費氏曲線在大型購物中心防火安全評估中的應(yīng)用

●王竟萱，白鳳杰

(廊坊市消防支隊，河北廊坊 065000)

0 引言

公安消防部門依法監(jiān)督，對重大火災(zāi)隱患的確定應(yīng)慎重，要體現(xiàn)“以人為本”的思想，如果發(fā)生火災(zāi)，對人的危險性大小是確定重大火災(zāi)隱患的第一條件。要充分發(fā)揮政府統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)的作用，舉全社會的合力，整改火災(zāi)隱患，轉(zhuǎn)危為安，化險為夷，確保社會公共安全［1］。防火安全評估可以減少火災(zāi)隱患，可以更客觀、準(zhǔn)確地認(rèn)識火災(zāi)的危險性，從而為人們預(yù)防、控制和撲滅火災(zāi)提供依據(jù)，同時防火安全評估也是火災(zāi)科學(xué)與消防工程的重要組成部分，是其今后發(fā)展的重點。所以研究防火安全評估十分必要，選取好的方法更能將防火安全評估的作用發(fā)揮到最大，對防火工作的意義重大。本文針對國內(nèi)大型購物中心的空間特性和防火對策作探討，利用費氏曲線對購物中心的防火安全進(jìn)行評估，得出人員安全曲線(LS)，并整理出國內(nèi)大型購物中心的空間特性在防火安全上存在的不足。

1 費氏曲線評估法

1.1 費氏曲線評估法

費氏曲線評估法是由美國伍斯特大學(xué)費杰羅教授累積25年的防火安全理論與實踐經(jīng)驗所獨創(chuàng)，是一種評估建筑防火安全性能的方法。費氏曲線評估法可應(yīng)用于任何法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，由有組織的理解和闡述建筑火災(zāi)特性的各個程序所組成。整體建筑防火安全系統(tǒng)依據(jù)建筑的功能、特性和組織簡化成幾個部分，人員安全分析(Life－safety Analysis)是此系統(tǒng)中相當(dāng)重要的部分［2］。

1.2 評估邏輯結(jié)構(gòu)

費氏曲線評估法評估建筑物防火性能的方法為確定性分析，但結(jié)果可能會以隨機(jī)性分析來表示。費氏曲線評估法主要特色為:利用隨機(jī)性分析的火災(zāi)條件或情境設(shè)定，將建筑物可能面臨的風(fēng)險用某些特定詞將其特征化，讓學(xué)者和專家了解特定建筑空間的重要特性。

費氏曲線評估法只是一種思考方式，是一種邏輯形式的思考，有助于人們了解建筑火災(zāi)特性。此評估方法在建筑管理和建筑工業(yè)上有助于消防工程領(lǐng)域通過自身所了解的建筑火災(zāi)特性，使專業(yè)人員和消防工作人員在消防安全上做更好的溝通與決定，并了解建筑物因火和熱導(dǎo)致的破壞、特定疏散場所的可使疏散人員存活的時間和建筑結(jié)構(gòu)因火災(zāi)崩塌的時間。這些潛在的風(fēng)險特征，將有助于人員對安全、財產(chǎn)的防護(hù)，對產(chǎn)業(yè)是否可以繼續(xù)進(jìn)行、鄰近建筑是否會受到危害與環(huán)境危害的了解。

1.3 主要評估曲線

費氏曲線評估法由有組織的理解與闡述建筑火災(zāi)特性的多個程序所組成。包括:有關(guān)建筑物的內(nèi)部裝修、火災(zāi)荷載等因素的I曲線，人員滅火能力的M曲線，自動滅火設(shè)施可靠度的A曲線，以上三者合并的L曲線，有關(guān)煙氣到達(dá)、累積的S曲線，有關(guān)疏散允許時間的人員安全的LS曲線。

2 費氏曲線評估方法應(yīng)用

2.1 實例選取

大型購物中心平時的流動人員復(fù)雜，數(shù)量龐大，最高可達(dá)數(shù)萬人。在防火安全的人員安全防護(hù)、財產(chǎn)安全防護(hù)、營業(yè)繼續(xù)的防護(hù)與環(huán)境防護(hù)等4個主要防火安全目標(biāo)中，以人員安全防護(hù)為首。本文選取某購物中心，利用費氏曲線中的人員安全曲線(LS Curves)來進(jìn)行調(diào)查分析。

2.1.1 起火地點

購物中心內(nèi)的場所用途非常多，有賣玩具、服飾、體育用品等場所，還有大型書店、餐廳、美食街、電影院、停車場、機(jī)械設(shè)備空間等場所。其中比較危險的起火地點為貨架式的玩具店或鞋店，因其商品、貨物采用垂直式堆置，火災(zāi)初期不易被發(fā)現(xiàn);而且具有大量可燃且能產(chǎn)生大量煙氣的塑料制品及皮革，發(fā)生火災(zāi)時容易產(chǎn)生大量有毒濃煙。澳大利亞已經(jīng)做過玩具店與鞋店的燃燒實驗，為配合該燃燒實驗的實驗條件，以適度利用此燃燒實驗的數(shù)據(jù)，本文選定該購物中心六樓有頂棚的人行通道旁的玩具店作為起火地點。

2.1.2 疏散地點

商店與有頂棚的人行通道間都設(shè)有防火卷簾門，煙氣無法自由流動，但國外的設(shè)計都是允許煙氣從起火區(qū)流動到有頂棚的人行通道進(jìn)行蓄積或排出。所以購物中心依照現(xiàn)行法規(guī)設(shè)置防火卷簾門，最容易受到煙氣侵害的應(yīng)為該起火區(qū)內(nèi)的人員，接著隨火勢擴(kuò)大破壞防火或防煙分區(qū)，煙氣則流動到其他區(qū)域或有頂棚的人行通道，這時最易受煙氣侵害的人員為頂樓因煙層蓄積與下降時最先抵達(dá)的該樓層人員。因為選定起火地點為六樓有頂棚的人行通道旁的玩具店，所以疏散地點選定為該購物中心七樓(頂樓)的電影院。

2.1.3 疏散路徑

疏散路徑擬定為:該購物中心七樓的電影院內(nèi)距離疏散出口最遠(yuǎn)端到最近的疏散出口，再由電影院疏散出口疏散到最近的疏散樓梯，再經(jīng)過疏散樓梯疏散到一樓出口。

2.1.4 煙氣移動路徑

起火地點的煙氣直接流動到有頂棚的人行通道，并從有頂棚的人行通道頂端開始蓄積。這與規(guī)定利用防火卷簾門所圍成的防火分區(qū)將煙與熱流區(qū)域隔開的控制煙氣的方式不同，目前國內(nèi)也正在探討有頂棚的人行通道周圍的防火卷簾門未設(shè)置(或放下)的條件下，利用人行區(qū)大空間的蓄煙能力，是否仍能有效防止煙氣的危害。

2.1.5 臨界煙量

在火場中煙氣存在的狀況下，人的可見度超過10 m以上則此空間的煙濃度可維持人員存活。可見度低于10 m時，則此空間的煙濃度不可維持人員存活。有關(guān)煙的產(chǎn)生、流動、蓄積、下降的時間計算相當(dāng)復(fù)雜［3］，一般而言有4種方式:全尺寸實驗、縮小尺寸實驗、實驗室實驗、計算機(jī)軟件仿真。本文采用澳洲實驗室實驗數(shù)據(jù)做合理轉(zhuǎn)移得出大概的煙層下降情況。

2.2 應(yīng)用方法

步驟一:在選定地點的4個不同角落安排4名觀察人員，距離為10 m，目測數(shù)字牌的觀測結(jié)果。

步驟二:以數(shù)字牌5代表該購物中心七樓離地面2 m的位置(起火點為6樓玩具店)。

步驟三:將澳洲實驗數(shù)據(jù)依照圖1的事件分析加以應(yīng)用。

步驟四:觀測者觀察到煙氣時就代表煙氣進(jìn)入此防煙分區(qū)。4名觀測者中，最先觀察到煙氣時的時間點，代表概率為0%;最后觀察到煙層時的時間點，代表概率為100%。兩個時間點間的概率分配采用平均分配。

步驟五:觀測者完全無法辨識數(shù)字牌時，代表此防煙分區(qū)蓄積了足夠致命的煙量，此點不可以使人員存活。4名觀測者中，最先無法辨識數(shù)字牌時的時間點，代表概率為0%;最后無法辨識數(shù)字牌時的時間點，其概率為100%。兩個時間點間的概率分配采用平均分配。

按此方法可得出表1、表2、表3三組數(shù)據(jù)。圖1為分析邏輯樹。

利用表1、表2、表3可繪出人員安全曲線，如圖2所示。

圖1 分析邏輯樹

表1 觀測者目測煙到達(dá)數(shù)字牌的時間

表2 觀測者目測煙遮蔽數(shù)字牌的時間

表3 防煙區(qū)域的人存活概率表

2.3 疏散時間的計算

疏散時間計算的方法有4種［4］:(1)實地預(yù)警實驗。選定一群具有代表性的實驗者，告知他們模擬的火災(zāi)情境，觀察實驗者的移動與疏散時間。此方法費時費力，而且未必與真實火災(zāi)的疏散情況相同。(2)實地不預(yù)警實驗。在不告知人們的情況下，直接在選定的場所施放煙霧或敲響火警警鈴，之后在暗中或利用監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行觀察與紀(jì)錄。此方式危險性極高，有可能因人員驚慌造成人員傷亡，但數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確。(3)實地調(diào)查。調(diào)查選定地點的人員數(shù)量、出口位置及寬度、疏散路徑的距離等，再通過公式計算出疏散時間。(4)計算機(jī)軟件仿真。將實地調(diào)查的數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，利用計算機(jī)軟件計算出疏散時間。

圖2 人員安全曲線

本文采用實地調(diào)查得出疏散時間。根據(jù)該購物中心的資料可得:七樓全層可容納5200人。取2號疏散樓梯，按照其防火疏散的方案，若發(fā)生火災(zāi)，預(yù)計從2號疏散樓梯疏散的人員約為820人。2號疏散樓梯的寬度為2.80 m。所以可算出疏散移動時間:820/(2.80 ×1)=293 s。

2.4 疏散預(yù)動作時間

根據(jù)該購物中心防火演練和防火措施中可得:(1)感知時間，感煙探測器動作的時間一般為60 s。(2)通報時間，無線電呼叫六樓的安全人員，時間約為10 s。(3)防火人員前往時間，假設(shè)防火人員剛好在距離起火點最遠(yuǎn)處，水平距離為100 m，移動速度為2 m·s－1，則防火人員抵達(dá)起火點時間為50 s。(4)通報時間，防火人員利用無線電呼叫一樓的救火人員，時間約為10 s。(5)救火人員抵達(dá)起火點時間，樓梯間垂直距離為25 m，移動速度為2.5 m·s－1，則該時間為10 s。(6)初期滅火失敗時間，假設(shè)為60 s。(7)滅火失敗通報時間，救火人員利用無線電通知購物中心消防控制室初期滅火失敗，時間約為10 s。(8)廣播時間，消防控制室啟動語音廣播時間為10 s。各個通報程序所需時間合計為220 s。

2.5 人員安全曲線(LS)的繪制

由以上分析及模擬數(shù)據(jù)可得七樓疏散時間為:總疏散時間=疏散預(yù)動作時間+疏散移動時間=220+293=513 s。

S曲線中的橫坐標(biāo)時間減去疏散時間，則變成允許疏散時間，即為LS曲線，如圖3所示。

圖3 人員安全曲線

圖3的意義是疏散人員在火災(zāi)發(fā)生后2.45 min內(nèi)開始疏散，則人員的存活率為100%，若在火災(zāi)發(fā)生后3 min才開始疏散，則人員存活率降至45%，若超過3.45 min才開始疏散，則其存活率為0%，而本文所得出的延遲疏散時間為220 s(3.67 min)，所以人員存活率為0%，代表該購物中心在六樓發(fā)生火災(zāi)時，若不啟動防火卷簾門，讓煙氣直接流動到人行通道，且不向外排煙(可視為未設(shè)排煙系統(tǒng)或排煙系統(tǒng)失效的情況)，則有部分人員無法順利疏散，將導(dǎo)致傷亡產(chǎn)生。

3 結(jié)論與建議

經(jīng)以上數(shù)據(jù)分析可得:該購物中心六樓發(fā)生火災(zāi)時，延遲疏散時間為220 s(3.67 min)，人員存活率為0%，表明若不啟動防火卷簾門，讓煙氣直接流動到人行通道，且不向外排煙，則有部分人員無法順利疏散，將產(chǎn)生人員傷亡。

費氏曲線評估法屬于剛推展的評估法，其相關(guān)的數(shù)據(jù)庫尚在建立中，因此對于建筑物防火安全性能的評估只能利用火災(zāi)案例分析或?qū)嶒瀬慝@得邏輯樹中各事件的概率值，需要耗費相當(dāng)?shù)娜肆?、物力與財力，但若能取得各個事件的概率值，則所得出的曲線具有一定的精確性。若不能取得各個概率值，可利用已研究或發(fā)表的文獻(xiàn)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)，加以轉(zhuǎn)換或替代此概率值，再利用曲線圖加以展現(xiàn)，雖無法完全發(fā)揮費氏曲線評估法的強(qiáng)大功能，但其曲線圖表達(dá)的易讀性，仍值得采用。

未來國內(nèi)若能逐步推廣費氏曲線評估法，將各個案例所得出的各曲線事件概率值逐步整合，置入數(shù)據(jù)庫，甚至加以程序化，則消防工程界的防火安全評估人員可利用此共通的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)產(chǎn)生邏輯樹的概率值。

［1］李引擎.建筑防火的性能設(shè)計及其規(guī)范［J］.建筑科學(xué)，2002，18(5):53－55.

［2］吳宗之，高進(jìn)東，魏利軍.危險評價方法與應(yīng)用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2001.

［3］韓新，沈祖炎，曾杰，等.建筑火災(zāi)危險性評估性能方法基本框架研究［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2001，10(2):50 －57.

［4］楊波.大型綜合性商業(yè)建筑的性能化消防設(shè)計［D］.重慶:重慶大學(xué)，2005.