火災荷載服裝批發(fā)商鋪危險程度分級

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摘要：選取北京市服裝批發(fā)商鋪為調研對象，基于火災荷載對其危險程度進行分級，旨在控制商鋪火災荷載，預防火災事故。統(tǒng)計200家商鋪火災荷載及其分布規(guī)律，測量15個防火分區(qū)的空間結構及布局的相關數(shù)據(jù)并分析規(guī)律，構建典型服裝批發(fā)商場建筑模型。運用FDS模擬各安全出口達到危險臨界狀態(tài)的時間，運用Evac模擬達到危險臨界時間的危害程度，即人員的未成功逃生人數(shù)，進而確定服裝批發(fā)商鋪火災危險等級。結果表明：Q＜5040MJ，為安全級別，未造成人員危害；5040MJ≤Q≤5328MJ，為I1級危險，造成1人以上、10人以下危害；Q＞5328MJ，為I2級危險，造成10人以上危害。

關鍵詞：火災荷載；服裝批發(fā)商鋪；火災危險等級；數(shù)值模擬

火災荷載是火災隱患和衡量火災危險性的重要指標。目前，服裝批發(fā)商鋪“以店代庫”的方式運營，增大了火災荷載，增加了火災危險性，致使該類場所火災事故頻繁發(fā)生。2012年，天津萊德商場發(fā)生火災，造成10人死亡，16人受傷。2013年，烏蘭察布市某商場發(fā)生火災事故，造成1人死亡。特別是該類場所具有人員數(shù)量多、密度大、流動性強等特點，會增大危害后果。因此，控制火災荷載，預防火災事故，具有重要意義。研究結果擬為安全疏散條件設定、防火設計、安全管理、安全標準化評審提供支持和借鑒。

1商鋪火災荷載及分布規(guī)律

北京市屬于特大城市，發(fā)生火災事故勢必影響范圍廣，形勢惡劣。因此，筆者選取北京市服裝批發(fā)商鋪為調研對象。北京市服裝批發(fā)市場主要集中在豐臺區(qū)、西城區(qū)、朝陽區(qū)，統(tǒng)計這3個區(qū)200家商鋪，包括10家商場，每家商場20家商鋪。分析商鋪火災荷載分布規(guī)律，得出火災荷載小于5000MJ的商鋪占52％，大于5000MJ的商鋪占48％。

2典型服裝批發(fā)商場模型構建

運用卷尺實地測量15個防火分區(qū)的面積、長與寬、商鋪面積、走廊間距、排煙凈高度、吊頂高度、隔斷高度、廣告牌高度、隔斷寬度等數(shù)據(jù)，運用Pyrosim構建與實際商場布局接近的典型模型，構建防火分區(qū)面積4940m2；長與寬比例1．3∶1；長80m、寬62m；走廊間距2．4m；吊頂高度（排煙凈高度）3．5m；隔斷高度2．8m；廣告牌高度0．6m；隔斷材質為飾面型防火木板；吊頂材質為石膏板；商鋪面積為7．2m2，“寬×長”為2．4m×3m。通過實地調研，發(fā)現(xiàn)很多防火分區(qū)的安全疏散距離大多接近50m，不滿足GB50016－2006《建筑設計防火規(guī)范》要求，主要由后天人為改造或者安全出口常年關閉導致，因此筆者構建最大安全疏散距離50m，符合現(xiàn)場實際情況。安全疏散出口寬度為16．8m，其位置及各出口寬度、高度用坐標表示：Exit1｛x（0．0，0．0），y（16．5，21．0），z（0．0，2．4）｝；Exit2｛x（0．0，0．0），y（41．0，45．5），z（0．0，2．4）｝；Exit3｛x（57．2，62．0），y（0．0，0．0），z（0．0，2．4）｝；Exit4｛x（59．0，62．0），y（62．0，62．0），z（0．0，2．4）｝。其二維平面圖如圖1所示。

3火災場景模擬設置

3．1危險臨界指標選取

煙氣層界面位于人眼特征高度，可作為判定火災危險的臨界指標。通常，人眼的特征高度為1．2～1．8m，亞洲人為1．5m。影響人體耐受極限的因素主要有：煙氣的遮旋光性（能見度）、高溫性、毒性等。（1）遮旋光性。煙氣具有一定的遮旋光性，是由于火災煙氣中含有大量固態(tài)和液態(tài)微粒，降低建筑物中的可見度。煙氣對人員生命安全的影響包括生理影響和心理影響，能見度極低的情況下易使人產生恐懼與驚慌，影響疏散人員尋找出路并做出正確的判斷。澳大利亞《消防工程師指南》給出適用于小空間和大空間的最低能見度，見表1所示。筆者研究對象為大空間建筑，能見度10m，為危險臨界值。（2）高溫性。燃燒產生煙氣帶有很大熱量，煙氣的高溫性對人體呼吸系統(tǒng)、皮膚黏膜、眼睛等造成嚴重傷害，隨著火場溫度上升，最終達到人不能承受的溫度。研究表明，煙氣層高于人眼特征高度，熱輻射對人員造成嚴重傷害，煙氣溫度達到200℃時人的忍受時間為3min，為危險臨界狀態(tài)。煙氣層降至與人直接接觸的高度造成人員直接燒傷，煙氣溫度達到100℃時為危險臨界狀態(tài)。（3）毒性。煙氣中含有大量未完全燃燒的組分，這些沒有完全燃燒的組分很多都含有毒性，如CO、HCl、CO2、HCN等。通常采用CO作為衡量煙氣毒害性的指標。CO含量達到2．5kg／m3時，即達到危險臨界狀態(tài)。

3．2網(wǎng)格尺寸選取

為確保數(shù)值模擬結果的準確性，選取3種網(wǎng)格形式，0．34m×0．34m×0．34m；0．41m×0．41m×0．41m；0．51m×0．51m×0．51m，選取能見度指標對模擬時間及精度進行對比分析。模擬精度對比分析如下：0．34m×0．34m×0．34m和0．41m×0．41m×0．41m網(wǎng)格，Exit1和Exit2達到危險臨界的時間均為206s。0．51m×0．51m×0．51m網(wǎng)格，Exit1和Exit2達到危險臨界狀態(tài)的時間為237s。綜合考慮模擬時間和模擬精度，對于80m×62m×3．5m的防火分區(qū)，將網(wǎng)格劃分為：0．41m×0．41m×0．41m，共270000個網(wǎng)格。在平衡模擬時間的前提下，確保分析數(shù)據(jù)的準確性。

3．3火源位置選取

考慮最不利原則，設計火源位置。商鋪火災荷載值相同時，離安全出口疏散距離最遠的商鋪位置，為著火后最危險及最不利于人員逃生的位置。筆者選取離4個安全出口疏散距離均最遠的商鋪位置為火源位置。如圖1所示，用深色部分標注的商鋪為火源位置。

3．4火災場景設計

火源位置相同，火災荷載不同，產生的最大熱釋放速率不同，即火災發(fā)展特性和危害程度不同。筆者設計幾種火災場景，如表2所示。其中，可燃物以纖維類服裝（聚酯纖維）為例，環(huán)境為1個標準大氣壓，溫度20℃，噴淋、排煙失效。噴淋排煙失效為火災發(fā)生后的最不利情況，筆者設計的最不利火災場景具有典型代表性。1．5m高度處設置煙氣能見度、CO質量濃度、溫度的橫向切片；2m高度處設置溫度橫向切片，探測安全出口的危險臨界時間。

3．5火災危險等級劃分依據(jù)

參考火災等級劃分標準，依據(jù)設計的火災場景，運用FDS＋Evac數(shù)值模擬，分析商鋪火災荷載不同時，火災到達危險臨界狀態(tài)的時間Ta以及危害程度N（受到危害的人數(shù)）。依據(jù)危害程度的大小劃分商鋪的危險等級，見表3所示。

3．6模擬結果

運用FDS模擬火災，模擬時間設為300s。通常min｛能見度危險時間、溫度危險時間、CO危險時間｝為危險臨界時間。通過模擬結果得知，CO濃度和溫度達到危險臨界值的時間均大于300s，只有煙氣能見度達到危險臨界值的時間小于300s。因此，煙氣能見度為該類場所判斷危險臨界時間的判據(jù)。表4為各火災場景下各出口達到危險臨界狀態(tài)的時間。

4人員疏散模擬

安全疏散準則是指發(fā)生火災時，煙氣沒有達到危害人員生命狀態(tài)前，建筑空間內人員全部逃生到安全區(qū)域。查閱相關資料，取火災報警時間60s，一個防火分區(qū)人員疏散的行動時間10s。通過Evac人員疏散模擬，得到不同火災場景下各安全出口達到危險臨界狀態(tài)時，未能成功逃生的人數(shù)。

4．1人員特性設置

（1）人員荷載確定。根據(jù)GB50016－2006《建筑設計防火規(guī)范》5．3．17條規(guī)定，商店的疏散人數(shù)應該按每層營業(yè)廳建筑面積乘以面積折算值和疏散人數(shù)換算系數(shù)計算。地上商店的面積折算值宜為50％～70％，疏散人數(shù)的換算系數(shù)見表5。該防火分區(qū)的面積為4940m2，綜合考慮服裝批發(fā)商場服裝分布特點，面積折算值取0．6?；诒Ｊ乜紤]，疏散人數(shù)換算系數(shù)取最大值0．85。根據(jù)調研情況統(tǒng)計人員構成比例，男性占20％，女性占80％。人員荷載：4940×0．6×0．85＝2519；男性：2519×20％＝503；女性：2519×80％＝2016。（2）人員尺寸特征確定。根據(jù)GB10000－88《中國成年人人體尺寸》，18～60歲男性的最大肩寬99％分位數(shù)時為486mm，胸寬99％分位數(shù)時為331mm。18～55歲女性的最大肩寬99％分位數(shù)時為458mm，胸寬99％分位數(shù)時為319mm。（3）人員疏散速度確定。人員行走速度受多種因素影響，根據(jù)大量資料統(tǒng)計人員行走速度，見表6所示。

4．2模擬結果分析

通過Evac人員逃生模擬分析可得到出口的逃生人數(shù)，進而計算危害人數(shù)。每組場景模擬10次，將10次危害人數(shù)求取平均值，使模擬結果更精確。通過模擬分析得知六組場景危害人數(shù)，如表7所示。依據(jù)表3劃分的火災危險等級，得到服裝批發(fā)商鋪火災危險等級，如表8所示。5結論服裝批發(fā)商鋪火災危險等級劃分結果為：Q＜5040MJ，安全級別，未造成人員危害；5040MJ≤Q≤5328MJ，I1級危險，造成1人以上，10人以下危害；Q＞5328MJ，I2級危險，造成10人以上危害。然而，火災荷載小于5000MJ的商鋪占52％，大于5000MJ的商鋪占48％。即處于安全等級的服裝批發(fā)商鋪只占52％，相當大一部分商鋪發(fā)生火災會造成人員危害。研究結果適用于與筆者構建商場布局相接近的服裝批發(fā)商場，針對此類場所提出以下建議：（1）動態(tài)監(jiān)控商鋪火災荷載，控制在5040MJ范圍內；（2）將火災荷載這一定量判定火災隱患的指標納入標準、條文中，為安全生產標準化評審人員增添一項評審指標，利用強制性的手段，要求商場安全管理人員開展日常安全檢查，將商鋪火災荷載控制在最佳范圍內；（3）建立北京市服裝批發(fā)商鋪火災荷載數(shù)據(jù)庫，基于火災荷載分布規(guī)律，進行該類場所性能化防火設計；（4）加強人員安全教育，大力宣傳控制火災荷載的重要意義。

作者:謝丹 王勇毅 單位:首都經濟貿易大學安全與環(huán)境工程學院