内蒙古自治区呼和浩特市开发区消防救援大队 内蒙古呼和浩特 010010
摘要：针对某科技馆部分设计超出现行《建筑设计防火规范》要求，本文通过建立最不利火灾场景，利用烟气数值模拟软件及人员安全疏散软件，分析探讨在最不利火灾情景下该科技馆内人员进行安全疏散的可行性。
关键词：科技馆，模拟，疏散
1前言
科技馆，可以理解为面向社会公众科普教育的场馆，主要通过让社会公众参与、体验，激发社会公众科学兴趣，帮助社会公众树立正确的科学观。科技馆具有人员密集，可燃展品多等特点，并且参观科技馆的多为幼儿及青少年，疏散能力较弱，一旦发生火灾，后果不堪设想。
2评估对象概况
2.1 建筑概况
该科技馆坐落在某省省会城市，南临大剧院、西临演艺中心，东
侧及北侧紧邻二环路。建筑总面积48300㎡，地上6层，地下1层，建筑高度50米，为一类高层建筑。设计中，该建筑存在以下问题：
（1）公共大厅的建筑面积达到9803㎡，没有达到国家关于建筑防火设计所落实的相关规定；
（2）建筑内首层疏散楼梯无法直通室外；
（3）科技馆公共大厅内最远点至最近疏散出口直线距离超过30m。
2.2 模拟软件选择
FDS属于对火灾事故流体运动展开有效计算的流体力学软件，是由美国国家标准研究所(简称NIST)建筑火灾研究室经过大量研究设计而成的一款软件。该软件能够计算出接受火灾浮力驱动的低马赫数流动的NS方程，而其中引用的计算方法为数值方法，通过计算获得火灾中烟气的传递过程以及火灾所产生的热量传递过程[1]。FDS软件能够对模型维护结构热边界、速度边界条件作出定义，同时能够明确构建热物理参数[2]。
在火灾事故中，人员疏散安全程度主要受到两大特征时间影响，具体为：其一，火灾事故发展至危害逃生人员所需时间，该时间段也被称之为安全疏散所需时间ASET；其二，人员疏散到火灾事故现场以外的安全地区，该时间段被称之为必须安全疏散时间RSET [3]。因此安全疏散的判定标准为：
ASET＞RSET+安全余量
本论文将采用ThunderHead Engineering的疏散模拟软件对疏散时间进行有效预测，并根据疏散开始时间，对整个火灾事故人员疏散过程所需时间进行有效预测。以人员疏散所需时间同危险来临时间对比，评价人员疏散的安全性以及疏散路径的合理性。
3火灾场景设置
科技馆展览区人员较为集中，在节假日和举办活动时人员密度更大。由于展览区较多的可燃物，同时会运用声、光、电等手段，电气设备多，用电负荷大，因此，展览区易发生火灾，且会造成较大人员伤亡和财产损失，在文章研究中，火源位置被设定为在展厅内。
我国现有民用建筑在设计上均会考虑到火灾事故危害情况，因此均具备一定的耐火特性，火灾事故发生前期，火势蔓延速度往往较慢，但火灾事故规模逐步扩大时，火势也将会快速增长。通过大量数据研究后得出，火灾的热释放速度与火灾发展时间存在正相关关系，具体公式为：
Q=α（t-t0）2
在工程上当火灾增长系数能够得到确认时，将作出四种不同的火灾级别定义，热释放速率以及火灾增长系数等数据均可通过下表3.1进行了解[4]。
表3.1 火灾增长系数
通过以上数据可分析，导致火灾热释放速率的影响因素难以获取，导致火灾热释放速率难以确认。具体可通过全尺寸实火实验的方法，对物品燃烧过程所产生的热释放变化进行测量，最终绘制出热释放速率曲线。从表3.1可知，科技馆展厅内的展品的火灾危险性不会高于泡沫制品，因此，本文保守的将展厅的火灾类型确定为t2快速火，火灾增长系数α=0.04689Kw/s2。
虽然建筑内自动喷水灭火系统，防排烟系统同时失效的概率极低，但其造成的后果最为严重，因此，本文将此种假设设为最不利火灾场景。在自动消防设施失效的情况下，考虑到我国消防员在接警后5min内到达火场，10min内开展有效救援，按照t2火增长，火灾的最大热释放速率为0.04689×6002=16.9MW。
4烟气数值模拟
将初始条件输入FDS进行模拟，模拟结果见图4-1、4-2：
图4-2 火场温度分布图
结果分析：
（1）在本场景下，5min内，火灾烟气蔓延至顶棚并向四周蔓延开来，在模拟的1800s内烟气在展厅上空保持较小浓度；
（2）从温度竖向分布图可以看出，在模拟的30min内，展厅上空顶棚下方最高温度上升至约43℃，其他区域的平均温度保持在43℃内；
（3）从能见度竖向分布图中可了解到在模拟的30min内，展厅上空的能见度一直维持在10m以上；
（4）从CO浓度竖向分布云图中可了解到模拟时间内若展厅的空气一氧化碳浓度一直处于500ppm以下，远小于1000ppm。
在模拟时间的最不利情况下，所有指标均处于安全水平。
5.人员疏散模拟
根据火灾烟气模拟的最不利火灾场景，分析最不利火灾场景下所需疏散的疏散分区和完成疏散所需的RSET，并与上一章通过烟气模拟得出的ASET比较，以此来判断人员疏散的安全性。
结合上一章设定的火灾场景，对科技馆设计一个疏散场景，待疏散人员为科技馆内工作人员和参观人员，疏散人数5323人，无疏散出口、疏散通道堵塞，各区域人员正常疏散。各疏散场景，见图5.1
图5.1 人员疏散场景
可得到不同区域必须疏散时间RSET，见表5.4
表5.4 关于火灾事故疏散场景必须疏散时间RSET
通过模拟得出，RSET<ASET，说明在人员疏散完毕前，最不利火灾场景下能满足人员安全疏散的条件，该科技馆能够满足火灾情况下人员安全疏散的需求。
参考文献:
[1] G.Hansell.Smoke Control In The 21th Century Fire Engineering 1996.56(3).25.
[2] 李华,万杰.咸阳国际机场T3A航站楼防火分区性能化设计[J].消防科学与技术,2011,30(8):687-690.
[3] 褚冠全,孙金华.人员疏散准备时间及其对火灾风险评估结果的影响[J].消防科学与技术,2005,5(3):102-105.
[4] 李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京：化学工业出版社,2005.
论文作者:包丽雅
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/8
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