卷煙配送倉庫火災(zāi)煙氣運(yùn)動規(guī)律與避災(zāi)仿真

劉 衍，朱權(quán)潔，張爾輝，周 波，羅 軍，張艷林

(1 湖北省煙草公司十堰市公司，湖北 十堰，442000；2 華北科技學(xué)院應(yīng)急技術(shù)與管理學(xué)院；3 中國煙草總公司湖北省公司)

卷煙配送倉庫火災(zāi)事故中，煙氣、高溫、毒性是威脅生命和財(cái)產(chǎn)的主要因素。有毒高溫?zé)煔獠粌H容易造成資傷，致人死亡，還會降低火場可見度，給物資疏散和滅火工作增加很大困難。因此，火災(zāi)中對火勢和煙氣進(jìn)行有效的控制是十分重要的。

研究火勢和煙氣及其相關(guān)規(guī)律過程中，數(shù)值模擬是一種操作方便、直觀準(zhǔn)確的研究方法[1～3]。國際上火災(zāi)煙氣運(yùn)動數(shù)值模擬的方法主要有雷諾平均模擬(RANS)[4]、直接模擬(DNS)[5]和大渦模擬(LES)[6～8]3種。3者模擬精確度無明顯差異，而大渦模擬計(jì)算量卻大大減少，成為火災(zāi)煙氣運(yùn)動數(shù)值模擬的主流方法[9]。目前，針對卷煙配送倉庫火災(zāi)的研究主要從實(shí)驗(yàn)室分析和數(shù)值模擬兩方面開展。

現(xiàn)有研究成果集中于倉庫火災(zāi)的燃燒參數(shù)、火勢和煙氣蔓延規(guī)律、溫度和CO濃度變化以及火災(zāi)撲救等方面。隨著技術(shù)進(jìn)步的同時，滅火系統(tǒng)選擇與優(yōu)化布設(shè)、人員緊急疏散逃生等問題依然面臨著新的挑戰(zhàn)。筆者在已有研究的基礎(chǔ)上，以湖北省煙草公司十堰市公司卷煙配送中心為研究對象，對其典型的成品卷煙取其煙絲進(jìn)行熱重試驗(yàn)，獲取卷煙的著火溫度、燃燒特性指數(shù)以及燃燒動力學(xué)參數(shù)等指標(biāo)，并根據(jù)其倉庫實(shí)體尺寸建立倉庫模型，利用數(shù)值模擬軟件基于LES方法對卷煙配送倉庫火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了倉庫火災(zāi)火焰蔓延、火場溫度分布、煙氣流動狀況及其組分濃度等參數(shù)隨時間的動態(tài)變化規(guī)律，并對其特性進(jìn)行對比分析。

卷煙的燃燒特點(diǎn)之一是生成大量的煙氣，可燃物的燃燒特性和煙氣生成情況直接影響著火災(zāi)過程中煙氣的發(fā)生、發(fā)展及蔓延過程。因此，要想有效防治煙草倉庫火災(zāi)、保證人員及貨物的安全，必須正確認(rèn)識煙草的燃燒特性。為此，筆者運(yùn)用熱重分析聯(lián)用儀等設(shè)備對卷煙樣品進(jìn)行熱重試驗(yàn)等，為后續(xù)卷煙配送倉庫火災(zāi)特征分析以及滅火系統(tǒng)優(yōu)化布置奠定基礎(chǔ)，為數(shù)值試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。

1 成品卷煙燃燒特性及其特征分析

1.1 成品卷煙燃燒試驗(yàn)

熱重分析法是根據(jù)樣品重量變化進(jìn)行分析研究的一類技術(shù)，是熱分析技術(shù)中的重要方法。利用該方法對樣品質(zhì)量、溫度、模量、尺寸等物理量進(jìn)行測量，并獲取其與溫度的變化情況，最終獲取樣品的熱特性。本部分?jǐn)M通過選取相應(yīng)的試驗(yàn)儀器、卷煙樣品，設(shè)計(jì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，對樣品煙絲的關(guān)鍵熱失重階段進(jìn)行分析，獲取各階段溫度、質(zhì)量變化等情況。

圖1 煙草TG和DSC曲線

試驗(yàn)儀器采用德國生產(chǎn)的同步熱重分析聯(lián)用儀(測量范為0～1 650 ℃)，熱重分析系統(tǒng)包括記錄天平、加熱爐、程序控制溫度系統(tǒng)、自動記錄儀、液氮系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣體保護(hù)系統(tǒng)和熱天平恒溫系統(tǒng)。該儀器可同時得到樣品的熱重(TG)、差示掃描量熱(DSC)和微分熱重(DTG)數(shù)據(jù)。選取倉庫中儲存數(shù)量最多且卷煙特性最具代表性的某一品牌成品卷煙作為實(shí)驗(yàn)對象，取其煙絲，實(shí)驗(yàn)過程中將煙絲試樣放入熱分析儀中，通入流量為20 mL/min的N2，設(shè)定升溫速率為10 ℃/min，實(shí)驗(yàn)溫度由室溫25 ℃升至1 000 ℃，燃燒結(jié)束后得到樣品的TG/DSC曲線。熱重實(shí)驗(yàn)獲得的煙草樣品的TG/DSC曲線見圖1。

1.2 卷煙燃燒特征參數(shù)測定

著火溫度、燃燒特性指數(shù)以及燃燒動力學(xué)參數(shù)等指標(biāo)是反映物質(zhì)燃燒的難易程度、衡量物質(zhì)燃燒特性的重要特征參數(shù)。測定獲取卷煙燃燒特征參數(shù)是進(jìn)行卷煙倉庫火災(zāi)發(fā)生、蔓延的前提，也是進(jìn)行數(shù)值模擬的重要指標(biāo)。著火溫度可以由TG-DTG曲線分界點(diǎn)法確定[10]。

一般來說，物質(zhì)的燃燒過程是一個緩慢加熱的燃燒過程，煙草的燃燒特性指數(shù)可以用式(1)計(jì)算：

(1)

式中，Sn為煙草的燃燒特性指數(shù)；dw/dτ為燃燒速率；Ti為顆粒溫度；Th為樣品的燃盡溫度。其中，Sn值越大，說明煙草的燃燒性能越好。通過計(jì)算求得本實(shí)驗(yàn)樣品煙絲的修正綜合燃燒特性指數(shù)Sn。

熱分析非等溫動力學(xué)參數(shù)的方法主要有積分法和微分法。本次研究采用Coats-Redfren積分法，這種方法可以用于處理恒定升溫速率下的反應(yīng)動力學(xué)，通過整個燃燒過程中轉(zhuǎn)化率與燃燒溫度的對應(yīng)關(guān)系來求解活化能值。

某一時刻反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可由熱重曲線及數(shù)據(jù)得到，即：

(2)

式中：a為某一時間樣品轉(zhuǎn)化率；m為某一時間樣品的質(zhì)量；m0為樣品失水后的質(zhì)量；m1為反映結(jié)束后樣品的質(zhì)量。

動力學(xué)機(jī)理函數(shù)表達(dá)形式如下：

(3)

式中：t為時間；k為反應(yīng)速率常數(shù)；f(a)為動力學(xué)機(jī)理函數(shù)。

由式(2),(3)聯(lián)立升溫速率β=dT/dt可得

(4)

Arrhenius方程表達(dá)形式為：

k=Aexp(-E/RT)

(5)

式中：A為頻率因子；E為活化能，kJ/mol；R為通用氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol·K)；T為熱力學(xué)溫度，K。

對式(5)等號兩邊進(jìn)行積分、取對數(shù)處理，設(shè)f(a)=(1-a)n得到

(6)

根據(jù)上述算法和熱重試驗(yàn)結(jié)果即可計(jì)算樣品煙絲的活化能E。

2 卷煙配送倉庫火災(zāi)數(shù)值模擬

依據(jù)卷煙配送倉庫的特點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，并通過設(shè)定合理的網(wǎng)格設(shè)置、初始條件，并將上述關(guān)鍵參數(shù)等引入，進(jìn)行倉庫火災(zāi)的精細(xì)數(shù)值模擬，對火災(zāi)發(fā)生過程的火焰、煙氣等進(jìn)行觀測，獲取火災(zāi)火焰蔓延、煙氣運(yùn)動規(guī)律，并對其特性進(jìn)行對比分析。

2.1 數(shù)值模擬模型構(gòu)建

以湖北省煙草公司十堰市公司儲備倉庫為研究對象構(gòu)建數(shù)值模型，總體布局包括倉儲區(qū)、分揀區(qū)、辦公區(qū)、數(shù)字化倉庫控制機(jī)房、倉儲管理辦公室、叉車充電區(qū)、分揀人員休息區(qū)、門廳和衛(wèi)生間等9個區(qū)域。具體特征如下：倉儲庫長43.2 m，寬36 m，高10 m，其中包括2個大貨架和6個小貨架，大貨架長18 m，寬27 m，高8 m，大貨架間距為3 m，每個貨架均由一個個黃松堆積而成。模型中可燃物主要參數(shù)設(shè)置：煙葉的密度為870 kg/m3，煙葉比熱為1.83 kJ/(kg·℃),導(dǎo)熱率為0.08 W/(m·℃)。北側(cè)各設(shè)置6個倉庫大門，大門寬3 m，高3 m。四側(cè)墻上各設(shè)置一組窗戶，窗戶尺寸為:寬4 m，高1 m,距離地面6 m高。平時倉庫大門和窗戶均處于關(guān)閉狀態(tài)，倉庫內(nèi)設(shè)有消防水管、滅火器等滅火設(shè)施，有自動水噴淋滅火系統(tǒng)。模型結(jié)構(gòu)見圖2。本次模擬研究共設(shè)置17個煙感點(diǎn)、8個傳感器和29個熱電偶，共同監(jiān)測火災(zāi)過程中倉庫溫度、CO濃度和煙氣濃度等的變化特征。

圖2 煙草儲備倉庫數(shù)值模擬模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)及區(qū)域劃分

2.2 網(wǎng)格及邊界條件設(shè)置

FDS數(shù)值模擬以網(wǎng)格作為最小計(jì)算單位，網(wǎng)格的劃分直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。理論上網(wǎng)格劃分越精細(xì)計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確，但是實(shí)踐中由于受到計(jì)算機(jī)性能和計(jì)算時間的制約，不可能將網(wǎng)格無限制的取小，一般是在計(jì)算精度與計(jì)算機(jī)性能間取一個平衡點(diǎn)，在合理的計(jì)算方式下獲得合理的計(jì)算結(jié)果[11]。本次模擬采用均一網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格精度為1 m×1 m×1 m，網(wǎng)格數(shù)約為7.2萬。初始條件：假定流場的初始狀態(tài)為靜止，倉庫內(nèi)外空氣溫度均為20 ℃，壓力為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。邊界條件：墻壁材料和地板、桌子直接調(diào)用FDS物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫中混凝土和黃松的物性參數(shù)。本模型通過指定熱釋放率(Heat Release Rate，HRR)來定義1個10 000 kW，1個5 000 kW，1個3 000 kW，和1個1 000 kW的燃燒火焰。利用熱釋放率來定義燃燒火焰是在火災(zāi)安全工程中描述火焰的一種既簡單且通用的做法。

為研究火災(zāi)情況下倉庫的火勢蔓延特征，本次模擬共設(shè)置4個燃燒器(火源1～火源4),作為4次火災(zāi)場景，分別研究倉庫不同區(qū)域火災(zāi)下，倉庫火情的演化特征和逃生路線的能見度和溫度變化。設(shè)置8個傳感器(THCP 01～THCP 08)監(jiān)測倉庫各區(qū)域的溫度變化特征。燃燒器和傳感器布置情況見圖2。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

針對湖北省煙草公司十堰市公司配送倉庫火災(zāi)的模擬仿真研究，共設(shè)置4個燃燒器，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域火災(zāi)情況下的火情特征和人員疏散仿真模擬。限于篇幅，下文僅對火源1的火情特征做詳細(xì)闡述。

3.1 火勢蔓延規(guī)律

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在無排煙措施下火災(zāi)發(fā)展初期火勢比較小，在30 s時還只是局限在火源附近(圖3)；30～117 s之間火勢開始向其他區(qū)域蔓延，火勢穩(wěn)步增大；117～238 s之間火勢迅速增大，已經(jīng)很難控制；238～328 s之間火勢繼續(xù)擴(kuò)大，逐漸向整個倉庫擴(kuò)散；422 s時發(fā)生轟燃現(xiàn)象；422～505 s之間火勢繼續(xù)增大，蔓延至整個倉庫。

圖3 煙草儲備倉庫數(shù)值模擬的火勢動態(tài)蔓延過程

3.2 溫度變化規(guī)律

溫度變化針對各傳感器(THCP表示)所處位置進(jìn)行分析，傳感器布置方式為沿火源正上方間隔1 m順序布置。其中，THCP01距火源0.8 m。根據(jù)傳感器監(jiān)測的溫度變化信息，繪制溫度變化曲線(圖4)和溫度區(qū)域變化特征(圖5)。通過分析溫度變化曲線得出結(jié)論：(1)8個傳感器顯示的溫度變化趨勢一致，火源燃燒初始階段，溫度迅速升高，達(dá)到最大值后平緩波動，溫度變化趨于穩(wěn)定狀態(tài)。(2)離火源位置越近，溫度變化范圍越大，最高溫度越高。(3)離火源較遠(yuǎn)的傳感器顯示的溫度變化波動較大，離火源越遠(yuǎn)的傳感器間溫度相差較小。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，0～10 s，燃燒器開始燃燒，火源位置溫度較高，離火源越遠(yuǎn)，溫度逐漸減小(圖5)。而在10～50 s，隨著火勢逐漸蔓延，倉庫內(nèi)溫度逐漸升高，多個區(qū)域溫度已達(dá)500 ℃以上。50～150 s，火勢繼續(xù)蔓延，倉庫溫度持續(xù)增加。150～500 s，火勢轟然蔓延至整個倉庫，此時倉庫溫度已超出人的耐受極限。500 s以后，火勢達(dá)到最大，倉庫溫度達(dá)到最高，隨著時間的推移及可燃物的耗盡，火勢逐漸減小。

3.3 火災(zāi)煙氣運(yùn)動規(guī)律

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，火災(zāi)發(fā)生后倉庫煙氣由火源位置產(chǎn)生，在風(fēng)流和浮力驅(qū)動下向倉儲區(qū)擴(kuò)散(圖6)。0～6 s為火源燃燒初始階段，煙氣主要聚集在火源周圍，向倉儲區(qū)四周逐漸擴(kuò)散；6～31 s時，整個倉儲區(qū)、倉儲管理辦公室、數(shù)字化倉庫控制機(jī)房和倉儲區(qū)外通道已被煙氣填充，分揀區(qū)也已進(jìn)入大量煙氣；31～120 s時，整個倉庫已被煙氣填充，并且煙氣已擴(kuò)散至倉庫以外；隨著火勢的繼續(xù)增大，煙氣繼續(xù)擴(kuò)散，煙氣濃度也隨之增加。181 s后，煙氣繼續(xù)填充整個倉庫，倉庫外煙氣逐漸擴(kuò)散，濃度逐漸增大。

圖4 數(shù)值模擬火災(zāi)時煙草儲備倉庫內(nèi)各傳感器記錄的溫度變化情況

圖5 數(shù)值模擬火災(zāi)時煙草儲備倉庫內(nèi)各區(qū)域隨時間推移的溫度變化特征

圖6 數(shù)值模擬火災(zāi)時煙草儲備倉庫煙氣隨時間蔓延規(guī)律

3.4 能見度變化特征

可燃物燃燒過程中，在燃燒和熱解作用下會伴隨有大量的固態(tài)或液態(tài)微粒產(chǎn)生，這些微粒在外力驅(qū)動下會擴(kuò)散至整個火場，致使火災(zāi)現(xiàn)場能見度降低，給人員的快速疏散和火災(zāi)的順利撲救帶來嚴(yán)重阻礙。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，火災(zāi)發(fā)生后倉庫的倉儲區(qū)微粒分布最密集，倉儲區(qū)外通道、倉儲區(qū)辦公室、數(shù)字化倉庫控制機(jī)房以及叉車充電區(qū)次之，分揀區(qū)微粒分布密度相對較稀疏(圖6)。

以火源1為例，倉儲區(qū)發(fā)生火情時，為了研究倉庫各區(qū)域能見度變化特征，選擇A，B，C，D點(diǎn)作為研究對象(圖7)。通過分析這4個點(diǎn)的能見度變化特征，可以確定倉庫各區(qū)域的能見度分布情況，確定各區(qū)域的危險性和逃生的可行性。數(shù)值模擬的能見度變化曲線見圖8。

圖7 火災(zāi)時煙草儲備倉庫能見度數(shù)值模擬的測點(diǎn)布置

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，火災(zāi)發(fā)生初期，倉庫各點(diǎn)能見度大約為30 m，隨著火勢的蔓延，煙氣逐漸填充。大約100 s時刻，靠近火源位置的D點(diǎn)能見度迅速降低，其余各點(diǎn)能見度沒有明顯變化；火勢繼續(xù)蔓延，250 s時刻，C點(diǎn)能見度驟減；350 s時刻，B點(diǎn)能見度驟減；420 s時刻，A點(diǎn)能見度驟減。各點(diǎn)能見度受通風(fēng)的影響起伏波動變化，隨著時間的推移和火勢、煙氣的蔓延，能見度逐漸降低并趨于0 m。700 s時刻，逃生路線能見度均趨于0 m(圖8)。由此表明，火源位置及附近能見度最低，離火源越遠(yuǎn)，能見度相對較高。隨著可燃物的繼續(xù)燃燒和火勢的繼續(xù)蔓延，整個倉庫能見度隨時間的推移逐漸下降，因此，在能見度減低到人員能承受的最小值之前，應(yīng)完成人員的安全疏散和火災(zāi)的撲救工作。

圖8 火災(zāi)發(fā)生后倉庫各逃生路線數(shù)值模擬的能見度變化曲線

4 滅火系統(tǒng)選擇及其優(yōu)化布置

煙草倉庫主要是煙草企業(yè)儲藏和放置成品卷煙及其他物資的場所或建筑物，不但具有普通倉庫火災(zāi)事故的特點(diǎn)，其存儲物資還具有可燃性、價值高等特點(diǎn)，使火災(zāi)造成的后果更為嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)損失更為巨大。由于卷煙配送倉庫內(nèi)卷煙等堆放密集，且為易燃物，一旦發(fā)生火災(zāi)，煙火蔓延速度快。因此，卷煙配送倉庫的特點(diǎn)，直接影響著該區(qū)域火災(zāi)的特點(diǎn)和規(guī)律：如建筑物具有跨度長、空間大、易塌陷的特征；煙草具有陰燃、聚熱特點(diǎn)；倉庫內(nèi)儲存可燃物多，如卷煙屬于典型丙類可燃物；此外，卷煙燃燒釋放大量煙氣，影響逃生、產(chǎn)生毒氣等。這些因素的作用特性，直接影響火災(zāi)的防治方法以及應(yīng)急疏散路徑等環(huán)節(jié)。本次研究擬通過調(diào)研分析卷煙配送倉庫的火災(zāi)事故原因，進(jìn)而探討相應(yīng)的防范、應(yīng)急措施，為火災(zāi)的發(fā)生以及火災(zāi)發(fā)生后的處置及救援提供依據(jù)。

4.1 卷煙配送倉庫滅火系統(tǒng)對比與選型

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，卷煙配送倉庫自動滅火系統(tǒng)的選型普遍存在設(shè)計(jì)漏項(xiàng)、系統(tǒng)類型不適用、造價過高等問題。在保證卷煙配送倉庫安全、智能、高效的前提下，如何使自動滅火系統(tǒng)簡單、環(huán)保、成本最低，是目前亟待解決的問題。為此，筆者擬對比分析常見的倉庫滅火系統(tǒng)，如水型(濕式自動噴水滅火系統(tǒng)、干式自動噴水滅火系統(tǒng)等)、干粉型(氣溶膠自動滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉自動滅火系統(tǒng)等)、氣體型(高低壓二氧化碳?xì)怏w滅火系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)等)，進(jìn)行全面對比分析，并結(jié)合卷煙配送倉庫火災(zāi)特點(diǎn)，優(yōu)選最佳滅火系統(tǒng)。

4.2 滅火系統(tǒng)布置參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

除了滅火系統(tǒng)選型，滅火系統(tǒng)自身組成與設(shè)計(jì)也是重要的環(huán)節(jié)。一般而言，自動滅火系統(tǒng)由火災(zāi)探測傳感器、噴頭、管網(wǎng)等部分組成。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則可概述為：安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。因此，在保證滅火系統(tǒng)作用面積的同時，應(yīng)盡量減少噴頭數(shù)量、簡化管道、優(yōu)化系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

探測傳感器、噴頭數(shù)量選取、布置位置以及管網(wǎng)設(shè)計(jì)等參數(shù)是本部分主要研究內(nèi)容，也是決定著滅火系統(tǒng)可靠與否、效率高低的重要因素。本次研究結(jié)合《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50084—2001)，對自動滅火系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

基于上述因素，在布置滅火噴頭時考慮火勢的蔓延規(guī)律、不同區(qū)域的燃燒特征及人員疏散安全通道等因素，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)論，最終確定：(1)滅火系統(tǒng)為頂板下噴頭系統(tǒng)和貨架內(nèi)噴頭系統(tǒng)(圖9)。其中噴頭選擇標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積、動作溫度為68 ℃的灑水噴頭；(2)頂板下噴頭系統(tǒng)噴頭的布置間距3 m，共布置172個噴頭。(3)貨架內(nèi)噴頭系統(tǒng)沿各層貨架布置，噴頭間隔3 m，共布置140個噴頭。

圖9 煙草儲備倉庫滅火系統(tǒng)布置方式

4.3 滅火效果評價

火情發(fā)生時，自動觸發(fā)滅火系統(tǒng)進(jìn)行噴水滅火。滅火系統(tǒng)的選擇與布置直接關(guān)系滅火效果。因此，通過分析滅火效果對上述滅火系統(tǒng)的選型和布置進(jìn)行評價對保障安全生產(chǎn)具有重要意義。以火源1為例，從溫度、能見度等方面進(jìn)行滅火前后倉庫火情特征的對比分析，進(jìn)而確定滅火系統(tǒng)選型、布置和滅火效果的合理性和及時性。其中，THCP 01～THCP 08傳感器位置與顯示的傳感器一致，A～D點(diǎn)位置與圖8所示的4個點(diǎn)一致。數(shù)值模擬結(jié)果表明，火災(zāi)發(fā)生后，隨著火勢的蔓延，靠近火源位置的傳感器溫度迅速升高，靠近火源位置區(qū)域能見度迅速下降(圖10(a))；遠(yuǎn)離火源位置的區(qū)域溫度緩慢升高，能見度緩慢降低(圖10(b))。隨著火勢進(jìn)行到100 s時，靠近火源位置最高溫度達(dá)240 ℃，能見度降低至13 m。此時，觸發(fā)滅火系統(tǒng)傳感器，灑水噴頭開始噴水滅火，整個倉庫溫度開始降低，能見度開始逐漸增大?？拷鹪次恢脜^(qū)域溫度下降明顯，能見度升高迅速；遠(yuǎn)離火源位置區(qū)域溫度和能見度變化緩慢。隨著滅火系統(tǒng)的持續(xù)工作，火勢被控制逐漸實(shí)現(xiàn)完全滅火，倉庫溫度和能見度逐漸達(dá)到穩(wěn)定值，倉庫平均溫度逐漸趨于50 ℃，平均能見度逐漸趨于25 m，此時倉庫危險性逐漸降低到最低。上述分析表明，本次模擬滅火系統(tǒng)的選型和布置能達(dá)到有效滅火的目的，可指導(dǎo)該倉庫實(shí)際滅火系統(tǒng)構(gòu)建。

圖10 煙草儲備倉庫滅火系統(tǒng)的滅火效果

5 火災(zāi)緊急疏散逃生

5.1 火災(zāi)疏散仿真模擬

卷煙配送倉庫一旦發(fā)生火災(zāi)勢必威脅倉庫內(nèi)人員的安全，為實(shí)現(xiàn)對突發(fā)事件的緊急應(yīng)對策略，提出開展火災(zāi)緊急疏散逃生的模擬仿真研究。通過構(gòu)建卷煙配送倉庫數(shù)值模擬模型，提出不同起火位置或不同類型火災(zāi)的演變情形，并建立針對性的疏散逃生策略，同時以三維可視化的形式進(jìn)行仿真模擬。數(shù)值模擬結(jié)果可以對建筑物模型進(jìn)行區(qū)域分解，并通過不同方法同時看到各樓層指定位置人員的疏散過程及逃生路徑。

火災(zāi)緊急疏散逃生的模擬仿真表明，疏散開始(t=0 s)時，倉庫各區(qū)域均有工作人員，且分布零散，此時接到火情，準(zhǔn)備疏散(圖11)。疏散進(jìn)行到10 s時，分揀區(qū)人員已通過門廳出入口完成疏散，倉儲區(qū)人員部分人員已疏散至分揀區(qū)和倉儲區(qū)外通道，辦公區(qū)人員已疏散至門廳口，數(shù)字化倉庫控制機(jī)房、倉儲管理辦公室和叉車充電區(qū)的人員已疏散至走道，準(zhǔn)備向分揀區(qū)疏散。疏散進(jìn)行20 s時，除分揀區(qū)左側(cè)區(qū)域人員正在疏散外，其他區(qū)域已經(jīng)全部完成疏散，倉儲區(qū)還有大量人員未疏散離開倉儲區(qū)。疏散進(jìn)行到30 s時，除倉儲區(qū)工作人員正在疏散外，其他人員已全部完成疏散，倉儲區(qū)人員大部分已疏散至分揀區(qū)、走道和倉儲區(qū)入口。疏散進(jìn)行到38 s時，倉儲區(qū)人員大部分已成功疏散，其余人員也已疏散離開倉儲區(qū)至分揀區(qū)和走道，準(zhǔn)備完成疏散。疏散進(jìn)行到52 s時，倉庫所有人員已全部疏散至安全區(qū)域，撤離倉庫。

由火災(zāi)緊急疏散逃生模擬仿真結(jié)果可知，當(dāng)倉儲區(qū)發(fā)生火情時，整個倉庫人員在1 min內(nèi)能完成全部疏散和撤離火區(qū)。分揀區(qū)人員最容易疏散，其次是辦公區(qū)人員，數(shù)字化倉庫控制機(jī)房、倉儲管理辦公室和叉車充電區(qū)人員次之，倉儲區(qū)人員由于距離門廳出口最遠(yuǎn)，且人員較多，疏散最困難。

5.2 最優(yōu)避災(zāi)逃生線路確定

倉庫火情發(fā)生時，人員察覺火情后開始疏散，選擇最合適的逃生路線對人員安全撤離火區(qū)具有重要意義。逃生路線的選擇需考慮疏散時間、疏散路線火情(溫度、能見度、CO體積分?jǐn)?shù))等諸多因素。

圖12顯示了4條逃生路線，綜合路線為火災(zāi)發(fā)生時，人員沿4條路線分散疏散。筆者對倉庫的4條單一路線和4條綜合路線進(jìn)行對比分析。模擬仿真結(jié)果表明，沿單一路線逃生，耗時相對較長，主要是由于人員擁擠導(dǎo)致疏散困難。此外，靠近火源位置的逃生路線平均溫度較高、能見度較低、CO體積分?jǐn)?shù)較高(表1)。綜合表1分析結(jié)果可以確定，最佳逃生路線為綜合路線，即火災(zāi)發(fā)生時，人員沿最近的路線分散逃生，分散逃生一方面不會造成人員擁擠，節(jié)約時間；另一方面，分散逃生安全系數(shù)相對較高。由此也證明了上述模擬仿真逃生結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

圖11 煙草儲備倉庫火災(zāi)緊急疏散逃生模擬仿真結(jié)果

圖12 煙草儲備倉庫火災(zāi)模擬仿真逃生路線位置分布

表1 煙草儲備倉庫火災(zāi)模擬仿真逃生路線對比分析結(jié)果

6 結(jié) 論

(1)基于FDS構(gòu)建了以湖北省煙草公司十堰市公司配送倉庫數(shù)值模擬模型，總體布局包括倉儲區(qū)、分揀區(qū)、辦公區(qū)、數(shù)字化倉庫控制機(jī)房、倉儲管理辦公室、叉車充電區(qū)、分揀人員休息區(qū)、門廳和衛(wèi)生間9個區(qū)域。設(shè)置了4個不同區(qū)域的燃燒器和8個傳感器用于檢測倉庫溫度變化特征。

(2)從數(shù)值模擬結(jié)果可以看出湖北某煙草配送倉庫火勢蔓延規(guī)律、溫度變化、煙氣填充等火災(zāi)規(guī)律，基于上述特點(diǎn)，對現(xiàn)場滅火系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確立滅火系統(tǒng)為頂板下噴頭系統(tǒng)，噴頭選擇標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積、動作溫度為68 ℃的灑水噴頭；噴頭的布置間距3 m，共布置172個噴頭。

(3)針對煙草配送倉庫火災(zāi)特點(diǎn)及倉庫安全出口的設(shè)置，進(jìn)行了應(yīng)急疏散模擬仿真。結(jié)果顯示，倉儲區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，人員沿分揀區(qū)，倉儲區(qū)外通道等多個路線逃生疏散，52 s時間內(nèi)，整個倉庫的人員實(shí)現(xiàn)了安全疏散，疏散時間內(nèi)火勢在可控范圍內(nèi)，對人員疏散不會造成較大影響。