第六节 计算分析及结果运用

第六节  计算分析及结果运用

        根据计算结果确定或者和修改完善设计，对于上述火灾场景下能否达到设定的设计目标进行分析评价。若设计不能满足设定的消防安全目标或低于规范规定的性能水平，则需要对其进行修改与完善，并重新进行评估，直至其满足设定的消防安全目标为止。

        一、用于分析计算结果的判定指标

        （一）人员生命安全判定准则
        火灾对人员的危害主要来源于火灾产生的烟气，主要表现在烟气的热作用和毒性方面，另外对于疏散而言烟气的能见度也是一个重要的影响因素。所以在分析火灾对疏散的影响时，一般从温度、毒性气体的浓度、能见度等方面进行讨论。通常情况下人员疏散安全判据指标如下表4-3-14所示：

        （二）防止火灾蔓延扩大判定准则
        为减少火灾时财产损失和降低对工作运营的影响，消防设计主要是通过采用一系列消防安全措施，控制火灾的大面积蔓延。造成火灾蔓延的因素很多，如飞火、热对流、热辐射等。对于相邻建筑物之间的火灾蔓延，防火设计规范通过要求一定的防火间距来进行控制，而对于同一防火分区内的火灾蔓延则没有明确的规定。在性能化的分析中，不论是同一防火分区内的火灾蔓延，还是相邻建筑物之间的火灾蔓延，都是在一定的设定火灾规模下通过控制可燃物间距，或在一定间距条件下控制火灾的规模等方式来防止火灾的蔓延。性能化分析中通常采用辐射热分析方法来分析火灾蔓延情况。
        火灾发生时，火源对周围将产生热辐射和热对流，火源周围的可燃物在热辐射和热对流的作用下温度会逐渐升高，当达到其点燃温度时可能会发生燃烧，导致火灾的蔓延。
        根据澳大利亚建筑规范协会出版的《防火安全工程指南》提供的资料，在火灾通过辐射蔓延的设计中，当被引燃物是很薄很轻的窗帘、松散地堆放的报纸等非常容易被点燃的物品时，临界辐射强度可取10kW/m²；当被引燃物是带软垫的家具等一般物品时，其临界辐射强度可取20kW/m²；对于厚度为5cm或更厚的木板等很难被引燃的物品，其临界辐射强度可取40kW/m²。如果不能确定可燃物的性质，为了安全起见，其临界辐射强度取10kW/ m²。
       （三）钢结构防火保护判定准则
        火灾下钢结构破坏判定准则可分为构件和结构两个层次，分别对应局部构件破坏和整体结构破坏。一般来说，其判定准则有下列三种形式：
        （1）在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力R_d应不小于各种作用所产生的组合效应S_m，即：
        R_d≥S_m                                                           （4-3-12）
        （2）在各种作用效应组合下，结构或构件的耐火时间t_d应不小于规定的结构或构件的耐火极限t_m，即：

        t_d≥t_m                                                             （4-3-12）
        （3）火灾下，结构极限状态时的临界温度T_d应不小于在规定的耐火时间内结构所经历的最高温度T_m，即：

        T_d≥T_m                                                           （4-3-14）
        上述三个要求本质上是等效的，进行结构抗火设计时，满足其一即可。
        如采用临界温度法验证钢结构防火安全性，判定指标可采用日本“耐火安全检证法”提供的临界温度指标，即T_d =325℃。

        二、计算结果分析

        （一）烟气模拟分析
        烟气模拟分析需要首先在软件中输入计算参数，一般火灾模拟需要输入的参数包括：模型场景物理模型、边界条件、定义火源、定义消防系统。
        烟气模拟分析可以得到烟气运动规律和模拟空间的环境参数指标，经常用到的参数包括：烟气的温度、烟气的能见度、烟气的毒性、气体流速、辐射强度。
        （二）疏散模拟分析
        疏散模拟分析需要首先在软件中输入计算参数，一般疏散模拟需要输入的参数包括：人员疏散空间模型、人员特性、流量系数、边界层宽度。
        人员疏散分析可以得到人员疏散的状态，包括：人员疏散行动时间、最小行走路径、疏散出口拥堵情况、出口利用的有效性。

        三、计算结果应用

        计算结果可以用于判定所设置的安全目标是否可以实现，如下以人员安全疏散为例进行说明。
        保证人员安全疏散是建筑防火设计中的一个重要的安全目标，人员安全疏散即建筑物内发生火灾时整个建筑系统（包括消防系统）能够为建筑中的所有人员提供足够的时间疏散到安全的地点，整个疏散过程中不应受到火灾的危害。
        如果建筑的使用者撤离到安全地带所花的时间（t_RSET）小于火势发展到超出人体耐受极限的时间（t_ASET），则表明达到人员生命安全的要求。即保证安全疏散的判定准则为：
              t_RSET + T_S ＜ t_ASET                                         （4-3-15）                              
        其中：t_RSET——疏散所需要的时间；
        T_S ——安全裕度，即防火设计为疏散人员所提供的安全余量；
        t_ASET——开始出现人体不可忍受情况的时间，也称可用疏散时间或危险来临时间。

        疏散所需时间t_RSET（或以t_escape表示），即建筑中人员从疏散开始至全部人员疏散到安全区域所需要的时间。疏散过程大致可分为感知火灾、疏散行动准备、疏散行动、到达安全区域等几个阶段。
        危险到来时间t_ASET（或以t_risk表示），即疏散人员开始出现生理或心理不可忍受情况的时间。一般情况下，火灾烟气是影响人员疏散的最主要因素，常常以烟气降下一定高度或浓度超标的时间作为危险来临时间。
        下面对某一地下机械停车库应用案例进行分析。
        （一）烟气流动模拟分析
        停车库采取机械排烟方式。车库内不划分防烟分区。机械排烟量按每小时6次换气确定并考虑1.5倍的安全余量，所需机械排烟量不应小于7.5×10⁴m³/h。采取机械补风方式，低位补风，机械补风量不应小于排烟量的1/2。
        为验证上述排烟方案能否满足所有火灾情况下排烟要求，报告利用火灾动力学软件pyrosim2012对地下机械停车库防排烟效果进行模拟，给出验证结果和模拟结论，建立模型如图4-3-6所示。

        地下六层小汽车火灾，自动灭火系统和排烟系统有效，设计最大热释放速率1.5MW“快速t平方火”模拟时段为1200s。
        模拟结果表明，排烟方案至少在271s为B1层人员安全疏散提供保证，至少在308s为B2层人员安全疏散提供保证，至少在357s为B3层人员安全疏散提供保证，至少在517s为B4层人员安全疏散提供保证，至少在638s为B5层人员安全疏散提供保证，至少在960s为B6层人员安全疏散提供保证。
        （二）人员疏散模拟分析
        该机械车库设置2部楼梯，可用总疏散宽度为1.8m。疏散人数按检修测试状态考虑，保守设置每层2人，共12人。
        对于发生火灾的封闭房间，则可采用日本“避难安全检证法”提供的房间疏散开始时间量化计算方法，其计算公式为：

 

        A_floor为建筑面积，本工程单层房间面积493 m²，计算得到疏散开始时间45s，考虑一定安全系数，取60s。
        利用Pathfinder软件模拟疏散行动时间。对B1层至B6层进行人员疏散整体模拟分析，可以看出：人员通过2部楼梯向上疏散至室外安全区，全部疏散至室外安全区域所需行动时间为62s。各楼层疏散行动时间如下表4-3-15所示。

 

        各区域人员疏散安全判断汇总见下表4-3-16。