許東濤

(寧夏消防總隊(duì)石嘴山市支隊(duì)司令部，寧夏石嘴山 753000)

賓館發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于走廊內(nèi)易聚集大量高溫?zé)煔?，給疏散逃生帶來極大的困難，易造成大量人員傷亡。2013年4月14日，湖北省襄陽市一景城市花園酒店發(fā)生火災(zāi)，造成14人遇難，47人受傷。由于高溫濃煙封鎖走廊通道，多人因無法忍受高溫濃煙跳樓或吸入過多煙氣死亡。科學(xué)合理地選擇火場破拆排煙位置，可以有效降低走廊煙氣毒害，增加火場能見度，為被困人員創(chuàng)造生存條件，提高消防部隊(duì)救人、滅火效率。針對典型賓館初期火災(zāi)特點(diǎn)，用CFAST模擬不同破拆位置對賓館走廊煙氣層界面高度的影響。

1 CFAST簡介

CFAST是一種基于兩區(qū)域模型的火災(zāi)模擬軟件，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)火災(zāi)研究中心開發(fā)［1］?；馂?zāi)模擬區(qū)域分為上下兩層，即熱煙氣層和冷空氣層，分別對兩個(gè)區(qū)域列出質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒以及化學(xué)組分平衡等一系列偏微分方程。用戶需指定建筑的幾何尺寸、開口情況、火源位置及熱釋放速率等初始條件，通過對方程進(jìn)行求解，模擬火災(zāi)發(fā)展趨勢［2－4］。CFAST可計(jì)算模擬建筑內(nèi)的煙氣層界面高度、溫度、氣體組分濃度等數(shù)值隨時(shí)間的變化規(guī)律，最多可模擬30個(gè)房間或1000m2的規(guī)模，具有界面友好、操作簡潔、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)［5］。

2 模擬區(qū)域及工況設(shè)定

2.1 模擬區(qū)域參數(shù)設(shè)定［6－11］

選取某典型通廊式賓館標(biāo)準(zhǔn)層為火災(zāi)模擬區(qū)域，其建筑幾何尺寸參數(shù)及內(nèi)裝修材料如表1所示，其CFAST模擬效果見圖1。內(nèi)部與外部環(huán)境參數(shù)均為系統(tǒng)默認(rèn)值?；鹪丛O(shè)置在賓館房間3內(nèi)，房間內(nèi)設(shè)置的可燃物有窗簾(0，2，6)、床墊(0，3，5)、衣柜(0，0，2.5)、電視(0，3，2.5)，沙發(fā)(0，0，4)。火源的尺寸、燃點(diǎn)、熱釋放速率等各項(xiàng)參數(shù)均采用默認(rèn)值。

表1 火災(zāi)模擬區(qū)域參數(shù)

2.2 模擬工況設(shè)定

消防部隊(duì)在起火后第500 s實(shí)施破拆排煙，針對不同的破拆位置采用CFAST模擬。為研究不同破拆位置對走廊排煙效果的影響，本模擬共設(shè)置A、B、C、D 4種工況，分別改變著火房間窗戶的開啟度、著火房間鄰近房間門、窗的開啟度，以及走廊一側(cè)窗戶的開啟度，并分析走廊內(nèi)煙氣層界面高度的變化規(guī)律。設(shè)門關(guān)閉時(shí)的開啟度為0.01，窗關(guān)閉時(shí)的開啟度為 0.002［12］，門、窗開啟時(shí)的開啟度為1。火災(zāi)模擬時(shí)間為1 200 s，電子表格輸出時(shí)間間隔為10 s，其余參數(shù)均取默認(rèn)值。

圖1 火災(zāi)模擬區(qū)域效果圖

工況A:房間3的門始終為打開狀態(tài)，窗戶為關(guān)閉狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。該工況模擬不采取破拆排煙行動(dòng)時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

工況B:房間3的門始終為打開狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。第500 s時(shí)，房間3的窗戶變成開啟狀態(tài)。該工況模擬破拆著火房間窗戶時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

工況C:房間3的門始終為打開狀態(tài)，窗戶為關(guān)閉狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。第500 s時(shí)，走廊窗戶a變成開啟狀態(tài)。該工況模擬破拆走廊一側(cè)窗戶時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。工況D:房間3的門始終為打開狀態(tài)，窗戶為關(guān)閉狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。第500 s時(shí)，房間2的門、窗變成開啟狀態(tài)。該工況模擬破拆著火房間鄰近房間門、窗時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

3 模擬結(jié)果比較分析

用CFAST模擬設(shè)定的賓館火災(zāi)，分別導(dǎo)出A、B、C、D 4種工況下煙氣層界面高度的數(shù)值列表，用Origin8.5繪制曲線圖，結(jié)果分別如圖2所示。

圖2 破拆單—門(窗)時(shí)走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間變化規(guī)律

從圖2可以看出，不采取破拆排煙措施時(shí)，賓館走廊煙氣蔓延迅速，在100 s之內(nèi)煙氣充滿整個(gè)走廊。第500 s著火房間窗戶破拆后，煙氣層界面高度上升較慢且出現(xiàn)波動(dòng)，可能是由于新鮮空氣進(jìn)入，加速了燃燒過程使煙氣生成增多造成的。第800～900 s時(shí)基本穩(wěn)定在1.7 m左右，至1 100 s左右時(shí)保持在2 m。破拆走廊一側(cè)窗戶或著火房間鄰近房間的門窗時(shí)，煙氣層界面高度均迅速上升至1.25 m和0.8 m。第600 s以后緩慢升高，最終分別維持在1.5 m和1.2 m左右。

有資料表明，若煙氣層界面低于人眼特征高度，將會對人造成直接燒傷或吸入損傷。人眼的特征高度通常為1.2～1.8 m［1］。由于人在火災(zāi)逃生時(shí)采用低姿，故取1.2 m。能夠在最短的時(shí)間內(nèi)將賓館走廊煙氣層界面高度升高到人眼特征高度以上的破拆排煙方式即為最優(yōu)。在B、C、D 3種工況下，工況C在第600 s以前即將煙氣層上升至1.2 m，用時(shí)最短。

4 破拆排煙的進(jìn)一步模擬

以上僅對破拆單一門窗排煙的位置進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明破拆走廊一側(cè)窗戶的排煙效果明顯。實(shí)踐中，還需進(jìn)一步對賓館門窗進(jìn)行破拆，以開辟貫通的排煙通道，增強(qiáng)排煙效果。為此，對破拆走廊一側(cè)窗戶與其他位置門窗，開辟貫通的排煙通道時(shí)的排煙效果進(jìn)行模擬。模擬情景設(shè)置如下，其余參數(shù)與工況設(shè)置相同。

情景Ⅰ:房間3的門始終為打開狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。第500 s時(shí)，走廊兩側(cè)窗戶a、b變成開啟狀態(tài)。該工況模擬破拆走廊兩側(cè)窗戶時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

情景Ⅱ:房間3的門始終為打開狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。第500 s時(shí)，走廊窗戶a和房間3的窗戶變成開啟狀態(tài)。該工況模擬破拆走廊一側(cè)窗戶和著火房間窗戶時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

情景Ⅲ:房間3的門始終為打開狀態(tài)，窗戶為關(guān)閉狀態(tài)，其余所有房間門、窗均為關(guān)閉狀態(tài)。第500 s時(shí)，走廊窗戶a和房間2門、窗變成開啟狀態(tài)。該工況模擬破拆走廊一側(cè)窗戶和著火房間鄰近房間門、窗時(shí)，賓館走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

圖3 破拆走廊—側(cè)窗戶與其它位置門(窗)時(shí)走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間變化規(guī)律

模擬結(jié)果如圖3所示，打開走廊到著火房間的貫通排煙通道的情況下，走廊煙氣層界面升高明顯，第550 s時(shí)達(dá)到2.75 m。打開走廊、走廊到著火房間鄰近房間的貫通排煙通道的排煙效果相差不大。第600 s時(shí)，煙氣層界面高度立即上升至1.5 m左右，隨后緩慢上升，最終停留在1.75 m。

5 結(jié)論

圖4 破拆不同位置時(shí)走廊煙氣層界面高度隨時(shí)間變化規(guī)律

將所有模擬結(jié)果同時(shí)進(jìn)行比較，如圖4所示。可以看出，排煙效果最好的是情景Ⅱ，最差的是工況D。打通貫通的排煙通道時(shí)，排煙效果明顯好于破拆單一門窗的排煙方式，排煙迅速且穩(wěn)定。在所有破拆排煙方式中，破拆后大約100 s內(nèi)煙氣層界面高度處于上升階段，最后維持在一定高度［13－15］。

消防部隊(duì)首批出動(dòng)力量到場后，應(yīng)首先組織戰(zhàn)斗員破拆走廊一側(cè)窗戶進(jìn)行排煙，為被困人員疏散創(chuàng)造有利條件。在到場力量充足的情況下，可對著火房間窗戶進(jìn)行破拆，但破拆應(yīng)緩慢進(jìn)行，以減少對走廊煙氣層高度的影響。破拆排煙時(shí)，要盡可能開辟貫通的排煙通道，且優(yōu)先開辟走廊到著火房間的貫通排煙通道，提高排煙效率。本文場景設(shè)計(jì)較為簡化，尚未考慮風(fēng)向風(fēng)速對火場排煙的影響，以及垂直通風(fēng)條件、機(jī)械排煙作用對賓館走廊煙氣層界面高度的影響，但可為消防部隊(duì)破拆排煙戰(zhàn)斗行動(dòng)提供一定參考。

［1］湯華清.CFAST6.在某賓館房間初期火災(zāi)分析中的應(yīng)用［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2009(3):24－25.

［2］舒中俊，孫華玲.火災(zāi)區(qū)域模擬原理及CFAST軟件應(yīng)用［J］.武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2004(4):30－32.

［3］蘇德權(quán)，王全福，王方.民用建筑火災(zāi) CFAST模擬及分析［J］.價(jià)值工程，2011(16):299－300.

［4］段勝奇.基于CFAST模型的倉儲式超級市場火災(zāi)煙氣計(jì)算機(jī)模擬淺析［J］.安防技，2009(6):6－9.

［5］范維澄，孫金華，陸守香，等.火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.

［6］公安部消防局.中國消防年鑒［M］.北京:中國人事出版社，2014.

［7］蘇清土.基于CFAST的賓館火災(zāi)走廊煙氣層分析及啟示［J］.中國應(yīng)急救援，2013(1):47－49.

［8］靳自兵.建筑火災(zāi)CFAST模擬軟件的應(yīng)用［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2014，33(2):143 －145.

［9］馮俊峰.火災(zāi)區(qū)域模擬原理及CFAST軟件應(yīng)用［J］.中國安防，2008(2):9 －11.

［10］ Francisco J.Joglar-Billoch.Amethodology for fire risk and hazard assessment［D］.America:University of Maryland，2000.

［11］ J.Rahikainen，O.Keski-Rahkonen.Statistical determination of ignition frequency of structural fires in different premises in Finland［J］.Fire Technology，2004，40(4):335－353.

［12］趙建龍.室內(nèi)火災(zāi)破拆排煙的CFAST模擬［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2012，34(11):1167 －1169.

［13］王江舵，牛貴來.房間開口尺寸對室內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性影響的CFAST模擬研究［J］.沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，31(6):78 －82.

［14］賈水庫，蔣仲安.CFAST軟件在高層學(xué)生公寓火災(zāi)區(qū)域模擬中的應(yīng)用［J］.建筑科學(xué)，2010，26(3):75－79.

［15］閆幼鋒.室內(nèi)火災(zāi)過程的計(jì)算機(jī)模擬［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2004(1):171－174.