張楠，董四輝

(大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)

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基于改進(jìn)古斯塔夫法的大型商場消防安全評價

張楠，董四輝

(大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)

根據(jù)大型商場的火災(zāi)特點分析了古斯塔夫法的不足，并對其進(jìn)行了改進(jìn).首先，在古斯塔夫法的基礎(chǔ)上，考慮了大型商場建筑自身消防系統(tǒng)對火災(zāi)危險度的影響，將原火災(zāi)危險度分析圖四個區(qū)域的意義重新進(jìn)行了定義；其次，設(shè)定了危險范圍，考慮了點火源、密閉性因子在火災(zāi)時對建筑物自身破壞的影響，考慮了消防隊的裝備先進(jìn)性、實戰(zhàn)水平、到達(dá)現(xiàn)場時間、消防車道、室外消火栓因素對消防隊滅火能力的影響；然后，將固有火災(zāi)危險度與人員火災(zāi)危險度進(jìn)行了加權(quán)處理，最終得到了能綜合反映建筑火災(zāi)危險等級的建筑火災(zāi)危險度；最后將改進(jìn)的古斯塔夫法應(yīng)用于大連市某大型地下商場的消防安全評價，并根據(jù)分析結(jié)果提出了相應(yīng)的建議措施.

大型商場;古斯塔夫法;固有火災(zāi)危險;人員火災(zāi)危險

0 引言

目前，我國經(jīng)濟(jì)正處于迅猛發(fā)展的時代，人民生活水平不斷提高，為了滿足人民群眾對于購物和消費的需求，商場由原來經(jīng)營單一、小規(guī)模的商店迅速發(fā)展成為集餐飲、超市、娛樂、休閑、購物于一體的大型商場[1-2].大型商場具有功能各異、人員流動量大且高度集中、火災(zāi)荷載大以及密封性強(qiáng)等特點，一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)撲救和人員物資疏散具有極大的困難，容易造成重大財產(chǎn)損失和群死群傷事故[3-4]，具有較大的火災(zāi)危險性.因此，對大型商場進(jìn)行消防安全評價，可以客觀準(zhǔn)確地認(rèn)識并發(fā)現(xiàn)火災(zāi)危險性，了解消防安全狀態(tài)，從而為大型商場火災(zāi)的預(yù)防與控制、防范措施的建設(shè)與改善提供科學(xué)的依據(jù).

消防安全評價方法按評價結(jié)果可分成定性分析方法、半定量分析方法和定量分析方法，定性分析方法主要用于識別最危險的火災(zāi)事件，但很難得出火災(zāi)危險等級，分析結(jié)果較粗糙，定量分析方法則需要大量的數(shù)據(jù)資料才能展開評價工作[5].半定量方法則不需要大量的數(shù)據(jù)資料，并且可以將定性描述定量化，從而應(yīng)用數(shù)學(xué)方法得到期望的評價結(jié)果[6].古斯塔夫法便是一種半定量分析方法，其在建筑火災(zāi)方面已有一定的應(yīng)用研究，陶亦然[7]應(yīng)用古斯塔夫方法對北京某購物中心進(jìn)行了火災(zāi)風(fēng)險評估，莊磊[8]等人對古斯塔夫法進(jìn)行了改進(jìn)使其適合于布達(dá)拉宮古建筑的火災(zāi)風(fēng)險分析，由此可見將古斯塔夫法用于大型商場的消防安全評價具有一定的可行性.鑒于大型商場的建筑和用途特點，無法直接應(yīng)用古斯塔夫法進(jìn)行消防安全評價，需根據(jù)大型商場的火災(zāi)特點對古斯塔夫法進(jìn)行改進(jìn).本文介紹并分析了古斯塔夫法的不足，對其不足之處進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，使其更適合于對大型商場建筑消防安全評價的應(yīng)用，最后將改進(jìn)的古斯塔夫法應(yīng)用到大連市某大型地下商場的消防安全評價中，并根據(jù)結(jié)果對該大型商場提出了相應(yīng)的建議措施.

1 古斯塔夫火災(zāi)危險度法簡介

古斯塔夫法是一種半定量分析方法，它將建筑火災(zāi)危險源的影響分為兩方面，一方面是火災(zāi)對建筑物本身的破壞，另一方面是火災(zāi)對建筑物內(nèi)人員和財產(chǎn)的損害.古斯塔夫法將火災(zāi)對建筑物自身的破壞用GR表示，對建筑物內(nèi)人員和財產(chǎn)的損害用IR表示，其表達(dá)式分別為：

(1)

其中,Qm為可移動的火災(zāi)荷載因子；C為移動可燃物的易燃性因子；Qi為固定火災(zāi)荷載因子；B為火災(zāi)面積因子；L為滅火能力因子；W為建筑物耐火因子；Ri為火災(zāi)蔓延減少因子.

IR=H·D·F

(2)

其中,H為人員危險因子；D為財產(chǎn)危險因子；F為煙氣因子，由煙氣的危險程度決定.

當(dāng)GR和IR計算出結(jié)果后，就可以繪制出建筑火災(zāi)危險度平面分析圖，如圖1所示.由圖可知，當(dāng)GR和IR的值都很小時，建筑物不需要保護(hù)；當(dāng)GR和IR的值都大時，建筑物需要滅火系統(tǒng)和報警系統(tǒng)的雙重保護(hù)；當(dāng)GR的值較大，IR的值較小時，建筑物需要滅火系統(tǒng)來加以保護(hù)，反之，則需要報警系統(tǒng)的保護(hù)[9].

圖1 古斯塔夫火災(zāi)危險度分析圖

古斯塔夫法的提出為建筑火災(zāi)研究進(jìn)展奠定了基礎(chǔ)，然而古斯塔夫法尚存在一些不足之處：

(1)古斯塔夫法在分析建筑火災(zāi)危險性時排除了對建筑自身消防系統(tǒng)的考慮，其最后根據(jù)平面分析圖來得出建筑所需要的消防保護(hù)類型，然而大型商場具有較大的火災(zāi)危險性，報警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)是必須具備的，因此古斯塔夫法的火災(zāi)危險度分析圖對于大型商場是沒有意義的；

(2)考慮的火災(zāi)影響因子不夠全面，沒有考慮商場的點火源、密閉性因子在火災(zāi)時對建筑物自身破壞的影響；

(3)對于消防隊滅火能力因子的影響因素只考慮了消防隊的性質(zhì)和距離，沒有全面的考慮消防隊的裝備先進(jìn)性、實戰(zhàn)水平、到達(dá)現(xiàn)場時間、消防車道、室外消火栓因素的影響；

(4)火災(zāi)危險度平面分析圖沒有給出危險范圍.

2 大型商場消防安全評價模型

通過對大型商場火災(zāi)特點的分析可知，其一旦發(fā)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想，因此大型商場必須具備相應(yīng)的消防措施[1].然而古斯塔夫法設(shè)想的是，首先將建筑的消防系統(tǒng)排除在外，只考慮其它因素對建筑火災(zāi)危險性的影響，最后根據(jù)火災(zāi)危險度平面分析圖得出建筑所需要的消防系統(tǒng).由此可見，古斯塔夫法不適用于對大型商場火災(zāi)危險性的分析，因此需要對其進(jìn)行改進(jìn).

影響大型商場火災(zāi)危險度的因素包括建筑結(jié)構(gòu)情況、火災(zāi)荷載及可燃性、滅火設(shè)施設(shè)備、火災(zāi)疏散能力、消防救援能力和商場內(nèi)人員情況[10].根據(jù)古斯塔夫火災(zāi)危險度法的思想可知，建筑火災(zāi)危險性包括對建筑物本身的破壞以及建筑物內(nèi)人員傷亡和財產(chǎn)損失，由此將影響建筑火災(zāi)危險度的因素進(jìn)行歸類，同時考慮到以人為本的原則，大型商場火災(zāi)危險度包括建筑物固有火災(zāi)危險度Rb和建筑內(nèi)人員火災(zāi)危險度Rp，對于大型商場，在古斯塔夫法的基礎(chǔ)上考慮了建筑的消防系統(tǒng)，并給出了危險范圍，則改進(jìn)后的大型商場建筑的火災(zāi)危險度平面分析圖見圖2.

他的堅持與努力，讓每一個人都受到了鼓舞，跟隨著他先后完成黑龍江省佳南實驗農(nóng)場河道改移工程、黑龍江省佳南實驗農(nóng)場道路改移工程、佳木斯站綜合改造工程和平街下穿工程、佳木斯市政道路學(xué)府街公鐵立交工程、佳木斯市政道路通江街及通園巷公鐵立交工程。在每一次的工程建設(shè)中，王維振經(jīng)常熬到深夜，研究施工方案及倒行方案，攻堅克難解決拆遷等一系列卡脖子問題。隨后，身先士卒參與節(jié)點兌現(xiàn)，吃在現(xiàn)場、住在現(xiàn)場，連續(xù)奮戰(zhàn)助力工程開通。

圖2 大型商場建筑火災(zāi)危險度分析圖

根據(jù)圖2可以知道，Rb和Rp的危險范圍均為2.9，當(dāng)Rb和Rp的值都很小時，說明大型商場建筑的消防設(shè)備設(shè)施比較完善有效，起到了降低商場建筑火災(zāi)危險性的作用，使其火災(zāi)危險度在可接受的范圍內(nèi)；當(dāng)Rb和Rp的值都較大時，則說明整個消防系統(tǒng)存在問題，此時需要對商場建筑的滅火系統(tǒng)和報警系統(tǒng)及疏散系統(tǒng)均進(jìn)行完善；當(dāng)Rb值較大，Rp值較小時，則說明滅火系統(tǒng)需要完善，反之，則報警系統(tǒng)需要完善.

根據(jù)綜合評價方法的思想，將Rb與Rp進(jìn)行加權(quán)處理，最后得出大型商場火災(zāi)危險度Rs如下：

(3)

其中,α、β分別為Rb和Rp的權(quán)重，火災(zāi)固有危險性和人員危險性共同決定了大型商場的火災(zāi)危險性，對于建筑物來說，建筑的固有危險性在一定程度上影響了建筑內(nèi)人員危險性，固有危險度至少要小于某個臨界值以保證商場人員全部撤離火災(zāi)現(xiàn)場，或者在人員全部撤離到安全場所之前，建筑結(jié)構(gòu)要保證不被火災(zāi)所破壞.α、β的取值由大型商場的類型決定，一般在0～1之間.將火災(zāi)危險等級劃分為5級，具體見表1.

表1 火災(zāi)危險等級

2.1 固有火災(zāi)危險度的計算

本文定義建筑固有火災(zāi)危險度Rb，指的是火災(zāi)時對商場建筑自身破壞的危險程度.大型商場功能的多元化在滿足現(xiàn)代人們消費需求的同時，也極大的增加了商場人員流動量和人員密度，從而導(dǎo)致了人為火災(zāi)危險性的增加.再者大型商場建筑主要為室內(nèi)采光，且通風(fēng)能力差，具有一定的封閉性，加之商場多功能的特點，使得大型商場的照明設(shè)備、電器設(shè)備和變配電設(shè)備較多，而且線路錯綜復(fù)雜、耗電量大，所以大型商場很容易出現(xiàn)用電不慎而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，因此點火源對于大型商場建筑的火災(zāi)危險性具有重要的影響[11].通過分析大型商場的特點，本文在古斯塔夫法的基礎(chǔ)上，考慮了影響大型商場固有火災(zāi)危險性的點火源因子F和密閉性因子C，并且將滅火能力因子L分為消防隊滅火能力因子Lo和建筑自身滅火能力因子Li.

則通過對古斯塔夫法的改進(jìn)可以得到大型商場固有火災(zāi)風(fēng)險Rb的表達(dá)式如下：

(4)

其中,Qm為可移動火災(zāi)荷載因子；Qi為固定火災(zāi)荷載因子；μ為移動可燃物的易燃性因子；F為點火源因子；S為商場建筑面積因子；C為密閉性因子；W為建筑物耐火因子；Ri為火災(zāi)蔓延減少因子；Lo為消防隊滅火能力因子，Li為建筑消防設(shè)施設(shè)備滅火能力因子.

F、S、C、Lo和Li的取值分別見表2～表5，Qm、Qi、Ri取值參考文獻(xiàn)[9]，μ、W取值參考文獻(xiàn)[14].

表2 點火源因子F

表3 建筑面積因子S

表4 密閉性因子C

表5 消防隊滅火能力因子Lo和建筑消防設(shè)施設(shè)備滅火能力因子Li

2.2 建筑內(nèi)人員火災(zāi)危險度的計算

建筑內(nèi)人員火災(zāi)危險度Rp，指的是大型商場發(fā)生火災(zāi)時，人員所受到的火災(zāi)危險程度.不同于古斯塔夫法均考慮了火災(zāi)對人員和財務(wù)的損害，本文根據(jù)以人為本的原則，只考慮大型商場發(fā)生火災(zāi)時，首先要確保人員的安全，那么影響人員安全的因素主要有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、疏散設(shè)施、防排煙能力、煙氣毒性和人群特性等[12-13].在古斯塔夫法的基礎(chǔ)上，可以得到大型商場建筑內(nèi)人員火災(zāi)危險度Rp的表達(dá)式如下：

(5)

其中，T為煙氣毒性因子；f為人群特性因子；K為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)因子；E為安全疏散能力因子；H為防排煙能力因子.

K、E、H取值見下表6～表8.T、f取值參考文獻(xiàn)[14].

表6 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)因子K

表7 安全疏散能力因子E

表8 防排煙能力因子H

3 實例分析

大連市某大型地下商場，是功能多元化的商業(yè)中心，總建筑面積為8.4萬平方米，建有地下三層，建筑結(jié)構(gòu)為鋼混，耐火等級為一級，地面出入口67處.地下一層建筑面積3萬平方米(含通道)，經(jīng)營業(yè)種為服裝、皮鞋箱包、旅游用品、餐飲和游藝廳；地下二層建筑面積2.7萬平方米，經(jīng)營業(yè)種為服裝、靴鞋、禮品玩具、圖書音像、通訊設(shè)備、日式商品和水吧；地下三層建筑面積2.7萬平方米，經(jīng)營業(yè)種為箱包、服飾、小百貨、特色小吃和保齡球.該大型地下商場位于大連市最繁華商圈，日客流量20～30萬人，2000家店面，6000從業(yè)人員，設(shè)有防火卷簾560處，防火分區(qū)72個，煙感2746個，溫感1 411個，應(yīng)急燈300個，手動報警275個，水式消火栓280套，泡沫式消火栓48套，一個消防水池，兩個消防水箱，消防儲水量為740t，消防通道及疏散通道暢通，無堆積物.最近的消防隊到達(dá)該商場的時間大約為40 min.根據(jù)調(diào)查可得Qm=2.0，Qi=1.2，μ=1.5，F(xiàn)=1.71，S=4.0，C=1.5，W=2.0，Ri=1.0，Lo=2.48，Li=2.79；T=3.6，f=3.6，K=1.63，E=1.41，H=1.44，再根據(jù)專家調(diào)查法，α、β分別取值為0.58、0.42，最后計算得出Rb=2.82，Rp=3.91，Rs=3.27.

由分析計算結(jié)果可知，該大型地下商場人員火災(zāi)危險度較大，固定火災(zāi)危險度較小，根據(jù)大型商場火災(zāi)危險度平面分析圖可知，該地下商場的報警系統(tǒng)及疏散設(shè)施設(shè)備需要完善、改進(jìn)，即該地下商場發(fā)生火災(zāi)時，人員受到火災(zāi)的危害較大，主要原因是該商場的用途和建筑結(jié)構(gòu)特點所致，其大部分可燃物燃燒的產(chǎn)物具有毒性，加之排煙能力差及人們對疏散路徑的不熟悉，容易導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡，甚至群死群傷；同時該地下商場的建筑固定火災(zāi)危險度極其接近臨界值，這是由于地下商場建筑面積較大、可燃物較多，火災(zāi)溫度升高快.最后綜合結(jié)果，該大型地下商場火災(zāi)安全處于一般安全等級.為了保障人員的健康生命安全，建議該大型地下商場加強(qiáng)通風(fēng)排煙的能力；將所有裝修材料涂料換為不燃或阻燃，以減少建筑內(nèi)可燃物的數(shù)量；在商場的入口及內(nèi)部多處醒目位置設(shè)置該商場的火災(zāi)逃生路線圖，并定期更新；加強(qiáng)該商場消防管理人員的培訓(xùn)教育，定期進(jìn)行火災(zāi)疏散演練.

4 結(jié)論

大型商場具有較大的火災(zāi)危險性，一旦發(fā)生火災(zāi)，便會造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此對大型商場進(jìn)行消防安全評價是十分必要的.鑒于大型商場建筑的火災(zāi)特點，可知古斯塔夫法對于分析大型商場建筑火災(zāi)危險性具有不足之處，本文對古斯塔夫法進(jìn)行了改進(jìn)：

(1)在古斯塔夫法的基礎(chǔ)上，考慮了大型商場建筑自身的消防系統(tǒng)對火災(zāi)危險度的影響，將原火災(zāi)危險度分析圖四個區(qū)域的意義重新進(jìn)行了定義，即A區(qū)為消防系統(tǒng)完善有效、B區(qū)為滅火系統(tǒng)需要完善改進(jìn)、C區(qū)為報警系統(tǒng)和疏散系統(tǒng)需要完善改進(jìn)、D區(qū)為消防系統(tǒng)需要完善改進(jìn)；

(2)設(shè)定了Rb和Rp的危險范圍均為2.9；

(3)在考慮原火災(zāi)影響因子的基礎(chǔ)上，增加考慮了商場的點火源、密閉性因子在火災(zāi)時對大型商場建筑物自身破壞的影響；

(4)對于消防隊滅火能力因子的影響因素，考慮了消防隊的裝備先進(jìn)性、實戰(zhàn)水平、到達(dá)現(xiàn)場時間、消防車道、室外消火栓因素的影響.

(5)根據(jù)綜合評價的思想，將固有火災(zāi)危險度Rb和人員火災(zāi)危險度Rp進(jìn)行了加權(quán)處理，最后得到了一個能綜合反映建筑火災(zāi)危險等級的建筑火災(zāi)危險度Rs.

最后將該方法應(yīng)用到了大連市某大型地下商場的消防安全評價中，首先對該地下商場做了相關(guān)的資料數(shù)據(jù)調(diào)研，然后根據(jù)改進(jìn)的古斯塔夫法進(jìn)行了消防安全評價，結(jié)果顯示該大型地下商場人員火災(zāi)危險度較大，固定火災(zāi)危險度較小，根據(jù)大型商場火災(zāi)危險度平面分析圖可知，該地下商場的報警系統(tǒng)及疏散設(shè)施設(shè)備需要完善、改進(jìn)，最后的綜合結(jié)果為一般安全等級.最后根據(jù)評價結(jié)果，對該大型地下商場的火災(zāi)危險性做了相應(yīng)的分析，提出了相應(yīng)的建議措施.

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Fire Safety Evaluation of Large Shopping Mall based on Improved Gustav Method

ZHANG Nan, DONG Sihui

(School of Civil and Safety Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)

According to the fire characteristics of the large shopping mall, the shortage of Gustav method was analyzed and improved. On the basis of Gustav method and considering the influence of fire control system of large shopping mall building on fire risk, the significance of the four regions of the original fire risk analysis figure was redefined, and the risk range was set up. The effect of the ignition source and the tightness factor on the damage to the building itself in the fire was considered, and the influence of the factors, including the equipment progressiveness, the actual level and the arrived time of the fire brigade, the fire lane and the outdoor fire hydrant, on the fire fighting capacity of the fire brigade was taken into account. The inherent fire risk and the personnel fire risk were weighted to building fire risk, which can synthetically reflect building fire risk level. The improved Gustav method was applied to fire safety evaluation of a large underground shopping mall in Dalian city, and the corresponding suggestions and measures were put forward with the analysis results.

large shopping malls; Gustav method; inherent fire risk; personnel fire risk

1673- 9590(2016)02- 0088- 06

2015-07-05

遼寧省科技計劃基金資助項目(2012231004)

張楠(1989-)，女，碩士研究生;董四輝(1977-)，男，副教授，博士，主要從事消防安全監(jiān)控及評價的研究E- mail:38553546@qq.com.

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