复杂多功能区域人员疏散性能优化设计方案探讨 优秀专业论文.docx

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1、复杂多功能区域人员疏散性能优化设计方案探讨摘要：针对复杂多功能区域建筑物火灾消防问题，设定了最不利疏散条件和火灾演变过程处于最快速、最猛烈的不利情况的火灾模拟场景。根据火灾烟气危险状态判据临界值，结合美国NIST研发的CFAST3.1.7复杂多功能区域火灾消防疏散性能模拟软件，模拟预测超市二楼商业区火灾烟流运动特性数据，计算出该商业区的人员逃生可用安全疏散时间（ASET）,进而为消防疏散方案设计人员提供重要数据依据，便于其结合工程实际情况进行消防方案优化改进，确保商业区人员在火灾事故时，具备较高安全疏散系统设施和足够安全疏散时间。关键词：复杂多功能区域；人员疏散；模拟预测；优化设计。序言近年来

2、，随着城市现代化、商业化进程的进一步加快，各种形式的多功能商业建筑群发展非常迅猛，经营类型和规模也在进一步扩大，由此带来的复杂多功能建筑安全问题日趋严峻。若复杂多功能大型建筑群发生重大突发性安全事故（如：火灾、爆炸、暴乱、人员拥挤踩踏等），不仅会造出巨大的经济损失，同时还会给事故现场的相关人员人身财产带来较大的威胁，甚至出现严重的人员伤亡事故，成为社会不稳定的重要因素。复杂多功能建筑群具有建筑面积大、建筑规模大、建筑层数多、建筑内部要求视通效果高、商业运营环境较为复杂等特点,建筑物室内防火分区和短时疏散人数较多，如何就复杂多功能区域人员安全疏散问题进行分析研究，已成为当今城市消防工作人员研究的

3、重要课题之一。1影响复杂多功能区域人员安全疏散的因素在人员高度聚集的复杂多功能区域，一旦发生火灾等紧急情况，如果相应安防辅助设施设置不当，极易因疏散行为或应急策略采取不当造成大面积拥挤踩踏事故，群死群伤将会带来巨大的社会经济损失。据国内外建筑火灾一些统计资料表明，由于多功能商业区人员流动性较大且人员聚集较多，加上一些商业区安防技术较为落后，由于火灾引起群死群伤等特大事故时有发生，其中80%以上的火灾事故与消防安全疏散系统配置和设置不当等有着直接关系，如：1972年5月13日，日本大阪市千日百货大楼发生一起特大火灾师傅，死亡118人，伤4人,死亡人种有93人是因为中毒、窒息等原因致死，占死亡人数

4、的81.6%； 2000年12月25日，河南省洛阳市东都商厦发生一起特大火灾事故，死亡309人，伤7人，造成直接经济损失约275万元；2008年9月20日，深圳市龙岗区龙岗街道龙东社区舞王俱乐部发生一起特大火灾，死亡43人，伤88人。上述惨重的特大火灾伤亡事故，主要与建筑物内部不完善的安全疏散设施、环境等因素有关。保证建筑物室内众多人员在特发火灾事故的情况下，能够安全有序进行疏散，是一个涉及到建筑物功能结构、火灾演变过程、以及人员疏散行为等因素的复杂系统问题。其中，火灾在演变过程中，所产生的热和烟是对人员安全有序疏散影响最大的两个基本因素。很多研究学者花了大量的时间，对复杂多功能区域火灾事故对

5、室内人员疏散行为进行了系统研究，也获得了较多研究成果，其中工程中普遍公认的火灾特性对人员疏散行为的影响关系，详见图1所示：图1火灾特性对人员疏散行为的影响从图1可知，烟气和高温作用对人员疏散性能影响非常大。火灾发生时会产生烟气（有毒有害气体、无毒气体、烟尘等），当建筑物室内人员在逃生过程中,吸入有毒气体及大量烟尘昏迷后就会窒息致死。另外，火灾过程中燃烧释放的大量热量，会加速烟气的热对流，进而影响逃生人员的正常呼吸和决策的正常判断。2复杂多功能区域安全疏散优化设计安全性较高的复杂多功能区域防护优化设计，是建筑防火设计研究的重要内容，即通过消防方案的优化搭配，设计出满足建筑物及内部消防设施具有较高

6、防护性能的综合方案，实现建筑区预期的安全防火目标。在建筑防护系统优化设计过程中，要充分结合建筑物面积、结构、功能、以及内部可燃物等相关基础资料,运用工程逻辑分析学方法，结合消防相关规范规程，设计出科学合理、切实可行的复杂多功能建筑最优方案。与针对火灾而设置消防设施的被动防火体系相比，主动安全疏散优化设计，更注重火灾发生过程中人员安全疏散环境与灭火救援措施人员不受或尽量少受火灾烟气的影响，达到主动预防、控制等优化设计目的，即按照建筑火灾消防规范要求，达到无困难、无危险地较人员安全有序疏散到安全场所。从图1中火灾对人员疏散的影响因素来看，在安全疏散优化设计过程中,要确保建筑物室内人员不应受到火灾演

7、变过程中产生的烟气和火焰热等侵害；要确保建筑物室内任何部位有安全疏散通道，即从建筑的任何一点至少应设置一条可以通向最终安全场所的安全性较高的疏散通道；要有明确的疏散指示，确保不熟悉建筑物内部结构人员，能够在短时间内找到逃生路线，找到通往安全场所的安全疏散通道；要经计算机监控系统自动分析判断，制定高效可靠的疏散决策方案，经现场消防指示疏散人员进行有序疏散，确保门和其它建筑物连接部位不出现过度滞留或排队现象。在负责多工区区域安全疏散优化设计过程中，由于建筑结构和功能相当复杂，很难获得任何部位均满足上述要求的最优疏散设计方案，也就是说当设计方案中绝大部分在采取对应工程设施和技术措施的基础上，能够满足

8、上述各项技术要求时，即使方案中存在很少一部分在某些方面不满足要求，也可以认为该疏散优化方案是科学合理的，能够满足工程实际火灾消防应用需求。3安全疏散优化设计案例分析3.1 工程概况某大型商业大厦，包括地下12层停车场、地面13层超市、地面48层是办公区、9层以上家庭住宅，总建筑面积为23160n,建筑高度为51m。其中,地上13层超市商业区，其建筑面积为4500m2；顶棚高度为5.6 m,建筑物室内顶棚和墙壁均采用石膏板，地面为普通水泥板。3.2 火源发生部位及强度设定火源发生部位设定：假定二层超市区由于电线电缆发生短路引起火灾。当火灾发生初期，按照火灾演变规律和超市中物品的易燃性，用t2快速

9、火来表示。整个优化设计过程，以火灾不断加剧到达系统设置最大热释放速率时，获得对应的结果即作为优化设计的主要参考依据。初始设定数据位：释热速率中由对流热引起占75%,由辐射热引言占25%。其中室内外初始温度均设置为T=20；室内压力设置为基本大气压；火灾排烟系统按照自然填充模式进行设置。火灾发生过程中，烟气对人的直接危害主要表现在高温、遮光、烟气三个方面。从大量工程实践研究成果可知，为了简化火灾分析模型，可以利用上述三个特征参数给出火灾演变过程中的烟流危险状态等级，即用临界值作为区域火灾烟气是否达到危险状态的主要判据，即：烟气临界温度为78；空气中窒息气体CO2临界含量浓度为0.046 kg.k

10、gZ有毒CO气体的临界含量浓度为0.0027kg.kgL在疏散性优化设计过程中，当上述三个条件中的任一条件超过设定临界值时，即可以判定区域人员存在不安全威胁。根据测试数据结果就可以计算出着火时刻起到达到临界温度时的可用实践，即疏散人员可用安全疏散时间（ASET）,这样就可以给火灾消防优化设计人员提供重要数据资料。3.3 疏散性能模拟分析模型由于二层商业区中经营着手机、服装等易燃武平，其发生火灾的概率相对较高，火灾促燃无聊较多，发生火灾事故后火势蔓延速度较快，可以产生大量的烟气和热量。因此，在进行火灾分析过程中，选择二层商业区为起火场所。二层商业区平面如图2所示:楼梯BINII:校产A：l I柜

11、M |柜自|柜台| |柜台|I柜台I2 1 I柜台I I柜台I I柜台I I柜台I1 I柜台I I柜台I I柜,I柜台I圉 l ll ll _d楼梯c I柜台I I柜台I国口 口二图2二层商业区平面布置图从二层商业区平面布置图可知，当该区域发生火灾事故时，H点在起火后疏散电梯正处于火势区，疏散楼梯D将不被使用，也就是说H点是整个平面区域中火灾预防最不利区，因此，为了分析该层发生火灾的最不利疏散情况，选择最不利H点作为起火点与实际方案优化设计较为贴近。二层商业区域内，在H点发生火灾时只能从ABC三个楼梯进行应急疏散，其具体逃生路线如图2中箭头所示。3.4 模拟计算分析在工程实际应用中，确定复杂多

12、功能区域建筑物火灾疏散性能中，应用较为的模拟方法包括直接火灾案例分析和计算机模拟仿真两种方法。直接火灾案例分析方法需要实际模拟相应火灾现场，投资较大，不利于方案的优化比较。而计算机模拟仿真，以图示化动态图像进行模拟仿真，能够按照建筑物防火消防功能参数需求进行动态调节，投资较省且操作较为便捷。本文采用火灾消防工程中常用的美国NIST研发的CFAST3.1.7复杂多功能区域火灾消防疏散性能模拟软件来进行模拟计算分析。按照图1结构和3.2中基本特性进行软件模拟仿真结构和相关参数设置后，通过模拟仿真，获得二层商业区火灾事故时火灾烟气扩散、烟气温度等波动曲线，详见图3和图4所示：图3烟气温度随火灾演变波

13、动图图4烟气层高度随火灾演变波动图从图3和图4模拟仿真结果可知，在火灾发生后153.2s处，商业区内的烟气层温度为401 K (128),此时烟气层高度为4.6m,也就是说153.2s时,烟气温度还没有完全形成对商业区人员造成危害的环境条件。而当火灾发生后418s时，烟气层温度已达到对商业区人员造成危害的温度453 K (180C),也就是说大约要经过265。而烟气层高度要下降到2.1m时，所需时间为418s。从模拟测试数据来看，该超市具有非常良好的疏散能力，而在消防喷淋系统失效等不利工况条件下，二楼防火分区其防火能力依然超出建筑设计规范中的2500m2建筑平面规定的安全疏散设计值。另外，从图

14、4可以看出，在火灾演变发展过程中，烟气层高度变化曲线较平滑，也就是二层商业区建筑结构自身具有较为良好的蓄烟能力。从图3可知，当火灾发生后492s时，整个区域烟气层温度达到最高区域火灾温度极高值806K (533),也就是说二楼商业区一旦发生火灾事故，其火势蔓延燃烧非常剧烈，容易发生短时轰然现象，造成重大财产烧毁损失，这与二楼商业区所经营的物品材料完全匹配。因此，应加强初期火灾的扑救工作。以上分析均是在商业区发生火灾处于最不利环境条件下的模拟结果，也就是在讨论是整个二次商业区处于最不利疏散条件和火灾演变过程处于最快速、最猛烈的不利情况下进行的模拟仿真。在实际消防方案优化设计过程中，为了节约消防系

15、统综合投资成本，可以适当考虑利用增设疏散指示标识、增强职工消防安全培训教育等管理措施，降低消防系统的某些技术特性，也可以满足二层商业区火灾事故发生时的疏散性能要求，达到节约成本提高消防系统构建经济效益的目的。4结束语在复杂多功能区域建筑物中，一方面应采取各种模拟仿真措施来给疏散方案提供重要的数据信息，完善应急消防系统和疏散引导设施的设置，设计出与工程相匹配的疏散引导优化方案。另一方面，则应定期有计划的组织火灾事故应急疏散演习，增加复杂区域工作人员紧急事故应急处理技能经验和威胁辨识水平，尤其要重视对复杂区域应急指挥工作人员的综合技能水平培训I,努力培养工作人员指导其它人员应急安全疏散，有效提高复杂功能区人员在紧急情况下的安全可靠疏散意识和能力。参考文献|1|王厚华，刘希臣，张明.建筑物火灾烟流特性预测系统的研究进展(下)J.暖通空调，2008, 38(8): 4.2马莉莉.建筑消防过程中人员安全疏散问题的计算机模拟研究D.武汉:武汉大学.2004.3范维澄，孙金香,陆守香.火灾风