摘要：现存养老福利机构普遍存在消防安全隐患。本文以某市社会福利中心老年公寓楼为例，讨论其典型房间结构布置特点及火灾荷载分布，并通过数值模拟，定量评估了边界条件对着火房间火灾发展的影响，提出了感烟探测器的布置建议。
关键词：火灾烟气；老年公寓楼；感烟探测器；数值模拟
1 引言
当下，我国正加速进入老龄化社会。根据国际规定，65周岁以上人口比例占14%时，即进入深度老龄化社会[1]。而近年来，我国政府也在鼓励各种力量的参与建设养老院、敬老院等大批福利机构。养老院等福利机构的大量建造和投入使用，也伴随着各类火灾的频繁发生。2011年，澳大利亚贵格会山（Quakers Hill）疗养院火灾是一次恶劣的纵火事故，导致21人丧生，我国2015年河南鲁山养老院由于电线接触不良引发火灾事故，造成39人死亡、6人受伤。这些惨痛的事故暴露出养老福利建筑存在的众多火灾隐患。目前，国内外针对养老院结构建筑的火灾研究有限，且主要集中在火灾危险性和消防设计措施的初步探讨上，研究手段单一，而对于这类特定建筑的火灾发生发展基本规律的研究匮乏。本文将通过具体案例，详细分析养老院公寓建筑的典型房间结构布置特点及其火灾荷载分布，并依托火灾数值模拟方法，对火灾风险进行定量研究，最后对该类建筑的消防改造提出建议。
2 养老院建筑的火灾隐患
（1）建筑耐火等级低
我国很多养老机构为老旧砖木结构单层建筑的改造后投入使用的，破损严重、屋脊开裂的现象普遍存在，这类建筑很多在城市郊区，与消防站距离远，而建筑内部装修则大量采用可燃材料。
（2）消防设施、器材缺乏
养老院建筑由于来源于改建，大多在设计初未充分考虑消防安全问题，消防通道、消防安全间距、灭火器、探测器等方面存在严重缺陷。此外，疏散楼梯数量不足、日常管理不重视，加上老年人安全意识薄弱，火灾下行动能力不便，极易发生群死群伤的事故。
（3）可燃物集中
较多养老院火灾案例中，火源均来自于衣服、棉被、床垫、枕头等用品。这类用品的材料，如锦纶、涤纶、化纤混纺、绸、棉、麻织物以及普通泡沫垫、人造棉、天然棉絮等，未经过阻燃处理，加上老年公寓内房间面积有限，堆叠在一起，形成很高的火灾荷载。
（4）消防管理和宣传薄弱
很多养老福利机构由于经费制约，聘请没有经过专业消防安全培训的人员来负责日常管理工作，没有对老年人进行足够的安全培训，消防安全管理更是缺乏。加上老年人年纪偏大，接受新知识的能力下降，导致消防安全防范意识较差。部分老年人有在床上抽烟、随手扔烟头、长期通电的习惯，这些都为火灾的孕育和发展埋下了隐患。
3 养老院建筑典型房间结构布置及火灾荷载分析
本文以某市社会福利中心老年公寓楼为例，讨论其典型房间结构布置特点及其火灾荷载分布，并通过数值模拟，定量评估火灾风险。
该建筑为砖混结构，共4层，耐火等级为一级，共有床位400张，分双人间和多人间，内有木头床、海绵垫子、被子、彩电、空调、壁柜、窗帘等可燃物。
该公寓楼为多层多室结构，典型的走廊-房间结构。公寓楼为四层建筑，每一层结构基本相同，包括走廊南北两侧共24间房间和走廊两端的大客厅和小客厅结构。上下楼层间通过东、西两部楼梯和东侧一部垂梯连通。初步可见，该公寓楼房间较多，东、西两部楼梯需要承担较繁重的疏散任务。而由于使用功能单一，房间火灾荷载分布基本类似。
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图1典型房间结构
图 1为该老年公寓内的典型房间布局。房间净尺寸为4.5m×7.4m，高2.5m，房间用墙体隔开形成 2.7m×2.7m的卫生间，卫生间内的高度为 2.2m。整个房间内开口为房间通向走廊、阳台的外门、卫生间门、外窗。房间内的可燃物全部为固定火灾荷载，包括：两张2m×1.5m 的单人床、床头柜、电视柜、衣柜等家具及液晶电视、空调等家电。研究发现，火灾在快速发展及充分燃烧阶段期间，其热释放速率大多按指数增长。国内外研究表明，火灾增长及充分发展阶段，热释放速率多按指数增长规律。火灾研究及工程应用中，一般采用 t2 模型描述火灾变化规律。根据NFPA 204M《排烟、排热标准》（Standard of Smoke and Heat Venting 2002）[2]中，增长因子 α 值确定四种标准 t2 火灾：分别为慢速、中速、快速和超快速等四种类型，如表1所示。
表1 不同火灾发展级别的α参考值
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将房间内衣柜、电视为慢速火，床头柜、电视柜为中速火。稳定后的热释放速率，依据 SFPE handbook[3]和相关文献，可近似确定为：床头柜、电视柜 64.5kW/m2，衣柜 60kW/m2，电视 267kW/m2。
4 养老院建筑典型房间火灾数值模拟分析
前文在探讨老年公寓楼内火灾风险的同时，确定了房间内的火灾荷载分布及火灾增长类型，该部分采用美国NIST开发的计算流体力学工具FDS，对该类房间火灾的发生发展规律进行数值模拟。由于公寓用火用电方式多样，很难确定具有普遍意义的火灾场景。本文忽视初期引燃方式，将火源设置为靠近卫生间一侧的床垫火灾，热释放速率根据SFPE手册[3]的全尺寸实验结果设置。网格尺寸根据 FDS 技术手册第三部分计算确定，为0.08m×0.08m×0.08m，网格总数197，880。计算考虑本章考虑四种不同的火灾场景：a.工况一：房间通向走道门、通向阳台的门、窗均开启；b.工况二：房间通向走道门、通向阳台的门、窗均关闭，即封闭空间；c.工况三：房间通向走道门开启、通向阳台的门、窗均关闭；d.工况四：房间通向走道门关闭、通向阳台的门、窗均开启。
工况一和工况四中，房间开口面积较大，形成稳定的气流交换，氧气供应充足，为燃料控制型火灾，整体发展趋势和床垫火基本一致，并且随着火势的发展，室内的其他可燃物也被引燃，最高热释放速率达到 3.5MW。工况二为完全封闭房间，缺乏新鲜空气的供应，400s左右火势完全熄灭，是通风控制型火灾。工况三仅开启房间通向走廊门，开口面积小，火势发展受到开口的影响，总体热释放速率没有工况一、四高，也是通风控制型火灾。由此可见，四种工况下，一和四具有最大的火灾危险性，工况三次之，工况二最小。
5 结论
我国加速进入老龄化社会的现状，凸显出养老福利机构的重要性。而这类建筑在消防设施配备、安全管理、居住人群特点等多方面存在消防安全隐患和风险。本文以某市社会福利中心老年公寓楼为例，讨论了这类建筑的典型结构布置特点，初步定量了房间内的火灾荷载分布，并通过数值模拟，发现：边界条件的差异对着火房间内火灾热释放速率的发展影响大，当房间开口面积大，形成稳定的气流交换，为燃料控制型火灾；仅开启走道门或完全封闭时，由于缺乏新鲜空气的供应，为通风控制型。但烟感的探测报警时间主要受布置位置的影响。
因此，为了“补齐”养老建筑消防配备先天不足的“短板”，需要我们科学、合理地进行消防改造，落实《关于积极推动发挥独立式感烟火灾探测报警器火灾防控作用的指导意见》（公消〔2015〕289 号）。
参考文献：
[1]杨发祥，李卓航.深度老龄化背景下机构养老服务的结构性瓶颈——以上海市为例 [J].华东理工大学学报（社会科学版），2014，04）：106-16.
[2]NFPA N.204m-Guide for Smoke and Heat Venting [J].National Fire Protection Association，1995，995
[3]HURLEY M J，GOTTUK D T，HALL JR J R，et al.SFPE handbook of fire protection engineering [M].Springer，2015.
论文作者:刘海舰1,张文修2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：火灾论文; 房间论文; 工况论文; 养老院论文; 建筑论文; 荷载论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第29期论文;