ｌ薹 囊 隧 舞砖 ＿ 火灾危险源辨识在性能化防火设计中的应用 王永 ，刘子萌 ，宋文华 。，谢树俊 （１．天津市消防总队，天津３０００９０；２．天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津３００１９１； ３．天津Ｚ－．业大学消防与安全工程研究所，天津３００３８７） 摘要：危险源辨识是性能化防火设计中所有量化分析的 直维持到可燃物燃尽。当建筑物内的可燃物燃尽后火 基础，也是性能化防火设计的重要环节。通过设定火灾场景、计 灾将迅速衰减直至熄灭。 算热释放速率和危险度分析，对某超市进行火灾危险源辨识， 从而为消防性能化设计工作的开展提供了依据。 每 盛期 衰减期 关键词：性能化防火设计；危险源辨识；火灾场景；热释 ＼ 成长期 —————＿ｆ Ｃ 、 —————一 懈 ／ ／ 放速率；危险度 Ｑ Ⅱ，， 中图分类号：Ｘｇｌ３．４，ＴＵ９７２ 文献标志码：Ｂ 涎 文章编号：１００９—００２９（２ＯＯ８）ｌ２一Ｏ８８６一Ｏ３ 豢 ｎｉｃｏｎｓｔａｎｔ ／ 利用性能化防火设计方法对建筑进行火灾安全性 时间／ｓ 分析，可以发现建筑消防设计中存在的问题，从而保证 图１ 建筑火灾热释放速率的一般规律 火灾发生时人员安全疏散。而火灾危险源辨识是性能 发生火灾时建筑物内人员的避难安全主要受成长 化防火设计中所有量化分析的基础，在火灾危险源辨 期火灾的蔓延规律、建筑物内可燃物的燃烧特性、建筑 识中，设计的火灾场景能否真实反映建筑物内火灾风 物的空间结构以及烟气的毒性和抽排放等因素的影 险性，直接影响性能化防火设计的可靠性及其应用。 响。一般火灾的增长系数 越大，火灾成长期就越短， １性能化设计中的危险源辨识 允许人员逃生的时间也越短。 火灾中的危险源辨识工作是与火灾场景设定工作 火灾初期阶段，热释放速率可通过式（１）表示。 紧密结合在一起的。通过分析建筑物空间结构，设定建 Ｑ—ｄ（ｆ— 。）。 （１） 筑物内若干典型火灾场景，整理出包括该场景的建筑 式中：Ｑ为热释放速率，ｋＷ； 为火灾增长因子，ｋＷ／ 物结构特性，可燃危险品构成等数据；分析各火灾场景 Ｓ。；ｔ为火灾有效燃烧发生后的时问，ｓ；ｔ。为开始有效 的火灾发展特性，以此结果作为进一步研究火灾烟气 燃烧所需的时间，Ｓ。在实际工程中一般不考虑火灾达 控制和钢结构保护的依据；结合统计数据，给出火灾危 到有效燃烧需要的时间，仅关心火灾开始有效燃烧后 险源在空间和时间上的分布。 的情况，可取ｔ。一０。 １．１火灾场景设定 火灾增长因子应综合考虑可燃物荷载密度（嘶）及 火灾场景是对某特定火灾从引燃（或从设定的燃 墙和吊顶的影响（ ），可由式（２）与式（３）表示。 烧）开始到火灾增长到最高峰的过程以及火灾造成的 ｄ一 ｆ＋ｄ （２） 破坏的描述。该设定需要考虑多方面的因素，如建筑物 一２．６×１Ｏ－６ｑ 。 （３） 结构特性、点火源位置、场景中火灾荷载情况、火灾蔓 式中：ｇ为火灾荷载密度，ＭＪ／ｍ ，取值一般参考相关 延的可能性、场景内人员构成等。涉及到危险源辨识的 统计数据，但对缺乏统计数据或物品种类已确定且数 因素包括建筑物结构特性（面积、标高、通风口等），火 量不是很多的情况可由式（４）得到。 灾荷载情况等。 １．２建筑火灾的一般规律 ｇ一 ｇ一——— — ㈤４Ｊ 通常建筑物火灾可分成３个阶段，即火灾成长期、 式中： 为单个可燃物的质量，ｋｇ；Ａｈ 为单个可燃物 盛期和衰减期，其一般规律可用图１表示。在火灾的成 的有效热值，ＭＪ／ｋｇ； 为空间内地板面积，ｍ。。 长期，火灾的热释放速率与时间的２次方成正比。当火 根据‰与装修材料可燃等级的关系，如表１所示， 灾到达盛期时，火灾热释放速率主要受换气以及可燃 可确定各火灾场景的ａ 值。 物等条件制约，其值几乎不随时间的变化而变化，并一 ＮＦＰＡ中根据火灾发展情况定义了四种不同类型 ８８６ Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８，Ｖｏｌ ２７，Ｎｏ．１２ 的ｔ。火，它们是极快、快速、中速和慢速，火灾增长因子 依次为０．００２ ９、０．０１１ ７、０．０４６ ９、０．１８７ ６。池火、快速 沙发火大致为超快速型，托运物品用的纸壳箱、板条架 度、哪些材料容易产生烟、烟的各种间接腐蚀性等。 ２应用实例 调研选取天津某大型超市，主体共两层，总面积为 ５ ０００ ｍ。。其中，超市一层的面积为３ ０００ ｍ ，第二层的 火大致为快速型，棉花加聚酯纤维弹簧床大致为中速 型。火灾场景设置中，在缺乏具体可燃物分布和数量的 时候，可以参考上述四种火灾增长类型，估算火灾初期 面积为２ ０００ ｍ。。两层层高均为５ ｍ，净高均为３．４ ｍ。 该超市采用钢筋混凝土结构，耐火等级为二级，共设置 阶段的火灾增长因子。 表１ 与建筑物装修材料可燃等级 墙面装修材料等级 ‰／ｋＷ・Ｓ一０ Ａ ０．００３ ５ Ｂ１ ０．０１４ Ｂ２ ０．Ｏ５６ Ｂ３ ０．３５０ １．３火灾危险度 建筑物的火灾危险度包括火灾对建筑物本身的破 坏以及对建筑物内部人员和物质的伤害两个方面。对 建筑物本身的破坏用 （建筑物火灾危险度）来表示， 对建筑物内人员和物质的伤害用Ｒｉ（建筑物内火灾危 险度）来表示，两方面的危险度共同决定了一个建筑 发生火灾后的危险。 １．３．１建筑物火灾危险度分析 根据古斯塔夫（Ｇｕｓｔａｖ Ｐｕｒｔ）提出的公式，Ｒ 可 用式（５）计算。 （Ｑ ｇＣ＋Ｑ ）ＢｇＬ ，．、 一—— 一 式中：Ｑ 为可移动的火灾负荷因子，表示建筑物室内 可移动的燃烧物对 的影响，家具、衣物等都归人此 类，通常采用折合标准木材的方法来表示；Ｃ为易燃性 因子，表示可燃物的易燃性能，依据易燃性能分成４个 等级，每一等级对应一个Ｃ的取值易燃性因子；Ｑ 为 固定的火灾负荷因子，表示建筑物构件中的可燃材料， 一般用折合木材量表示；Ｂ为火灾区域及位置因子，表 示建筑物火灾区域对灭火活动难易程度的影响，一般 分为４级；Ｌ为灭火延迟因子，表示灭火设施以及其他 和人力有关的因素；Ｗ为建筑物耐火因子，指建筑的 耐火能力，根据耐火时间长短分为７级；Ｒ 为危险度减 小因子，代表一些使火灾危险度下降的因素。 １．３．２建筑物内火灾危险度Ｒ 分析 根据古斯塔夫建议的公式，足计算采用公式（６）。 Ｒ 一Ｈ・Ｄ・Ｆ （６） 式中：Ｈ为人员危险因子，取值受人员数量、对建筑物 疏散通道熟悉程度、出口位置及数量等因素影响；Ｄ为 财产危险因子，取值受财产本身价值、数量、易损情况 等条件影响；Ｆ为烟气因子，主要考虑烟气毒性及浓 消防科学与技术２００８年１２月第２７卷第１２期 ４部疏散楼梯，每个疏散出口的宽度为１．８ ｍ。此次调 研针对该超市进行火灾危险性分析。 ２．１超市火灾场景的设定 该超市内的商品种类繁多，商品按不同的种类分 区销售，称之为功能分区。由于各功能区存在不同的可 燃物，因而各功能分区内的火灾危险性差异较大。针对 该超市内典型的可燃物的分布以及其潜在的点火源分 析，笔者设定了９个典型的火灾场景，其各场景的主要 可燃物如表２所示。 表２火灾场景设计各功能区划分及主要可燃物统计表 序号 楼层 功能区 面积／ｍ０ 主要可燃物或材料 １ 二层 服装鞋帽区 ５００ 服装、布匹、皮革、布料 ２ 二层 办公用品区 和玩具区 ２６４ 纸张、塑料 ３ 二层 家用电器区 ４４０ 塑料、橡胶、木材、电视机、电冰箱 ４ 二层 Ｅｔ用品区 ６６２ 塑料、纸张、棉制品、橡胶、化妆品 （甘油） ５ 一层 食品区 １ ２００ 食用油、面粉、食品包装 ６ 一层 烟酒专柜 ２００ 烟草、酒、包装纸 ７ 一层 熟食区 ２４０ 食用油、面粉 ８ 二层 图书影像 ２２０ 塑料、纸张 ９ 一层 出租房 ４００ 棉制品、纸张、塑料、皮革、化妆品 ２．２各火灾场景的火灾荷载及热释放速率的计算 通过对火灾荷载的统计，分析可能的火灾发展特 性。经现场调查，以该超市各层功能单元作为起火点设 计火灾场景。其各个功能单元火灾荷载密度统计结果 见表３。另外，还应考虑在疏散出口等特殊区域发生火 灾的可能性。 表３各火灾场景的火灾荷载和火灾增长 火灾载荷 火灾增长系数 ２ｍｉｎ时 序号 功能区 密度／热释放速率 ＭＪ／ｍ 口／ｋＷ／ｓ２ ／ｋＷ １ 服装鞋帽区 ６００ ０．１５７ ８６ １８．９４ ２ 办公用品及玩具区 ２８５ ０．Ｏ５９ ２３ ７．１２ ３ 家用电器区 ３９Ｏ ０．Ｏ２１ ９４ ２．６３ ４ 日用品区 ２４８ ０．Ｏ５６ ６８ ６．８Ｏ ５ 食品区 ５００ ０．０３２ ６３ ３．９２ ６ 烟酒专柜 ３２０ ０．０６１ ８６ ７．４２ ７ 熟食区 ３６Ｏ ０．Ｏ１９ ３５ ２．３２ ８ 图书影像 ５５Ｏ Ｏ．０８３ ８１ １Ｏ．Ｏ５ ９ 出租房 ４２０ ０．０７０ ４４ ８．４５ ８８７ 从表３可以看出，在设定的火灾场景中，火灾的增 ３结束语 长速率是衡量火灾危险性的一个极为重要的因素。它 火灾危险源的辨识与分析是设置火灾场景的基 ０ Ｏ Ｏ 与建筑物内的火灾载荷密度、可燃物种类、建筑物通风 础，也是性能化防火设计的一个重要的环节。笔者以某 情况等因素有关。同样的火灾荷载可能支持较小的火 超市为案例，对其进行危险源辨识，通过对不同功能区 燃烧很长时间，如得到消防队的及时扑救则造成的损 的火灾场景设计，得出热释放速率是影响超市火灾危 ● ● ◆ 一 ２ ５ ， ～ ● Ｌ 失比较小；或可能支持较大的火燃烧很短时间，则其危 险性的重要因素，并通过危险度分析得出火灾危险性 ９ 一 险性更高，损失更大。 较大的区域，从而提出合理的建议和措施，为消防性能 ● ６ 一 ２．３火灾危险度分析 化设计工作的进一步开展提供了依据。 根据古斯塔夫公式，分别计算了超市内９个火灾 ｏｏ 一 参考文献： ◆● ● 一 场景的Ｒ 和尺 值，如表４所示。 １ ４ 一 表４各功能区火灾危险度 ［１］孙占辉，姚斌，孙金华．火灾场景设计与火灾危险度分析在火灾性能 序号 场景 Ｒｉ Ｒｇ 化设计危险源辨识中的应用［Ｊ］．火灾科学，２００４，（２）：１０６—１１０．◆ １ 服装鞋帽区 ９ ２．１１２ ［２］霍然，袁宏永．性能化建筑防火分析与设计［Ｍ］．合肥：安徽科学技 ３ ～ ２ 办公用品区和玩具区 ３ ２．Ｏ５３ 术出版社，２００３． ３ 家用电器区 １２ １．９２５ ［３］游宇航，李元洲，同吉伟，等．大型超市人员密度的初步调查［Ｊ］．消 防科学与技术，２００７，２６（４）：３６０—３６２． ４ 日用品区 ９ ２．０５３ ［４］范维澄，孙金华．火灾风险评估方法学［Ｍ］．北京：科学出版社， ５ 食品区 ３ １．５３０ ２００４． ６ 烟酒专柜 ６ １．８９５ ［５］田玉敏．论“性能化”防火设计中的“设计火灾场景”［Ｊ］．火灾科学， ７ 熟食区 ３ １．１２８ ２００３．】２（］）：２９～３５． ８ 图书影像 ９ １．７６０ ９ 办公区 ４ １．３５Ｏ 将表４统计的数据绘制了超市内火灾危险度分布 图，如图２所示。 ２ ２ １ ∞ １ ～一 一 ．一～一 一～一一～一～ 一～～一一一０ Ｕ Ｚ ４ Ｏ ｌＵ ｌＺ ｌ４ ’ Ｒ， 图２超市火灾危险度分布图 从上图可知，对于风较大的区域，应严格控制建 筑物内的火灾载荷密度、对建筑物材料的燃烧等级进 行严格限定，对容易着火的场所或部位采用难燃材料 或不燃材料，控制可燃物与点火源的接触，通过阻燃技 术改变某些材料的燃烧性能等。建议采用自动灭火系 统以加强建筑物的自救能力。如对超市的安全门进行 规范，要求其使用专门设计的开闭门装置，正常情况下 闭锁，火警时可联动开启，也可现场手动开启或机械开 启，做到万无一失。 作者简介：王 永（１９７３一），男，天津市消防总队 对于Ｒ 较大的区域，建议采用火灾早期报警系 防火监督技术处副，工程师，主要从事建筑工程消 统，通过联动系统启动有关消防设施扑救或控制火灾， 防验收、消防产品监督、消防科技管理等方面的工作， 并设置醒目的安全疏散线路指示标志、安全疏散出口 天津市南开区南马路７０８号，３０００９０。 指示灯、“禁止吸烟”标志，同时，要确保超市内安全疏 收稿日期：２００８一Ｏ７—２５ 散标志明显有效、疏散线路简捷明了、禁烟标志醒目。 ８８８ Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８，Ｖｏｌ ２７，Ｎｏ．１２ 一
