾探测时间可 采用DETACT分析软件进行预测。对于安装火灾感烟探测器的区域, 火灾可以通过计算各火灾场景内烟感探测器动作时间来确定。为了安 全起见，也可将喷淋头动作的时间作为火灾探测时间。2.疏散准备时间发生火灾时，通知人们疏散的方式不同，建筑物的功能和室内环 境不同，人们得到发生火灾的消息并准备疏散的时间也不同。BSDD240中提供了预测火灾

24、确认时间的经验数据，如表4-3-5-5 所示，可供分析时参考。表4-3-5-5各种用途的建筑物采用不同报警系统时的人员识别 时间统计结果建筑物用途与特性人员响应时间（min）报警系统类型W1 W2 W3办公楼、商业或工业厂房、学校（居民处于清醒状态，对建筑物、 报警系统和疏散措施熟悉）4商店、展览馆、博物馆、休闲中心等居民处于清醒状态，对建筑 物、报警系统和疏散措施不熟悉）6旅馆或寄宿学校（居民可能处于睡眠状态，但对建筑物、报警系统 和疏散措施熟悉）5旅馆、公寓（居民可能处于睡眠状态，对建筑物、报警系统和疏散 措施不熟悉）6医院、疗养院与其他社会公共机构（有相当数量的人员需要帮助） 8表中的报

25、警系统类型为：W1-实况转播指示，采用声音广播系统，例如从闭路电视设施 的控制室；W2-非直播（预录）声音系统、和/或视觉信息警告播放；W3-采用警铃、警笛或其他类似报警装置的报警系统。3. 疏散开始时间疏散开始时间包括火灾探测时间和疏散准备时间两部分，可根据 前面的分析结果相加得到。当采用日本避难安全检证法提供的疏散时 间预测模型时，疏散开始时间按如下公式计算：（4-3-5-9）式中，tstart 一疏散开始时间，min;A一为火灾区域建筑面积，m2;（四）人员数量人员数量通常由区域的面积和该区域内的人员密度的乘积来确 定。在有固定座椅的区域，则可以按照座椅数来确定人数。在业主方 和设计方能

26、够确定未来建筑内的最大容量时，则按照该值确定疏散人 数。否则，需要参考国内、国外相关的标准，由相关各方协商确定。 下面是在商业建筑人员疏散分析中经常采用的确定疏散人数的方法。例如商店建筑设计规范JGJ 48规定，商店营业部分疏散人 数的计算，可按每层营业厅和为顾客服务用房的面积总数乘以换算系 数（人/m2）来确定：第一、二层，每层换算系数为0.85；第三层, 换算系数为0.77；第四层与以上各层，每层换算系数为0.60。NFPA101提供的人员密度数据如下表所示。表4-3-5-6 NFPA101人员密度场合人员密度m2/人商务区/办公室区（层）9.3游泳池（水面区域）4.6游泳池（池岸区域）2

27、.8食堂/餐厅1.25有设备的健身房4.6室内溜冰场4.6日本避难安全检证法提供的人员密度数据如下表所示。表4-3-5-7日本避难安全检证法中人员密度场合人员密度m2/人办公室、会议室8餐饮场所1.5自由活动/通行区域2(五) 人员行进速度人的行进速度与人员密度、年龄和灵活性有关。当人员密度小于 0.5人/m2时，人群在水平地面上的行进速度可达70m/min并且 不会发生拥挤，下楼梯的速度可达5163m/min。相反，当人员 密度大于3.5人/m2时，人群将非常拥挤基本上无法移动。研究表 明，人员密度和行进速度之间存在式4-3-5-10所示的关系，用数学表达式可表示为：(4-3-5-10)式中

28、V一人员行进速度，m/min;D一人员密度(不小于0.5),人/m2。K一系数，对于水平通道K=84.0,对于楼梯台阶 K=51.8(G/R)1/2, G与R分别表示踏步的宽度和高度。Simulex疏散模型中默认的人员行进速度分男人、女人、儿童和 长者四种，其步行速度如下表所示。表4-3-5-8人员步行速度与类型比例人员种类正常速度m/s速度分布男人1.35正态分布土0.2m/s女人1.15正态分布土0.2m/s儿童0.9正态分布土0.1m/s长者0.8正态分布土0.1m/s（六）流动系数人员密度与对应的人流速度的乘积，即单位时间内通过单位宽度 的人流数量，称为流动系数（specific fl

29、ow）。流动系数反映了单位 宽度的通行能力。如下式所示：（4-3-5-11）式中F 流动系数，（人/min）/m；V 人员行进速度，m/min；D 一人员密度，人/m2。对大多数通道来说，通道宽度是指通道的两侧墙壁之间的宽度。 但是大量的火灾演练实验表明人群的流动依赖于通道的有效宽度而 不是实际宽度，也就是说在人群和侧墙之间存在一个“边界层”。下 面的表4-3-5-9给出了典型通道的边界层厚度。在工程计算中应从 实际通道宽度中减去边界层的厚度，采用得到的有效宽度进行计算。表4-3-5-9通道的边界层厚度类型减少的宽度指标楼梯间的墙15 cm扶手栏杆9 cm剧院座椅0 cm走廊的墙20 cm其它

30、的障碍物10 cm宽通道处的墙46 cm门 15 cm（七）安全裕度在疏散行动时间的计算中，有些计算模型假设疏散人员具有相同 的特征，在疏散开始过程中疏散人员按既定的疏散路径有序地进行疏 散，在疏散过程中人流的流量与疏散通道的宽度成正比分配，人员从 每个可用的疏散出口疏散且所有人的疏散速度一致并保持不变等等。考虑到危险来临时间和疏散行动时间分析中存在的不确定性，需 要增加一个安全余量。当危险来临时间分析与疏散时间分析中，计算 参数选取为相对保守值时，安全裕度可以取小一些，否则，安全裕度 应取较大值。依据消防安全工程师指南的建议，安全裕度可取为 01倍的疏散行动时间。对于商业建筑来说，由于人员类型复杂，对周围的环境和疏散路 线并不都十分熟悉，所以在考虑安全裕度的选择时，取值建议不应小 于0.5倍的疏散行动时间。