基于FDS的可熔性采光帶（窗）對(duì)火災(zāi)排煙效能影響分析

何方

（上海凱玲消防工程有限公司，上海 200050）

1 建筑火災(zāi)案例基本情況

以南方某市的一場(chǎng)火災(zāi)為例，火災(zāi)建筑情況如圖1和圖2所示，南10號(hào)建筑占地尺寸約9 m×9 m，共2層，總高約6.3 m，1層高約3.3 m，南10號(hào)庭院長(zhǎng)×寬約為15 m×15 m，圍墻高約3.2 m；南9號(hào)建筑及庭院與南10號(hào)基本相同；兩建筑間隔4 m，兩庭院間設(shè)中間隔墻（磚墻），高約3.1 m、寬0.3 m，庭院四周設(shè)圍墻，高約3.1 m；南10號(hào)庭院采用塑料及彩鋼板作為頂部，設(shè)有圓形鋼立柱及方形鋼梁；南9號(hào)庭院采用彩鋼板作為頂部，設(shè)有圓形立柱及方形鋼梁；兩庭院頂部由建筑坡向圍墻，坡度約15°，頂部與圍墻留有0.1～0.2 m間隙，頂部與中間隔墻留有0.1～0.4 m間隙（離建筑一側(cè)間隙較大）。兩庭院內(nèi)各堆有卷狀胚布（胚布含水量較大且呈堿性，故較難引燃），呈正方形堆放，堆放高度1～2.5 m；南10號(hào)庭院靠中間隔墻中部設(shè)鐵制貨架，堆放塑料薄膜包裹的成品布，堆放高度約2.8 m；兩庭院內(nèi)分別有空調(diào)外機(jī)及電箱；南9號(hào)庭院中部有正在充電的電動(dòng)自行車1輛。

圖1 建筑及可燃物分布情況

圖2 建筑頂部情況

某地指揮中心接到火警時(shí)間為某年11月26日01：35。根據(jù)氣象資料顯示，某年11月26日01：35實(shí)時(shí)氣溫為9.9℃，濕度為94%，2min平均風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，風(fēng)速為1.8m/s。

2 火災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)描述

南9號(hào)庭院中部電動(dòng)自行車倒地并已完全燒盡；庭院頂棚及內(nèi)墻面煙熏痕跡明顯，中間隔墻面向庭院內(nèi)的一面墻體剝落嚴(yán)重；庭院內(nèi)電瓶車附近一堆卷狀胚布已燃盡；庭院內(nèi)靠近中間隔墻的上方鋼梁嚴(yán)重變形（估計(jì)火災(zāi)時(shí)燃燒溫度在500℃以上）；庭院內(nèi)一配電箱過火且煙熏痕跡明顯，判斷其已不能正常工作。南9號(hào)建筑外立面空調(diào)（標(biāo)高約4 m）基本燒毀。南10號(hào)庭院內(nèi)成品布已大部分燃盡，空調(diào)1煙熏痕跡較明顯，空調(diào)2基本無煙熏痕跡且可正常使用；庭院內(nèi)配電箱煙熏痕跡較明顯，但仍能繼續(xù)使用；庭院塑料頂棚已完全燒毀；庭院內(nèi)的大部分胚布煙熏痕跡明顯，但無大面積燃燒痕跡；庭院中部（成品布堆放處）無用電設(shè)備、無電線，但當(dāng)?shù)叵来箨?duì)發(fā)現(xiàn)可疑線圈1個(gè)。

3 FDS模型建立及火災(zāi)模擬結(jié)果

按照現(xiàn)場(chǎng)建筑幾何形狀、建筑材料尺寸及屬性、內(nèi)部分隔情況等建立FDS模型[1-2]，如圖3、圖4所示。設(shè)定起火部位，分為A、B兩種情況：A情況，假設(shè)南10號(hào)（A建筑）中部（成品布堆放處）為起火部位，熱釋放速率設(shè)置為1 000 kW/m2；B情況，假設(shè)南9號(hào)（B建筑）電動(dòng)自行車位置為起火部位，熱釋放速率設(shè)置為1 000 kW/m2。

圖3 南10號(hào)起火（A）火災(zāi)模擬結(jié)果

圖4 南9號(hào)起火（B）火災(zāi)模擬結(jié)果

基于FDS模型建立，并對(duì)庭院隔墻的煙氣監(jiān)測(cè)、庭院頂部的溫度監(jiān)測(cè)以及庭院隔墻的溫度監(jiān)測(cè)分別分析。

南10號(hào)庭院側(cè)隔墻煙熏痕跡不明顯，南9號(hào)庭院側(cè)隔墻煙熏痕跡明顯。FDS模擬：A情況時(shí)，南10號(hào)側(cè)隔墻較南9號(hào)煙氣質(zhì)量濃度高；B情況時(shí)，南9號(hào)側(cè)隔墻較南10號(hào)煙氣質(zhì)量濃度高，但由于南10號(hào)設(shè)有易熔采光帶，通風(fēng)排煙效應(yīng)較好，造成現(xiàn)場(chǎng)南9號(hào)側(cè)隔墻較南10號(hào)煙氣質(zhì)量濃度高，表現(xiàn)為火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)南9號(hào)庭院側(cè)隔墻煙熏痕跡明顯[3]。庭院隔墻的煙氣檢測(cè)情況如圖5所示，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖6所示。

圖5 庭院隔墻的煙氣監(jiān)測(cè)

南10號(hào)庭院頂部易熔采光帶已燒毀（火災(zāi)初起頂部溫度在50～100℃），南9號(hào)庭院的頂部溫升不明顯，但煙熏痕跡明顯。FDS模擬（頂部熱電偶放置在非火源正上方）：A情況時(shí)，南10號(hào)頂部溫度較高；B情況時(shí)，南9號(hào)和南10號(hào)頂部溫升不明顯。由于南10號(hào)庭院易熔采光帶已燒毀，通風(fēng)排煙效應(yīng)較好，使得火災(zāi)500 s后其頂部溫度下降明顯，南9號(hào)庭院由于水平向通風(fēng)排煙條件較好，使得其頂部溫度溫升不明顯[4-5]。庭院隔墻的煙氣監(jiān)測(cè)情況如圖7所示，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖8所示。

圖7 庭院頂部的溫度監(jiān)測(cè)

圖8 庭院頂部火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖

火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)南10號(hào)庭院側(cè)隔墻煙熏痕跡及高溫火燒痕跡不明顯，南9號(hào)庭院側(cè)隔墻煙熏痕跡及高溫火燒痕跡明顯。FDS模擬：A情況時(shí)，南10號(hào)側(cè)隔墻較南9號(hào)溫度高（溫差約20℃）；B情況時(shí)，南9號(hào)側(cè)隔墻較南10號(hào)煙溫度高（溫差430℃以上），由于南10號(hào)設(shè)有易熔采光帶，縱向通風(fēng)排煙效應(yīng)較好，隔墻溫度控制在約40℃內(nèi)，而南9號(hào)只有局部的水平通風(fēng)排煙，故隔墻溫度可達(dá)到450℃以上，造成中間隔墻鋼梁嚴(yán)重變形[6]。庭院隔墻的溫度監(jiān)測(cè)情況如圖9所示，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖10所示。

圖9 庭院隔墻的溫度監(jiān)測(cè)

圖10 庭院隔墻火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖

火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)南10號(hào)庭院電箱基本完好，可正常使用；南9號(hào)庭院電箱已燒毀，不能正常運(yùn)行。FDS模擬：A情況時(shí)，由于南10號(hào)設(shè)有易熔采光帶，縱向通風(fēng)排煙效應(yīng)較好，南10號(hào)庭院電箱基本完好；B情況時(shí)，由于南9號(hào)通風(fēng)排煙效應(yīng)不明顯，故南9號(hào)庭院電箱部位在火災(zāi)時(shí)溫度可達(dá)320℃以上。庭院內(nèi)電箱的溫度監(jiān)測(cè)情況如圖11所示，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖12所示。

圖11 庭院內(nèi)電箱的溫度監(jiān)測(cè)

圖12 庭院頂部火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖

4 火災(zāi)原因分析

南9號(hào)庭院中部為基本封閉的部位，對(duì)正在充電電動(dòng)車的電池散熱不利，且電動(dòng)車被易燃的胚布堆包圍（存在火災(zāi)隱患），故南9號(hào)庭院內(nèi)中部正在充電的電動(dòng)車為起火部位（起火點(diǎn)）的可能性較大。假設(shè)電動(dòng)車為起火部位（起火點(diǎn)），首先引燃其周圍的胚布，由于胚布含水量大，故初起火災(zāi)時(shí)胚布為陰燃狀態(tài)，但電動(dòng)車部位有較大火焰竄出，使得南9號(hào)庭院內(nèi)靠近中間隔墻鋼梁嚴(yán)重變形（估計(jì)火災(zāi)時(shí)燃燒溫度在500℃以上），故南9號(hào)庭院產(chǎn)生的飛火通過中間隔墻與吊頂?shù)膴A縫進(jìn)入南10號(hào)庭院中部，從而點(diǎn)燃南10號(hào)庭院中部的成品布堆垛（有鐵質(zhì)貨架），這種可能性較大。由于電動(dòng)車起火初期消耗了有限空間的大量氧氣，外部又不能及時(shí)補(bǔ)充足夠的氧氣支持有焰燃燒，故南9號(hào)庭院中部在初起火災(zāi)數(shù)分鐘后進(jìn)入大面積的陰燃階段，此推斷與現(xiàn)場(chǎng)南9號(hào)庭院中部煙熏痕跡非常明顯的現(xiàn)象基本吻合。

南10號(hào)庭院中部起火部位最可能是成品布處，起火點(diǎn)為線圈的可能性最大，但由于現(xiàn)場(chǎng)與線圈無相關(guān)連接的電線，故線圈在火災(zāi)時(shí)不可能帶電工作，所以也不存在線圈引起的電氣線路故障火災(zāi)。

可推斷火災(zāi)于某年11月26日01：00左右發(fā)生，南10號(hào)內(nèi)于11月25日18：00前已無人員，當(dāng)天濕度較大，為95%，若有遺留火種，在當(dāng)時(shí)的氣象條件下，初起火災(zāi)以陰燃為主，且陰燃狀態(tài)需維持?jǐn)?shù)小時(shí)，南10號(hào)庭院內(nèi)的圍墻內(nèi)壁及建筑外立面應(yīng)有非常嚴(yán)重?zé)熝暮圹E，但現(xiàn)場(chǎng)無嚴(yán)重?zé)熝暮圹E。

火災(zāi)時(shí)非雷電天氣，可排除引火源為雷擊；南10號(hào)庭院圍墻較高，庭院中部上方有吊頂，且中部起火（假設(shè)），外來火源從南10號(hào)圍墻外進(jìn)入庭院中部可能非常小，但從南9號(hào)庭院產(chǎn)生的飛火通過中間隔墻與吊頂?shù)膴A縫進(jìn)入南10號(hào)庭院中部可能就變得較大。

5 結(jié)論

通過FDS對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景重構(gòu)，分析了火災(zāi)場(chǎng)景的溫度、煙氣密度、清晰高度等參數(shù)指標(biāo)，其理論結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)吻合度較高。由于FDS建模的局限性，如燃燒物質(zhì)參數(shù)不能完全確定、火災(zāi)規(guī)模同現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景非完全一致、參數(shù)及計(jì)算的誤差等，造成一定的偏差。雖然FDS的火災(zāi)模擬結(jié)果不能作為火災(zāi)調(diào)查的直接證據(jù)，但能夠側(cè)面印證火災(zāi)事故原因認(rèn)定的準(zhǔn)確性，并能在一定程度上科學(xué)地詮釋火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。一些工業(yè)建筑火災(zāi)荷載較大、火災(zāi)規(guī)模發(fā)展迅速，只有迅速、大量排煙排熱，才能更好地保護(hù)結(jié)構(gòu)不坍塌，同時(shí)為消防救援提供更有利的環(huán)境。因此在屋面增設(shè)可熔性采光帶（窗），可較大地發(fā)揮火災(zāi)時(shí)的排煙效能。