一級消防師

第二節(jié)火災(zāi)場景設(shè)計

本節(jié)介紹了什么是火災(zāi)場景，如何設(shè)定火災(zāi)場景，包括火源功率的設(shè)定，火災(zāi)增長分析等。

一、火災(zāi)場景

火災(zāi)場景是對一次火災(zāi)整個發(fā)展過程的定性描述，該描述確定了反映該次火災(zāi)特征并區(qū)別于其他可能火災(zāi)的關(guān)鍵事件?；馂?zāi)場景通常要定義引燃、火災(zāi)增長階段、完全發(fā)展階段、衰退階段以及影響火災(zāi)發(fā)展過程的各種消防措施和環(huán)境條件。

火災(zāi)、建筑和人員之間的相互作用會形成一種非常復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，為了采用確定性評估大型復(fù)雜建筑的消防安全，需要做一些保守的簡化。根據(jù)這一理論，有一些因素會對火災(zāi)場景做出貢獻，而許多因素對火災(zāi)場景的貢獻并不顯著。通過仔細選擇對火災(zāi)場景設(shè)計影響較大的因素，然后運用適當?shù)挠嬎慵夹g(shù)，可以較容易地得到等效安全解決方案。火災(zāi)場景的確定應(yīng)根據(jù)最不利的原則確定，選擇火災(zāi)風險較大的火災(zāi)場景作為設(shè)定火災(zāi)場景，如：火災(zāi)發(fā)生在疏散出口附近并令該疏散出口不可利用、自動滅火系統(tǒng)或排煙系統(tǒng)由于某種原因失效等。火災(zāi)風險較大的火災(zāi)場景一般應(yīng)包括發(fā)生概率高，但火災(zāi)危害不一定最大，或者火災(zāi)危害大，但發(fā)生概率低的火災(zāi)場景。

火災(zāi)場景必須能描述火災(zāi)引燃、增長和受控火災(zāi)的特征以及煙氣和火勢蔓延的可能途徑、設(shè)置在建筑室內(nèi)外的所有滅火設(shè)施的作用、每一個火災(zāi)場景的可能后果。在設(shè)計火災(zāi)場景時，應(yīng)確定設(shè)定火源在建筑物內(nèi)的位置及著火房間的空間幾何特征，例如火源是在房間中央、墻邊、墻角還是門邊等以及空間高度、開間面積和幾何形狀等。

確定可能火災(zāi)場景可采用下述方法：故障類型和影響分析、故障分析、如果-怎么辦分析、相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、工程核查表、危害指數(shù)、危害和操作性研究、初步危害分析、故障樹分析、事件樹分析、原因后果分析和可靠性分析等。

在進行火災(zāi)場景設(shè)計時，應(yīng)該指定設(shè)定火源的位置及空間的幾何形狀，如有必要，還應(yīng)指定房間內(nèi)火源的位置，例如火是否在房間中央、墻邊、墻角或門邊。在消防隊員到達現(xiàn)場開始撲救之前，建筑物內(nèi)火災(zāi)的位置同樣會造成撲救延遲。例如，消防隊員撲救高層建筑中較高樓層的火災(zāi)的準備時間要比比單層建筑火災(zāi)要。

二、設(shè)定火災(zāi)

在設(shè)定火災(zāi)時，一般不考慮火災(zāi)的引燃階段、衰退階段，而主要考慮火災(zāi)的增長階段及全面發(fā)展階段。但在評價火災(zāi)探測系統(tǒng)時，不應(yīng)忽略火災(zāi)的陰燃階段;在評價建筑構(gòu)件的耐火性能時，不應(yīng)忽略火災(zāi)的衰退階段。

在設(shè)定火災(zāi)時，可采用用熱釋放速率描述的火災(zāi)模型和用溫度描述的火災(zāi)模型。在計算煙氣溫度、濃度、煙氣毒性、能見度等火災(zāi)環(huán)境參數(shù)時，宜選用采用熱釋放速率描述的火災(zāi)模型，

在設(shè)定火災(zāi)時，需分析和確定建筑物的基本情況，包括：建筑物內(nèi)的可燃物、建筑結(jié)構(gòu)、平面布置、建筑物的自救能力與外部救援力量等。

在進行建筑物內(nèi)可燃物的分析時，應(yīng)著重分析以下因素：

①潛在的引火源;

②可燃物的種類及其燃燒性能;

③可燃物的分布情況;

④可燃物的火災(zāi)荷載密度。

在分析建筑的結(jié)構(gòu)和平面布置時，應(yīng)著重分析以下因素：

①起火房間的外形尺寸和內(nèi)部空間情況;

②起火房間的通風口形狀及分布、開啟狀態(tài);

③房間與相鄰房間、相鄰樓層及疏散通道的相互關(guān)系;

④房間的圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件和材料的燃燒性能、力學(xué)性能、隔熱性能、毒性性能及發(fā)煙性能。

在分析和確定建筑物的自救能力與外部救援力量時，應(yīng)分析以下因素：

①建筑物的消防供水情況和建筑物室內(nèi)外的消火栓滅火系統(tǒng);

②建筑內(nèi)部的自動噴水滅火系統(tǒng)和其他自動滅火系統(tǒng)(包括各種氣體滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)等)的類型與設(shè)置場所;

③火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型與設(shè)置場所;

④消防隊的技術(shù)裝備、到達火場的時間和滅火控火能力;

⑤煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)置情況。

在確定火災(zāi)發(fā)展模型時，應(yīng)至少分析下列因素：

①初始可燃物對相鄰可燃物的引燃特征值和蔓延過程;

②多個可燃物同時燃燒時熱釋放速率的疊加關(guān)系;

③火災(zāi)的發(fā)展時間和火災(zāi)達到轟燃所需時間;

④滅火系統(tǒng)和消防隊對火災(zāi)發(fā)展的控制能力;

⑤通風情況對火災(zāi)發(fā)展的影響;

⑥煙氣控制系統(tǒng)對火災(zāi)發(fā)展蔓延的影響;

⑦火災(zāi)發(fā)展對建筑構(gòu)件的熱作用。

對于建筑物內(nèi)的初期火災(zāi)增長，可根據(jù)建筑物內(nèi)的空間特征和可燃物特性采用下述方法之一確定：

①實驗火災(zāi)模型;

②火災(zāi)模型;

③MRFC火災(zāi)模型;

④按疊加原理確定火災(zāi)增長的模型。

在有條件時，應(yīng)盡量采用實驗?zāi)Ｐ?。但由于目前很多實驗?shù)據(jù)是在大空間條件下采用大型錐形量熱計測量的結(jié)果，并沒有考慮圍護結(jié)構(gòu)對實驗結(jié)果的影響，因此在應(yīng)用中應(yīng)注意實驗邊界條件和通風條件與應(yīng)用條件的差異。

對于面積較小的著火空間，判斷達到轟燃時的臨界熱釋放速率可采用公式5-4-1計算。對于面積較大的著火空間，可采用空間內(nèi)熱煙氣層的溫度達到500℃～600℃或單位地板面積接受的輻射熱流量達到20kW作為著火房間達到轟燃的標志。

對于火災(zāi)從轟燃到最高熱釋放速率之間的增長階段，可以假設(shè)當轟燃發(fā)生時，火災(zāi)的熱釋放速率同時增長到最大值，此時房間內(nèi)可燃物的燃燒方式多為通風控制燃燒，熱釋放速率將保持最大值不變。

火災(zāi)的最大熱釋放速率可根據(jù)火災(zāi)發(fā)展模型結(jié)合滅火系統(tǒng)的滅火效果來計算確定。滅火系統(tǒng)的滅火效果可以考慮以下三種情況：

①在滅火系統(tǒng)的作用下，火災(zāi)最終熄滅;

②火災(zāi)被控制到恒穩(wěn)狀態(tài)。在滅火系統(tǒng)的作用下，熱釋放速率的不再增長，而是以一個恒定熱釋放速率燃燒;

③火災(zāi)未受限制。這代表了滅火系統(tǒng)失效的情況。

滅火系統(tǒng)的有效控火時間可按下述方式考慮：

①對于自動噴水滅火系統(tǒng)，可采用頂棚射流的方法確定噴頭的動作時間，再考慮一定安全系數(shù)(如1.5)后確定該系統(tǒng)的有效作用時間;

②對于智能控制水炮和自動定位滅火系統(tǒng)，水系統(tǒng)的有效作用時間可按火災(zāi)探測時間、水系統(tǒng)定位和動作時間之和乘以一定安全系數(shù)計算;

③對于消防隊控火，可計算從火災(zāi)發(fā)生到消防隊有效地控制火勢的時間，一般按15min考慮。

三、火災(zāi)增長分析

(一)描述可燃物燃燒性能的主要參數(shù)

①可燃物的點火性能，通常采用單位面積可燃物在一定功率熱輻射作用下的點火時間表示，s;

②可燃物的熱值，kJ/kg;

③單位面積上的質(zhì)量損失速率，kg/㎡.s;

④單位面積上的熱釋放速率，kJ/㎡.s;

⑤毒性氣體的生成率，Kg/Kg;

⑥煙氣的遮光性，一般采用減光系數(shù)表示，m-1。

(二)可燃物的狀況及火災(zāi)荷載密度

可燃物的狀況主要考慮可燃物的形狀、分布、堆積密度、高度、含水率、可燃燒的類型或燃燒性能等。

建筑物內(nèi)的火災(zāi)荷載密度用室內(nèi)單位地板面積的燃燒熱值表示

一個空間內(nèi)的火災(zāi)荷載密度也可以參考同類型建筑內(nèi)火災(zāi)荷載密度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定，在進行此類統(tǒng)計時，應(yīng)該至少對5個典型建筑取樣。

在一定種類可燃物分布和相應(yīng)的通風條件下，火災(zāi)發(fā)展的最大熱釋放速率主要受最大的火源面積控制。此外，用參數(shù)計算的方法確定火災(zāi)熱釋放速率隨時間的變化，也需要最大火源面積這一參數(shù)。

火災(zāi)發(fā)展的面積可采用可燃物水平方向的火焰蔓延速度表示　　著火房間內(nèi)煙氣層的中性面位置，隨熱煙氣溫度和開口位置而變化。在中性面上方，著火房間內(nèi)部的氣體壓力大于相鄰房間或外部的氣體壓力;在中性面下方，著火房間內(nèi)部的氣體壓力小于相鄰房間或外部的氣體壓力。

通風口的形狀、大小和分布影響著火房間內(nèi)的燃燒類型、氣體流動狀態(tài)和火災(zāi)煙氣及熱的排放。

四、熱釋放速率

(一)實際火災(zāi)實驗

通過實際的火災(zāi)實驗，獲得火災(zāi)的熱釋放速率曲線。但在應(yīng)用中應(yīng)注意實驗的邊界條件和通風條件與應(yīng)用條件的差異。實驗結(jié)果表明，在一個大約和ISO9705房間大小相當?shù)姆块g內(nèi)燃燒帶座墊的椅子，當考慮從100kW～1000kW范圍的火災(zāi)時，要比在敞開式大空間內(nèi)的燃燒速率增加20%。

(二)類似實驗

如果缺少分析對象的可燃組件的實驗數(shù)據(jù)，可以采用具有類似的燃料類型、燃料布置及引燃場景的火災(zāi)實驗數(shù)據(jù)。當然，實驗條件與實際要考慮的情況越接近越好。

例如：在考慮會展中心中的一個展位發(fā)生火災(zāi)時，因缺少展位起火的實驗數(shù)據(jù)，可以采用一個辦公家具組合單元的火災(zāi)試驗數(shù)據(jù)。實驗中的辦公家具組合單元包括兩面辦公單元的分隔板、組合書架、軟墊塑料椅、高密度層壓板辦公桌以及一臺電腦，還有98kg紙張和記事本等紙制品。該辦公家具組合單元中包含了展覽中較為常見的可燃物，物品的擺放形式也基本與展位的布置相同，且其尺寸與一個展位相當。因此，在缺少展位火災(zāi)實驗數(shù)據(jù)的情況下，可以用這樣一個辦公家具組合單元的火災(zāi)試驗數(shù)據(jù)來替代。

(三)穩(wěn)態(tài)火災(zāi)

對于穩(wěn)態(tài)火災(zāi)，在其整個發(fā)展過程中，火源的熱釋放速率始終保持一個定值。火災(zāi)發(fā)展過程中的充分發(fā)展階段可以近似看成是穩(wěn)態(tài)火災(zāi)。某些時候，為了簡化計算，一般保守地設(shè)定火災(zāi)為穩(wěn)態(tài)火災(zāi)，尤其是在進行排煙系統(tǒng)的計算時，這種方法可以為防排煙系統(tǒng)的設(shè)計提供相對保守的結(jié)果。

穩(wěn)態(tài)火災(zāi)的熱釋放速率應(yīng)該對應(yīng)預(yù)期火災(zāi)增長的最大規(guī)模，因此穩(wěn)態(tài)火災(zāi)的熱釋放速率也可以基于在自動噴水滅火系統(tǒng)的第一個灑水噴頭啟動時的火災(zāi)規(guī)模。當評估探測系統(tǒng)或感溫滅火系統(tǒng)(如自動噴淋)的反應(yīng)時間時，不應(yīng)采用恒穩(wěn)態(tài)設(shè)定火災(zāi)。

(四)與美國消防協(xié)會標準中示例材料的對應(yīng)關(guān)系。

表5-4-1 火焰水平蔓延速度參數(shù)值

(五)MRFC模型

MRFC模型是火災(zāi)與煙氣在建筑物內(nèi)蔓延的多室區(qū)域模擬軟件。該軟件中運用可燃物火焰蔓延速度及其燃燒特性參數(shù)計算熱釋放速率

(六)熱釋放速率曲線疊加模型

當房間內(nèi)某可燃物著火后，會因火源和熱煙氣層的熱輻射作用，而在一定時間內(nèi)引燃其周圍可燃物，使熱釋放速率增長。此時的熱釋放速率應(yīng)為原著火可燃物的熱釋放速率和被引燃可燃物熱釋放速率的疊加。距火源中心距離為R處所接收到的火源輻射熱流量和火源熱釋放速率的關(guān)系

受熱輻射作用引燃可燃物的最小熱流量因可燃物不同而有所差異，如聚氨酯泡沫的最小引燃熱流量約為7kW/㎡，木材的最小引燃熱流量約為10～13kW/㎡，小汽車的最小引燃熱流量約為16kW/㎡。當著火房間高度較高時，空間內(nèi)的冷空氣層較高、熱煙氣層溫度較低，可忽略熱煙氣層的熱輻射作用，而直接運用公式5-4-8判斷相鄰可燃物的引燃狀況。反之，不能忽略熱煙氣層的熱輻射作用。判斷相鄰可燃物的引燃狀況時，除了用公式5-4-8計算火源的輻射熱流外，還要計算熱煙氣層的輻射熱流量。

編輯推薦：

歷年消防工程師考試章節(jié)考點專題匯總

（責任編輯：）

共2頁,當前第1頁  第一頁  前一頁  下一頁