某市擬建教育局辦公樓會議廳火災(zāi)逃生研究

摘 要：大型會議廳已經(jīng)是現(xiàn)代辦公樓設(shè)計必不可少的功能分區(qū)。為研究大型會議廳發(fā)生火災(zāi)情況下的煙氣擴散規(guī)律，本文以某市教育局辦公樓會議廳為研究對象，根據(jù)會議廳常用裝飾設(shè)置可燃物，采用FDS火災(zāi)分析軟件進行數(shù)值模擬。重點模擬了會議廳因電路短路造成的起火，并通過設(shè)置溫度、可見度、CO濃度測點，分析火災(zāi)發(fā)生后溫度、煙氣的變化規(guī)律。希望本文能為會議廳裝飾、桌椅布置及人員逃生提供建議。

關(guān)鍵詞：會議廳；FDS；數(shù)值模擬；人員逃生文章編號：2095-4085（2024）10-0221-03

0 引言

近年來，辦公樓、高檔酒店為提供日常會議活動和舉辦各類學(xué)術(shù)報告均設(shè)置有會議廳，此類會議廳具有建筑面積大、容許人數(shù)多、裝修用材量大及使用設(shè)備多等特點。其裝修用材和用電設(shè)備多為可熱材料，燃燒后會產(chǎn)生多種有毒有害化學(xué)物質(zhì)，短時間內(nèi)就能對人員造成傷害。為研究起火后的廳內(nèi)逃生環(huán)境，本文采用FDS對會議廳及可燃物進行建模模擬，通過分析火災(zāi)中各項數(shù)據(jù)的變化為會議廳裝修、設(shè)備安排及人員逃生提供建議。

由于火災(zāi)實驗是破壞性的，且全尺寸實驗成本高、耗時長、危險性大，甚至不具有可行性。而運用數(shù)值仿真軟件模擬火災(zāi)過程是一種可行的研究方法^［1］。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者均采用該軟件進行模擬火災(zāi)，如Ji和Xu等人利用FDS模擬研究了不同傾斜角度和通風(fēng)風(fēng)速對隧道火災(zāi)發(fā)展的影響，得出了隧道傾斜角度和煙氣流動的關(guān)系以及隧道火災(zāi)最佳通風(fēng)速率等結(jié)論^［2-3］。單桂薇和劉勇等對酒店火災(zāi)進行數(shù)值仿真模擬分析，精準(zhǔn)探究了酒店發(fā)生火災(zāi)時煙氣運動、溫度分布和能見度的變化規(guī)律^［4-5］。楊云春等利用FDS研究了高層建筑最佳組合延期控制模式^［6］。姚浩偉等對某大型餐廳不同火源位置的火災(zāi)危險性進行了模擬研究^［7］。

1 辦公樓概況

此辦公樓位于北方某市，年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，為單體建筑，周邊無建筑物相互影響，總建筑面積4 000m²左右，層數(shù)為5層。首層層高3.9m，設(shè)有辦公室、接待室、檔案室、閱覽室、值班室等多種房間。大會議室位于首層西南角，前后各設(shè)一扇寬1m、高2.5m的普通門；南側(cè)設(shè)置寬1.5m、高1.8m、離地1m的普通窗兩扇；走廊寬3m，設(shè)置寬2.7m、高2.5m的玻璃門；對面為衛(wèi)生間和樓梯間，可燃物較少。

2 火災(zāi)場景的確定原則

通常分析的火災(zāi)場景必須是最不利的情況，而這種火災(zāi)場景需要危險系數(shù)最高、發(fā)生的概率最大。所以，符合以下3個條件就可以確定為火災(zāi)場景。

（1）是真實火災(zāi)的再現(xiàn)。

（2）一定要著重考慮火源特性。

（3）謹慎充分考慮影響火災(zāi)發(fā)展的各個因素^［8］。

3 火災(zāi)發(fā)展影響因素的確定

（1）建筑構(gòu)造的影響。不同的建筑構(gòu)造對火災(zāi)的發(fā)展會有很大影響。比如木制結(jié)構(gòu)建筑就比混凝土建筑更易發(fā)生火災(zāi)。

（2）建筑使用功能的影響。建筑物功能不同所發(fā)生的火災(zāi)類型也不一樣。如加油站發(fā)生火災(zāi)一般是由汽油等易燃物引發(fā)；而普通居民樓的火災(zāi)很可能是由于電線老化短路引發(fā)。

（3）外界環(huán)境因素的影響。建筑物地理位置和氣候條件的不同對火勢的發(fā)展也會產(chǎn)生影響。比如晴天比雨天更容易起火；順風(fēng)能夠讓火蔓延得更快。

（4）建筑消防設(shè)備的影響。有無噴淋系統(tǒng)對火勢發(fā)展都會產(chǎn)生影響^［9］。

4 火災(zāi)模型建立及參數(shù)設(shè)置

采用FDS軟件對①～⑤軸線范圍內(nèi)建筑物以1∶1尺寸建立模型，在會議廳西南側(cè)設(shè)置著火點，然后根據(jù)實際情況設(shè)置反應(yīng)類型、材料參數(shù)、溫度、表面類型、設(shè)備及Slices等相關(guān)參數(shù)。為有效進行分析，根據(jù)建筑物實際尺寸進行建模。墻體為混凝土材質(zhì)，辦公桌椅均為木質(zhì)材料，地板為混凝土材料，辦公桌及墻壁上均設(shè)置可燃物，以此模擬衣物、書本、設(shè)備、窗簾等，其他材料有PVC、XLP及FOAM等。室內(nèi)初始溫度20℃，環(huán)境壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，空氣密度1.205kg/m³。網(wǎng)格劃分大小為0.5m×0.5m×0.5m。會議廳前后門常開狀態(tài)，走廊門設(shè)置在起火后30s打開。當(dāng)周邊溫度達到300℃ 時，南側(cè)窗戶玻璃破裂，窗戶打開（如圖1）。

為研究火災(zāi)發(fā)生后人員逃生環(huán)境，設(shè)置多種探測設(shè)備，著重研究會議廳及過道內(nèi)各個位置的溫度、CO濃度及可見度的變化。通過分析各個探測設(shè)備數(shù)據(jù)變化，總結(jié)火災(zāi)發(fā)生規(guī)律，為大空間人員密集區(qū)域裝修裝飾提供依據(jù)。

5 模擬結(jié)果分析

5.1 溫度變化情況

分別選取會議室內(nèi)各個位置的溫度進行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后大約300s內(nèi)火災(zāi)溫度達到峰值，之后總體成下降趨勢；當(dāng)時間在500s左右時個別測點溫度會有局部升高，分析原因可能是由于窗戶因為高溫被破壞，室內(nèi)氧氣含量增加，造成未完全燃燒的余燼充分進行燃燒，從而導(dǎo)致溫度有局部升高。由室內(nèi)測點1號、12號、15號可以看出，室內(nèi)整體溫度變化較快，最高溫度在800℃以上；由10號、13號走廊溫度測點可以看出，走廊溫度升溫也較快，最高溫度也在500℃以上，均已超過人體承受溫度（見圖2）。

會議廳左前策設(shè)備儀器有較多線路，火災(zāi)風(fēng)險性較大，設(shè)定為起火位置。起火后，溫度快速增長，在100s左右時，周邊煙氣溫度達到150℃，在300s左右達到最大值850℃，此后因可燃物燃盡溫度開始下降?；馂?zāi)發(fā)生后，溫度會先由火源周邊迅速升高，并快速向周邊發(fā)展。由于門窗洞口的存在或火災(zāi)后打開，高溫?zé)煔鈺ㄟ^洞口向周邊房間擴散。尤其是相鄰房間，其雖不是起火房間，但最高溫度達到了700～800℃，因此，在沒有火源的情況下，也可能發(fā)生起火，造成火災(zāi)范圍擴大。

根據(jù)相關(guān)文獻，人體在干燥的空氣環(huán)境中所能承受的最高溫度極限大約116℃。由溫度變化曲線可以看出，100s時室內(nèi)部分位置溫度就可以達到這個限值，這也是人員逃生的最佳時間。

5.2 煙氣變化情況

（1）會議廳內(nèi)不同時刻的火災(zāi)煙氣分部情況。在火災(zāi)發(fā)生70s時，煙氣已經(jīng)到達會議廳各個位置；100s時煙氣進一步擴散充滿這個空間。此時火源附近能見度為0.1m；前門處可見度2m；后門處可見度為3.7m；走廊可見度未受影響仍為30m。

（2）根據(jù)相關(guān)文件，在較為熟悉的環(huán)境人員安全逃生的可見距離為30m；在不熟悉的環(huán)境中為5m，低于5m時，人難以辨別方向，不利于人員逃生。火災(zāi)發(fā)生后，由于人們處于緊張著急狀態(tài)，加上可見度較低，更加不利于人員逃生。

（3）前門可見度低于5m大約需50s，后門大約為80s。前期煙氣發(fā)展速度比溫度發(fā)展快，是火災(zāi)發(fā)展初期影響人員逃生的重要因素。

6 結(jié)語

基于以上分析，本文提出以下幾點結(jié)果。

（1）當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在一樓會議廳前端時，窗戶的啟閉會對房間內(nèi)的溫度變化帶來影響，但這種影響只持續(xù)較短時間。因為，根據(jù)火災(zāi)發(fā)展規(guī)律，其發(fā)生會有一個快速發(fā)展的階段，但隨著房間內(nèi)氧氣含量的降低，會抑制火災(zāi)的進一步發(fā)展；當(dāng)窗戶玻璃因為高溫或其他因素打開時，新的空氣進入室內(nèi)增加了氧氣含量，又進一步促進了火災(zāi)發(fā)展；隨著室內(nèi)可燃物減少，火勢會逐漸下降直至熄滅。

（2）溫度的變化。房間窗戶處于關(guān)閉狀態(tài)時，高溫?zé)煔庠诜块g內(nèi)積聚并逐步充滿整個房間，同時又會促進火勢的發(fā)展，內(nèi)部溫度增長速度較快；當(dāng)窗戶打開后，外部空氣進入室內(nèi)，會對室內(nèi)高溫?zé)煔馄鸬嚼鋮s作用，但由于室內(nèi)壓力比室外較大，冷空氣對室內(nèi)溫度的影響有限。并且新鮮空氣又會促進余燼進一步燃燒，產(chǎn)生更多的高溫?zé)煔?，總體不會影響溫度的發(fā)展。

（3）煙霧會影響人員逃生的路線。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后極短時間就會產(chǎn)生大量煙氣并快速向周邊蔓延，擴散速度較快。由于煙氣會通過門窗洞口，逐步向其它房間和樓層擴散，從而嚴重影響人員逃生及救援?？梢姸?m是人員逃生的基本可見距離，由于煙霧產(chǎn)生速率較快，出口處可見度很快會低于2m，室內(nèi)可見度低于2m則更快。加上火災(zāi)發(fā)生后人們會更加緊張，可能會不知所措，進而影響逃生時間。

（4）火災(zāi)發(fā)生時，由于高溫氣體的擴散，在沒有設(shè)置點火源的房間仍有可能起火。這是因為火災(zāi)煙氣擴散過程中，帶有未完全燃盡的可燃物余燼，這些余燼溫度甚至可達到300℃。當(dāng)這些余燼隨著煙氣擴散到其它房間時，就有可能成為新的點火源。所以，當(dāng)實施滅火時，除對明火采取措施外，對空中的煙氣噴水降溫仍是非常重要的。

（5）本文分析的煙霧和溫度是影響人員逃生的常見因素。實際火災(zāi)中，從起火到人員發(fā)現(xiàn)后的逃生所用時間較短，人員會有足夠時間進行逃生。但是仍有很多人不能安全撤離，這是因為煙霧影響視線，導(dǎo)致選錯逃生路線，或者其他障礙物阻擋耽誤了時間。因此，室內(nèi)桌椅布局時，務(wù)必確保中間通道暢通，要避免僅留兩側(cè)通道，以免影響中間座位人員在緊急情況下的疏散時間。

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