基于CFAST的賓館火災(zāi)不同破拆位置排煙效果模擬研究

許東濤

(石嘴山市消防支隊，寧夏 石嘴山 753000)

基于CFAST的賓館火災(zāi)不同破拆位置排煙效果模擬研究

許東濤

(石嘴山市消防支隊，寧夏 石嘴山 753000)

運用CFAST區(qū)域模擬軟件，對破拆賓館的不同位置進行排煙的效果進行了模擬研究。對比不同工況下煙氣層界面高度的變化情況，分析破拆位置對排煙影響的基本規(guī)律，由此提出了破拆排煙位置的優(yōu)選建議，為消防部門疏散火場被困人員和制定滅火救援預(yù)案提供技術(shù)參考。

賓館火災(zāi)；破拆位置；排煙；煙氣層高度；CFAST

0 引言

賓館火災(zāi)發(fā)生后，由于大量高溫有毒煙氣涌入走廊，對被困人員疏散及消防部隊內(nèi)攻滅火造成較大困難[1]。如何采取科學的破拆排煙方法，合理選擇破拆位置，有效提高火場排煙效率，從而降低高溫有毒煙氣危害，最大限度地搶救被困人員生命，是賓館火災(zāi)撲救中需要解決的問題。本文運用CFAST軟件，對賓館初期火災(zāi)發(fā)生后，破拆賓館不同位置時走廊煙氣層高度的變化進行模擬，進而分析破拆位置對排煙影響的基本規(guī)律。

1 CFAST軟件簡介

CFAST是由美國國家標準和技術(shù)研究所(NIST)火災(zāi)研究中心開發(fā)的一種基于兩區(qū)域模型的火災(zāi)模擬軟件[2]。根據(jù)建筑內(nèi)各個房間的幾何尺寸和連接各房間的門窗等開口情況、壁面結(jié)構(gòu)的熱物性參數(shù)、火源的熱釋放速率或質(zhì)量燃燒速率以及燃燒產(chǎn)物的生成速率[3-5]，可預(yù)測設(shè)定火源條件下建筑內(nèi)的火災(zāi)環(huán)境。CFAST最多可模擬30個房間或1 000 m2的規(guī)模，具有界面友好、操作簡潔、運行速度快等特點[6]。

2 賓館火災(zāi)模擬參數(shù)及工況設(shè)定

2.1 模擬區(qū)域參數(shù)設(shè)定

將火災(zāi)模擬區(qū)域選定為某賓館其中一樓層，在CFAST軟件界面搭建該模擬區(qū)域，其建筑尺寸及內(nèi)裝修材料參數(shù)如表1，其CFAST模擬效果見圖1。在賓館房間3內(nèi)設(shè)置火源，房間3內(nèi)的可燃物有衣柜(0,0,2.5)、沙發(fā)(0,0,4)、電視機(0,3,2.5)、床墊(0,3,5)、窗簾(0,2,6)。為便于模擬與計算，火源的尺寸、燃點、釋熱速率等參數(shù)均設(shè)為默認值。內(nèi)、外部環(huán)境參數(shù)均設(shè)為默認值。

圖1 火災(zāi)模擬區(qū)域效果圖

2.2 模擬工況設(shè)定

設(shè)賓館房間門關(guān)閉時的開啟度為0.01，窗關(guān)閉時的開啟度為0.002[1]，門、窗開啟時的開啟度均為1?；馂?zāi)過程模擬時間為1 200 s，電子表格的輸出時間間隔為10 s，其余參數(shù)均設(shè)為默認值。假設(shè)在該賓館起火后第500 s，消防官兵實施破拆排煙行動。本模擬分為A、B、C、D四組工況，用以研究不同破拆位置對走廊排煙效果的影響，具體工況設(shè)定見表2。

表2 模擬工況的設(shè)定

3 模擬結(jié)果比較分析

根據(jù)設(shè)定的賓館火災(zāi)模擬區(qū)域參數(shù)及工況，運行CFAST軟件并導出A、B、C、D四種工況下賓館走廊煙氣層高度變化的數(shù)值列表，用Origin8.5繪制曲線圖，結(jié)果如圖2。

圖2 破拆門(窗)時走廊煙氣層高度隨時間的變化

由圖2可知，賓館房間3起火后，如果不及時進行破拆排煙，煙氣將在100 s內(nèi)蔓延至整個走廊。第500 s時，即破拆賓館房間3窗戶后，煙氣層高度產(chǎn)生波動并且緩慢上升。這可能是因為空氣由破拆排煙口進入室內(nèi)，使得可燃物燃燒加快，煙氣生成增多。第800～900 s時，煙氣層高度穩(wěn)定在1.7 m左右，至1 100 s左右保持在2 m。當破拆走廊窗戶a或房間2的門、窗時，煙氣層界面分別迅速上升至1.25 m和0.8 m。第600 s后，煙氣層界面緩慢升高，最終分別維持在1.5 m和1.2 m左右。

人眼特征高度通常為1.2～1.8 m。由于人在火災(zāi)中逃生時采用低姿，故此時人眼特征高度取1.2 m[2]。若煙氣層界面低于人眼特征高度，高溫有毒煙氣將會對人體產(chǎn)生危害。在最短的時間內(nèi)，何種破拆方案(工況)能夠使走廊煙氣層界面升高到1.2 m以上，該方案(工況)即為最優(yōu)。在工況B、C、D中，工況C在第600 s以前即使走廊煙氣層界面上升至1.2 m，用時最短，故為最優(yōu)。

4 破拆排煙的進一步模擬

上文僅對破拆起火房間單扇門(窗)的排煙效果進行了模擬。結(jié)果顯示，相對于破拆起火房間單扇門(窗)，破拆走廊一側(cè)窗戶進行排煙的效果較好。滅火救援實戰(zhàn)中，還需考慮打通貫通的排煙通道以增強排煙效果。為此，需要對同時破拆走廊一側(cè)窗戶與其他位置的門(窗)的情景進行模擬。模擬分為三組，具體模擬情景設(shè)置如表3所示。

表3 模擬情景的設(shè)定

進一步模擬結(jié)果如圖3所示，當打通走廊到起火房間貫通排煙通道時，走廊煙氣層界面升高明顯，第550 s時，達到2.75 m。相對于打通走廊兩側(cè)排煙通道，打通走廊到起火房間的鄰近房間排煙通道較前者的排煙效果相差不明顯，第600 s時，煙氣層界面迅速上升至1.5 m左右，隨后上升緩慢，最終保持在1.75 m左右。

圖3 破拆走廊窗戶與其他位置門(窗)時走廊煙氣層高度隨時間的變化

5 結(jié)論與討論

同時比較所有模擬結(jié)果，如圖4所示。由圖4可知，情景Ⅱ是所有模擬中排煙效果最好的，工況D是所有模擬中排煙效果最差的。破拆排煙時，打通貫通排煙通道的排煙效果明顯好于破拆單扇門(窗)。在所有破拆排煙模擬工況中，實施破拆排煙后約100 s，賓館走廊煙氣層界面高度不斷上升，最終保持在一定高度[7-9]。

圖4 破拆排煙效果比較

綜上所述，消防部隊到達火場后應(yīng)迅速實施破拆排煙，盡可能地提高賓館走廊煙氣層高度，為被困人員逃生提供有利條件。首先應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況，優(yōu)先選擇破拆賓館走廊一側(cè)窗戶實施排煙。在條件允許的情況下，可對起火房間門(窗)進行破拆。要盡可能打通貫通的排煙通道，在到場力量充足的情況下，先行打通由走廊到起火房間的排煙通道，切實提高火場排煙效率。為便于模擬及討論，本文設(shè)定的破拆排煙情形比較簡化，未考慮現(xiàn)場風向、風速及垂直通風等因素的影響，可在今后的研究中做進一步模擬研究。

[1] 公安部消防局.中國消防年鑒[M].北京:中國人事出版社,2014.

[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].武警學院學報,2004,20(4):30-32.

[3] 湯華清.CFAST6.0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):23-25.

[4] 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.

[5] 范維澄,孫金華,陸守香,等.火災(zāi)風險評估方法學[M].北京:科學出版社,2004.

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

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

[9] 閆幼鋒.室內(nèi)火災(zāi)過程的計算機模擬[J].系統(tǒng)仿真學報,2004,16(1):171-174.

(責任編輯 馬 龍)

CFAST-based Simulation of Smoke Exhaust Effect of Different Positions of Forcible Entries in Hotel Fires

XU Dongtao

(ShizuishanMunicipalFireBrigade,NingxiaHuiNationalityAutonomousRegion753000,China)

With the help of CFAST regional modeling software, the effects of different positions of forcible entries for hotel fire ventilation are simulated. Based on the comparison of the different heights of smoke layer in different conditions, this article analyzes the basic law of the forcible entry position’s effect on ventilation. Recommendations of preferred positions of forcible entries for ventilation are made in order to provide some technical reference for the fire departments to evacuate the trapped in fires and make firefighting and rescue plans.

hotel fire; forcible entry position; smoke exhaust; smoke layer height; CFAST

2016-11-06

許東濤(1973— )，男，河南洛陽人，工程師。

D631.6

A

1008-2077(2017)02-0026-03