在建建筑火災(zāi)轟燃數(shù)值仿真研究

楊祎 趙平

摘 要：為研究在建建筑特殊火災(zāi)的轟燃現(xiàn)象，建立火災(zāi)能量守恒方程，基于燕尾突變理論確定突變勢(shì)函數(shù)，計(jì)算出在建建筑火災(zāi)轟燃時(shí)上層煙氣的臨界溫度。利用模擬軟件FDS對(duì)在建建筑不同施工場(chǎng)景進(jìn)行仿真模擬，得到火災(zāi)特征參數(shù)值。結(jié)果表明：不同施工階段的火災(zāi)可燃物不同，發(fā)生轟燃的時(shí)間點(diǎn)不同;隨著通風(fēng)風(fēng)速的增加，火災(zāi)熱釋放速率增長(zhǎng)逐漸放緩，煙氣可見(jiàn)度增長(zhǎng)加快，一定的通風(fēng)速度有助于提高排煙效率;不同火源位置火災(zāi)特征不同，狹窄空間更容易發(fā)生轟燃，未封閉樓梯間處煙囪效應(yīng)明顯。

關(guān)鍵詞：在建建筑;火災(zāi);燕尾突變;數(shù)值仿真;熱釋放速率

中圖分類(lèi)號(hào)：TU714

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：2096-6717（2019）02-0159-08

Abstract：In order to study flashover phenomenon of special fire in building under construction， a fire energy conservation equation was first established in this paper. Then，the critical temperature of thermal smoke during the flashover was determined by the catastrophe potential function based on the swallowtail catastrophe theory. Finally， the software FDS was adopted to simulate the fire flashover considering different construction scenarios， so that the corresponding fire characteristic parameters can be obtained. The results show that different fire combustible materials at different construction stages lead to different flashover time points. With the increase of ventilation velocity， the rate of fire heat release increases slowly， whereas the visibility of smoke increases rapidly. In addition， the fire characteristic parameters are highly related to the fire sources. Thus， flashover is more likely to occur in narrow space， leading to an obvious chimney effect， especially for the unclosed stairwell.

Keywords：building under construction; fire; swallowtail catastrophe; numerical simulation; heat release rate

在建筑施工過(guò)程中，工程建設(shè)周期長(zhǎng)，多方主體的聯(lián)合參與，以及復(fù)雜的工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作界面，導(dǎo)致更多消防安全隱患。與既有建筑相比，在建建筑具有三大火災(zāi)特征：一是施工過(guò)程中大量堆放的可燃與易燃材料，當(dāng)接觸明火等火源時(shí)，極易被引燃并產(chǎn)生大量濃煙;二是在建建筑樓內(nèi)無(wú)防火設(shè)施，管道井、樓梯井、門(mén)窗洞口未封閉，容易發(fā)生立體火災(zāi);三是在建建筑沒(méi)有形成完整的消防噴淋、疏散指示與應(yīng)急報(bào)警系統(tǒng)，一旦起火，將嚴(yán)重威脅現(xiàn)場(chǎng)工人的生命安全。綜合考慮在建建筑自身的特性，與已建建筑相比，發(fā)生火災(zāi)后，熱釋放速率與煙氣蔓延規(guī)律會(huì)存在很大區(qū)別[1]。在建建筑火災(zāi)中，轟燃是火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中最危險(xiǎn)的燃燒階段，是空間內(nèi)局部火轉(zhuǎn)變成整體火的突變點(diǎn)[2]，轟燃發(fā)生時(shí)，暴露于熱輻射范圍內(nèi)的所有可燃物表面將同時(shí)達(dá)到可燃點(diǎn)[3]，預(yù)示著人員疏散逃生與消防撲救滅火將十分困難。

目前，學(xué)者們對(duì)建筑火災(zāi)進(jìn)行了大量的研究[4-8]。針對(duì)火災(zāi)轟燃的研究主要包括理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)分析與數(shù)值模擬。理論計(jì)算方面，Graham等[9]依據(jù)雙區(qū)域模型和熱爆理論，研究了受限空間在單個(gè)出口下的煙氣蔓延特性，認(rèn)為墻壁熱慣性對(duì)轟燃發(fā)生的時(shí)間參量有重要影響。陳愛(ài)平等[10]利用混沌理論，得到通過(guò)溫度變化率表征的轟燃判據(jù)。實(shí)驗(yàn)分析方面，陸時(shí)正等[11]通過(guò)小規(guī)?；馂?zāi)實(shí)驗(yàn)，提出溫度分布均一性指數(shù)，認(rèn)為其最小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間是轟燃發(fā)生的時(shí)間。張磊等[12]基于全尺寸室內(nèi)實(shí)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，建立了單室轟燃的溫升模型。數(shù)值模擬方面，韓如適等[13]驗(yàn)證了FDS大渦模擬研究實(shí)體建筑轟燃特性的可靠性。李鎮(zhèn)江等[14]利用FDS研究住宅外墻外保溫火災(zāi)，當(dāng)起火面窗、墻比為0.30時(shí)，起火房間有明顯的轟燃現(xiàn)象。這些研究都推動(dòng)了建筑火災(zāi)轟燃的發(fā)展，但前人的研究對(duì)象多為已建建筑，在建建筑的相關(guān)研究很少。鑒于此，本文以在建建筑火災(zāi)為研究對(duì)象，引入非線性動(dòng)力學(xué)突變理論，系統(tǒng)分析在建建筑火災(zāi)中的轟燃行為，計(jì)算發(fā)生轟燃的臨界溫度，并利用數(shù)值模擬FDS軟件對(duì)在建建筑不同施工階段、不同通風(fēng)風(fēng)速以及不同火源點(diǎn)位置場(chǎng)景進(jìn)行進(jìn)一步分析，研究結(jié)果可為施工單位實(shí)施自救和消防單位滅火提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。第2期

1 在建建筑火災(zāi)能量守恒方程的構(gòu)建

轟燃是火災(zāi)發(fā)展中典型的非穩(wěn)態(tài)與非線性突變現(xiàn)象，通過(guò)分析在建建筑火災(zāi)中火源類(lèi)型、煙氣層厚度、壁面熱物性對(duì)轟燃的影響作用，獲得轟燃的演化規(guī)律。在建建筑室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，會(huì)在頂棚處形成熱煙氣層，上層熱煙氣層溫度T隨時(shí)間t的變化受熱增益G和熱損失L兩方面影響，建立方程前，假設(shè)：

1）火源及其周邊劃分為一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域被熱間斷面分割為熱煙氣層和冷空氣層兩部分;

2）區(qū)域內(nèi)熱間斷面高度不變，熱煙氣層密度不變，冷空氣層的熱物性與外界環(huán)境相當(dāng);

3）火源與煙氣層之間的輻射熱反饋主要來(lái)自該區(qū)域，忽略火源與其他區(qū)域的熱輻射。

以該區(qū)域?yàn)檠芯肯到y(tǒng)建立能量守恒方程[15]

式中：cp為氣體定壓比熱;m為煙氣層質(zhì)量。

熱增益G表示燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能，在建建筑施工過(guò)程中，區(qū)域內(nèi)會(huì)集中堆放大量木模板、外墻保溫板等可燃物，相比于平均冷空氣的流入速率，可燃物的燃燒速率更快，火災(zāi)的發(fā)展屬于燃料控制型。熱增益G與可燃物的質(zhì)量損失速率f與燃燒熱Δhc成正比，通過(guò)引入?yún)?shù)燃燒效率χ，建立可燃物燃燒的線性函數(shù)來(lái)控制火源的熱能。

通過(guò)分析得到，在各個(gè)參數(shù)中，εk1、εk2、εf與在建建筑中可燃物的燃燒特性直接相關(guān)，εw、εw1受壁面及地面熱輻射的影響，ε0受未封閉門(mén)窗的影響?？紤]在在建建筑中，建筑結(jié)構(gòu)中的樓板、剪力墻等多以現(xiàn)澆混凝土為主，混凝土作為熱慣性較大的蓄熱材料，參數(shù)β可近似取值為0.1。

2 在建建筑火災(zāi)轟燃突變分析

2.1 構(gòu)建在建建筑火災(zāi)轟燃突變模型

從系統(tǒng)安全學(xué)的角度，在建建筑發(fā)生火災(zāi)轟燃事故的原因?yàn)椋菏┕がF(xiàn)場(chǎng)堆積大量可燃、易燃施工材料;未封閉門(mén)窗洞口帶來(lái)的空氣補(bǔ)給以及無(wú)消防噴淋設(shè)施，導(dǎo)致有限空間內(nèi)熱輻射集聚。所以，在建建筑火災(zāi)是否發(fā)生轟燃，主要取決于3個(gè)控制變量，分別表示為u、v和w，突變理論中的燕尾突變與之相符。燕尾突變的勢(shì)函數(shù)為[17]

對(duì)燕尾突變勢(shì)函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)并令其等于0，得到燕尾突變的平衡曲面表達(dá)式為

對(duì)平衡曲面方程求導(dǎo)，得到分岔集方程表達(dá)式為

聯(lián)立式（8）和式（9），即可得到燕尾突變分叉集的方程組

根據(jù)在建建筑火災(zāi)轟燃的特性以及拓?fù)鋵W(xué)原理，將式（6）的能量守恒方程轉(zhuǎn)換，求解燕尾突變勢(shì)函數(shù)。根據(jù)dVdθ=dθdτ，對(duì)式（6）進(jìn)行積分，自定義微分同胚項(xiàng)為

2.2 在建建筑火災(zāi)轟燃理論分析

根據(jù)式（6），帶入?yún)?shù)β值，實(shí)際狀態(tài)下的在建建筑火災(zāi)大多受燃料控制，因此，εk1>εw，εk2>εw，a1=εk1+εk2-0.999 9εw>0，a2=0.003 6εw>0，a3=0.048 6εw>0，得到a1/a2>1，所以，u>0。當(dāng)u>0時(shí)，v是x的奇函數(shù)，w是x的偶函數(shù)，由于x僅在>a2/4a1才有意義，因此，當(dāng)u>0時(shí)，v<0，w>0。

取u>0時(shí)的任一值，可以得到燕尾分叉集曲線，如圖1所示。曲線將v-w空間分成兩個(gè)區(qū)域，第1區(qū)與第2區(qū)，取處于第1區(qū)的點(diǎn)（-1 000，5 000），其勢(shì)函數(shù)曲線V如圖2所示。圖2所示曲線有兩個(gè)臨界點(diǎn)，其中A點(diǎn)為極大值點(diǎn)，當(dāng)x大于極大值點(diǎn)A時(shí)，系統(tǒng)勢(shì)函數(shù)曲線會(huì)迅速滑落到點(diǎn)B，由此可知，A點(diǎn)為不穩(wěn)定點(diǎn)，即火災(zāi)轟燃的臨界點(diǎn)，B點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)，即火災(zāi)進(jìn)入完全發(fā)展的穩(wěn)定階段[18]，所以，第1區(qū)為轟燃區(qū)。

取處于第2區(qū)的點(diǎn)（-400，6 000），如圖3所示，其勢(shì)函數(shù)曲線V沒(méi)有臨界點(diǎn)，x沒(méi)有實(shí)根，所以，第2區(qū)為非轟燃區(qū)。因此，可以通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)處于哪個(gè)區(qū)來(lái)判斷在建建筑火災(zāi)是否發(fā)生轟燃現(xiàn)象。

2.3 實(shí)例計(jì)算

選取西安市某在建商住樓為研究對(duì)象。項(xiàng)目主體為現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，占地面積約1 243.44 m2，建筑高度61.4 m。建筑地上1層為商業(yè)，層高4.2 m，門(mén)尺寸為2.1 m×3 m，窗尺寸為1.5 m×2.4 m。2～20層為住宅，層高3 m，門(mén)尺寸為0.9 m×2.1 m，窗尺寸為1.5 m×1.8 m。當(dāng)施工處于裝飾、裝修施工階段時(shí)，由于用火不慎，點(diǎn)燃室內(nèi)集中堆放的保溫板，導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。在建建筑無(wú)噴淋和機(jī)械排煙系統(tǒng)，門(mén)窗均未安裝，為自然排煙狀態(tài)。為了驗(yàn)證在建建筑火災(zāi)轟燃的可能性，列出在建建筑火災(zāi)的基本參數(shù)如表1，表中參數(shù)分為熱傳遞參數(shù)、材料燃燒參數(shù)與建筑模型參數(shù)3類(lèi)，熱傳遞參數(shù)參考加利福尼亞大學(xué)的腔室火災(zāi)轟燃熱輻射研究結(jié)果[19]，材料燃燒參數(shù)參考中國(guó)建筑科學(xué)研究院對(duì)于建筑材料的研究[20]，建筑模型參數(shù)取于實(shí)例模型計(jì)算數(shù)據(jù)。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，a1=0.002 6，a2=0.002 4，a3=0.005 1，a4=-0.773，a5=1.99，u=2.74，v=-746.30，w=4115.42。當(dāng)u=2.74時(shí)，點(diǎn)-746.30，4 115.42位于燕尾分叉突變集的第1區(qū)（轟燃區(qū)），判斷此在建建筑火災(zāi)會(huì)發(fā)生轟燃現(xiàn)象，相應(yīng)的燕尾突變微商曲線如圖4所示。

由圖4可知，燕尾突變勢(shì)函數(shù)曲線存在奇點(diǎn)A與奇點(diǎn)B，其中A點(diǎn)為火災(zāi)轟燃的臨界點(diǎn)，B點(diǎn)為火災(zāi)進(jìn)入完全發(fā)展的穩(wěn)定點(diǎn)，此時(shí)xA=3.27，xB=4.93，根據(jù)式（11），得到k=-0.230 8，θ=3.039 2，根據(jù)θ=T/T0，得到火災(zāi)轟燃時(shí)上層熱煙氣層溫度T=890.94 K，即當(dāng)上層熱煙氣層的溫度達(dá)到617.79 ℃ 時(shí)，在建建筑將會(huì)發(fā)生轟燃。

3 在建建筑火災(zāi)數(shù)值仿真模擬

3.1 FDS計(jì)算模型與火災(zāi)場(chǎng)景的構(gòu)建

3.1.1 模型的網(wǎng)格劃分與初始參數(shù)設(shè)定 數(shù)值仿真模擬方法因速度快、成本低而被廣泛采用，已有研究表明，利用FDS模擬建筑火災(zāi)情況取得的結(jié)果與全尺寸火災(zāi)試驗(yàn)的結(jié)果具有較好的一致性。FDS模擬采用與理論計(jì)算相同的在建建筑模型，考慮模型房間之間通過(guò)門(mén)洞、窗洞相通，并且沒(méi)有消防撲救及自動(dòng)滅火系統(tǒng)，如果某一房間發(fā)生火災(zāi)，則很有可能發(fā)生轟燃。研究表明，轟燃發(fā)生有3個(gè)判據(jù)：室內(nèi)接近頂棚熱煙氣溫度超過(guò)600 ℃;室內(nèi)地板平面輻射熱通量超過(guò)20 kW/m2;火焰沿室內(nèi)頂棚開(kāi)展，并噴出開(kāi)口?？紤]與火災(zāi)試驗(yàn)的結(jié)果一致性，采用Q=αt2的火災(zāi)模型來(lái)確定火災(zāi)熱功率。對(duì)于α的設(shè)定，參考?xì)W洲《結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)規(guī)范》、中國(guó)《建筑火災(zāi)荷載》等建筑中常用材料燃燒熱數(shù)據(jù)。按室內(nèi)可能出現(xiàn)的最大熱釋放速率場(chǎng)景，選取模型火源分別設(shè)定在一層大廳與一層?xùn)|側(cè)樓梯口，面積為1.0 m×1.0 m，熱功率1 s內(nèi)增長(zhǎng)至最大值，計(jì)算得到模型火源熱功率參數(shù)約為1 MW。模型采用均勻網(wǎng)格劃分法，經(jīng)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）試驗(yàn)驗(yàn)證，網(wǎng)格尺寸d為火災(zāi)特征直徑D*的1/16～1/4倍時(shí)，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，計(jì)算得到D*為0.96。選取網(wǎng)格尺寸d=0.2 m，得到模型的網(wǎng)格總數(shù)為2 145 000個(gè)?；鹪?、溫度探測(cè)點(diǎn)以及煙氣可見(jiàn)度探測(cè)點(diǎn)平面位置布置如圖5所示，探測(cè)點(diǎn)高度設(shè)置在h=3.5 m處，火源布置在可燃物表面，模擬時(shí)間設(shè)置為600 s。

3.1.2 火災(zāi)場(chǎng)景 對(duì)在建建筑進(jìn)行FDS仿真模擬時(shí)，最重要的是對(duì)火災(zāi)熱釋放速率進(jìn)行估算，火災(zāi)熱釋放速率的大小不僅與可燃物本身的性質(zhì)直接相關(guān)，也受通風(fēng)條件與著火點(diǎn)位置的影響。通風(fēng)條件和通風(fēng)因子AH與通風(fēng)風(fēng)速相關(guān)，其中，A表示通風(fēng)口面積，H表示通風(fēng)口高度。當(dāng)火災(zāi)處于燃料控制階段時(shí)，通風(fēng)因子的改變對(duì)火源基本沒(méi)有影響，考慮與理論計(jì)算結(jié)果形成對(duì)比，數(shù)值仿真以燃料控制階段為研究對(duì)象。因此，模擬變量考慮了可燃物、通風(fēng)風(fēng)速與著火點(diǎn)位置，對(duì)在建建筑的不同施工階段、不同通風(fēng)風(fēng)速以及不同火源點(diǎn)位置設(shè)置了對(duì)比場(chǎng)景，以研究不同因素對(duì)在建建筑的火災(zāi)熱釋放速率的影響，模擬場(chǎng)景如表2所示。

3.2 模擬結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.2.1 不同施工階段的模擬對(duì)比分析 在建建筑火災(zāi)中，由于施工階段不同，存放的主要可燃物不同，導(dǎo)致燃燒程度不同，熱釋放速率也不同。其中，主體結(jié)構(gòu)階段的主要可燃物為木模板，裝飾裝修階段的主要可燃物為保溫板，不同施工階段的燃燒場(chǎng)景如圖6所示。

由于保溫板材料具有較大的熱解速率，場(chǎng)景4在燃燒初期的熱釋放速率曲線急劇上升，可燃物在短時(shí)間內(nèi)快速燃燒，達(dá)到最大熱釋放速率4 746.39 kW，之后，可燃物繼續(xù)燃燒分解，燃燒生成的高溫?zé)煔庠陧斉锵路e聚，形成上部的熱煙氣層，熱煙氣層隨著頂棚射流在流動(dòng)過(guò)程中不斷加厚，導(dǎo)致溫度越來(lái)越高。選取溫度探測(cè)點(diǎn)RDO1-4（如圖5）的數(shù)據(jù)，其煙氣層最高溫度達(dá)到643.43 ℃，超過(guò)轟燃的臨界溫度（617.79 ℃）。觀察煙氣流動(dòng)模型，在120 s時(shí)，空間內(nèi)發(fā)生局部火向整體火的轉(zhuǎn)變。通過(guò)場(chǎng)景1的熱釋放速率曲線可以看出，火災(zāi)初期木模板一直在小范圍內(nèi)燃燒，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的陰燃階段，煙氣層慢慢積聚。起初，溫度一直保持在100 ℃左右，但在265 s時(shí)，可燃物的熱釋放曲率曲線與煙氣溫度曲線突然發(fā)生突變，在50 s內(nèi)，煙氣層最高溫度達(dá)到648.46 ℃，最大熱釋放速率達(dá)到4 564.71 kW，此時(shí)，可燃物被全部引燃。觀察煙氣流動(dòng)模型，門(mén)窗洞口噴出大量煙氣，在建建筑發(fā)生火災(zāi)轟燃。根據(jù)模擬結(jié)果可以得到，火災(zāi)的可燃物無(wú)論是保溫材料還是木模板材料，當(dāng)上層煙氣溫度超過(guò)理論計(jì)算的臨界轟燃溫度時(shí)，均會(huì)發(fā)生火災(zāi)轟燃現(xiàn)象，驗(yàn)證了突變理論模型的可靠性。由于可燃材料特性的不同，導(dǎo)致發(fā)生劇烈燃燒的時(shí)間點(diǎn)不同。所以，當(dāng)在建建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，施工單位應(yīng)先清楚施工所處的階段、火災(zāi)發(fā)生的原因、燃燒材料等，準(zhǔn)確對(duì)火災(zāi)部位采取滅火隔離措施，防止發(fā)生火災(zāi)轟燃現(xiàn)象。

3.2.2 不同通風(fēng)條件的模擬對(duì)比分析

考慮在建建筑火災(zāi)處于燃料控制型階段，建筑物門(mén)窗均未安裝，因此，不同的通風(fēng)風(fēng)速將會(huì)對(duì)在建建筑火災(zāi)中的熱釋放速率與煙氣可見(jiàn)度產(chǎn)生較大影響，直接影響在建建筑火災(zāi)的發(fā)展。6種常見(jiàn)風(fēng)速的燃燒場(chǎng)景如圖7所示。

場(chǎng)景2至場(chǎng)景7的風(fēng)速呈梯度增長(zhǎng)，當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速為0、2.5、5 m/s時(shí)，對(duì)比圖7（a）中熱釋放速率曲線可以看出，峰值隨著風(fēng)速的增長(zhǎng)逐漸增大。對(duì)比位于大廳的GAS1-4（如圖5）探測(cè)點(diǎn)測(cè)得的煙氣可見(jiàn)度曲線，3個(gè)場(chǎng)景曲線稍有不同。說(shuō)明當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速小于5 m/s時(shí)，隨著風(fēng)速的不斷增加，火災(zāi)熱功率逐漸接近最大值，持續(xù)進(jìn)入的空氣維持著可燃物的燃燒，使得煙氣可見(jiàn)度較低。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速為5、7.5、10 m/s時(shí)，在燃燒初期，3個(gè)場(chǎng)景熱釋放速率曲線基本一致，均在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到4 000 kW以上，當(dāng)燃燒持續(xù)一段時(shí)間后，場(chǎng)景5、場(chǎng)景6的熱釋放速率曲線下降幅度大于場(chǎng)景4，說(shuō)明當(dāng)火災(zāi)功率達(dá)到最大值后，熱釋放速率增長(zhǎng)幅度隨著通風(fēng)風(fēng)速的增加而減緩。對(duì)比場(chǎng)景4至場(chǎng)景7在GAS1-4探測(cè)點(diǎn)處的煙氣可見(jiàn)度曲線可知，增大通風(fēng)風(fēng)速可以明顯改善煙氣可見(jiàn)度，增加排煙效率，但是，當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速增大至10 m/s時(shí)，繼續(xù)增大通風(fēng)風(fēng)速，排煙效果逐漸趨于一致。因此，在在建建筑火災(zāi)中，當(dāng)建筑物中已經(jīng)煙氣彌漫時(shí)，可以利用未封閉的門(mén)窗與豎井，給予10 m/s的高壓通風(fēng)，提高排煙能力。

3.2.3 不同火源位置的模擬對(duì)比分析 火源位置不同，火源附近區(qū)域內(nèi)熱釋放速率與煙氣濃度分布不同，火災(zāi)煙氣中含有大量有毒氣體，如CO、SO2 等，會(huì)導(dǎo)致施工人員因煙氣中毒而昏迷，以至死亡。不同火源位置的燃燒場(chǎng)景如圖8所示。

對(duì)比熱釋放速率曲線可以看出，兩場(chǎng)景均在短時(shí)間內(nèi)快速增長(zhǎng)到4 500 kW以上，但是，由于火源位置不同，曲線最大熱釋放速率不同。位于一層?xùn)|側(cè)樓梯口處的火源，受到墻壁熱輻射的影響，熱量更容易集聚，熱釋放速率更大，更容易發(fā)生轟燃，而位于一層大廳處的火源，遮擋結(jié)構(gòu)較少，通風(fēng)環(huán)境良好，火災(zāi)熱釋放速率相對(duì)較低。相比于熱釋放速率曲線，不同火源位置對(duì)煙氣流動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生很大影響。當(dāng)火源位于一層大廳處時(shí)，燃燒煙氣在頂棚聚集后沿著走廊向水平方向?qū)ΨQ(chēng)擴(kuò)散，在200 s時(shí)場(chǎng)景4的GAS1-1與GAS1-3（如圖5）探測(cè)點(diǎn)測(cè)得的煙氣可見(jiàn)度突然增大，說(shuō)明煙氣通過(guò)開(kāi)敞豎井向上蔓延，由于受到走廊盡頭開(kāi)敞門(mén)洞的影響，當(dāng)煙氣層厚度達(dá)到門(mén)洞上方垂壁高度后，煙氣順著門(mén)洞溢出。在燃燒后期，煙氣可見(jiàn)度漸漸增大，施工人員可從兩端出口分流疏散。當(dāng)火源位于一層?xùn)|側(cè)樓梯口時(shí)，高溫區(qū)域向東側(cè)樓梯口偏移，由于未封閉樓梯間等開(kāi)敞豎井內(nèi)、外壓力的不同，燃燒煙氣首先會(huì)豎向流動(dòng)，形成煙囪效應(yīng)，場(chǎng)景8的GAS1-3曲線在100 s時(shí)發(fā)生較大震動(dòng)，說(shuō)明樓梯間起到了明顯的分煙流作用。由于火源對(duì)走廊西側(cè)的輻射作用較弱，場(chǎng)景8的GAS1-1測(cè)點(diǎn)測(cè)得的最終煙氣可見(jiàn)度稍大，判斷從西側(cè)出口進(jìn)行撤離最佳。所以，在火災(zāi)發(fā)生以后，施工單位組織施工人員逃生時(shí)，必須清楚火源發(fā)生的位置，根據(jù)不同的位置采取不同的疏散方式。

4 結(jié)論

以在建建筑為研究對(duì)象，建立火災(zāi)燃燒的能量守恒方程，將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的燕尾突變理論引入在建建筑火災(zāi)轟燃現(xiàn)象的研究中，計(jì)算了轟燃臨界溫度取值。運(yùn)用火災(zāi)數(shù)值模擬軟件FDS對(duì)在建建筑不同施工階段、不同通風(fēng)風(fēng)速以及不同火源位置進(jìn)行仿真模擬，得到以下結(jié)論：

1）不同施工階段可燃材料燃燒特性不同，導(dǎo)致轟燃發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)不同，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)景分別采取滅火措施。

2）當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速較小，火災(zāi)熱功率尚未達(dá)到最大值時(shí)，增大風(fēng)速容易增加火災(zāi)熱釋放速率，造成可燃物的劇烈燃燒。繼續(xù)增加通風(fēng)風(fēng)速，火災(zāi)熱功率達(dá)到最大值后，通風(fēng)風(fēng)速能明顯改善在建建筑內(nèi)的煙氣可見(jiàn)度。

3）不同火源位置最大熱釋放速率以及煙氣流動(dòng)規(guī)律不同，位于空曠位置的火源不易發(fā)生轟燃，當(dāng)火源附近有遮擋結(jié)構(gòu)時(shí)，熱量更容易集聚，熱釋放速率更大。由于煙氣容易向壓強(qiáng)小的空間蔓延，在建建筑中，未封閉的樓梯間處煙囪效應(yīng)更加明顯。

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（編輯 王秀玲）