张爱然，毕竞松，崔怡琳，谢欣彧

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

近年来我国高校宿舍火灾事故发生较多，而火灾一旦发生最直接的受害者是学生，同时不仅对家庭、学校成伤害，还给国家、社会带来较大的负面影响，加强高校防火工作已成为一项艰巨而重要的任务。高校宿舍楼人口密度大，着火点和可燃物具有不确定性，在现实中模拟宿舍火灾比较困难，所以选用FDS 软件模拟火灾发生情景具有一定的研究价值。在火灾发生时，人员如何能在高温和能见度差的火场中迅速撤离到安全的地方，也是急需解决的问题[1-2]。本文以山西大同大学某女生宿舍楼为参考，用Pyrosim 软件建立模型并进行数值模拟，研究火灾危险时间并提出相应安全措施。

1 模型建立

根据对山西大同大学宿舍楼的实地测量，相关数据如下：

（1）宿舍楼长73.8 m，宽13.6 m，高9 m；一层27个房间，二层和三层各29个房间。

（2）楼道宽2 m；楼梯宽1.8 m，每层对称设置；只有东侧大门开放，可供逃生，大门宽4 m。

（3）房间长5 m，宽4 m，高3 m；门高2 m，宽1 m；每个房间3 组床，长2 m，宽1 m；书柜长1.4 m，宽0.4 m，高1 m；窗户高1.2 m，宽1 m。

根据研究目的对模型网格进行设计，网格大小为1 m×1 m×1 m，网格单元数量为9 324个。

宿舍楼模型及设定的三种火灾场景，见图1。不同燃烧房间通风口情况，见图2。

图1 着火房间示意图

图2 不同燃烧房间通风口情况

2 宿舍楼火灾模拟分析

2.1 参数确定

各项Pyrosim软件模拟参数[3-10]确定如下：

（1）燃烧物设定：假设房间内火灾是由电线短路引起，并引发宿舍书柜的书籍燃烧，火灾热释放速率为260 kW/m2。底层、中部宿舍房间燃烧面积为6 m2，底层楼梯间燃烧面积9 m2。

（2）通风情况：各通风口交换速率为1。

（3）消防设备情况：宿舍楼每层楼梯口对面设置有消防箱，无火灾探测设备和喷水灭火装置。

（4）温度情况：室内温度20 ℃，环境压力为101.325 kPa。

（5）人体对对流热的耐受极限，见表1。此次研究选择60 ℃作为人体耐受极限。

表1 人体对对流热的耐受时间

（6）火灾中允许的最小能见度，见表2。

表2 火灾中允许的最小能见度

（7）当逃生人员密度大于1 人/m2，疏散速度为1 m/s，楼梯疏散速度为0.6 m/s，通过走廊的时间最长为66 s，三楼人员通过楼梯的时间50 s，二楼人员通过楼梯的时间为25 s，通过大厅时间为6 s。综上所述，人员疏散时间122 s。

2.2 模拟结果及分析

选定三个着火地点，并在逃生人员在逃生过程中的必经路段和出口设置热电耦和路径遮蔽（光束）探测设备，测试火灾各阶段的温度和能见度，选择各个通道最短时间到达人体承受极限的图像输出进行分析。

2.2.1 底层宿舍着火情况

选择底层某个宿舍进行模拟，在底层宿舍设置燃烧物，在着火宿舍门口、着火宿舍楼道中部和出口各高于地板1.5 m 处设置热电耦，在宿舍门口、宿舍楼道中部和出口中部设置三个平行于z轴的光束探测设备。模拟数据如下：

（1）着火宿舍内人员反应滞后时间30 s，信息传递到底层的时间为60 s，底层非着火宿舍撤离时间最慢为180 s。由图3 可知，底层宿舍门口的温度在270 s 到达60 ℃，可见度在250 s 达到1.5 m 高度人员无法分辨方向的烟气温度，选择最短影响人员撤离的时间250 s 作为底层宿舍的火灾危险时间。火灾危险时间大于人员撤离时间，所以底层宿舍着火时底层人员可以安全撤离。

图3 底层宿舍着火大门口烟气和能见度分布

（2）信息传递到二层和三层的时间分别为120 s和180 s，二层、三层人员全部撤离需要300 s。由图4可知，底层楼梯口火灾危险时间为300 s。火灾危险时间小于人员撤离时间，所以底层宿舍着火时，三层人员不能全部安全撤离。

图4 底层宿舍着火一层楼梯口温度、能见度分布

2.2.2 底层楼梯间着火情况

选择最坏情况下，出口对面的楼梯间进行模拟，在底层楼梯间设置燃烧物，在最底层楼梯处、一楼楼梯口和出口各高于地板1 m 处设置热电耦，在一层楼道和出口中部设置三个平行于z轴的光束探测设备。模拟结果如下：

（1）底层楼梯间着火被发现的时间具有不确定性，燃烧物的烟气在100 s 弥漫底层距离楼梯间最近的四个宿舍，暂定100 s为火灾发现时间，信息传递到底层的时间为60 s，底层非着火宿舍撤离时间最慢为180 s，总滞留时间为340 s。由图5可知，可见度在200 s 达到1 m 高度人员无法分辨方向的烟气温度，选择最短影响人员撤离的时间200 s 作为底层宿舍的火灾危险时间。火灾危险时间小于人员撤离时间，人员不能安全撤离。

图5 底层楼梯间着火大门口烟气温度、能见度分布

（2）信息传递到二层和三次的时间分别为120 s和180 s，二层、三层人员全部撤离需要300 s，总滞留时间580 s。由图6可知，底层楼梯口火灾危险时间为240 s。火灾危险时间小于人员撤离时间，人员不能安全撤离。

图6 底层楼梯间着火一层楼梯口烟气温度、能见度分布

2.2.3 中部楼层宿舍着火情况

在二层某宿舍设置燃烧物，在着火宿舍门口、着火宿舍楼道中部和出口各高于地板1.5 m处设置热电耦，在宿舍门口、宿舍楼道中部和出口中部设置三个平行于z轴的光束探测设备。模拟结果如下：

着火宿舍内人员反应滞后时间30 s，信息传递到二层的时间为60 s，到三层和一层的时间为120 s，二层非着火宿舍撤离时间最慢为180 s，三层宿舍人员撤离时间为180 s，总滞留时间为230 s。由图7可知，二层宿舍门口的可见度在600 s达到1.5 m高度人员无法分辨方向的烟气温度，是最短影响人员撤离的时间，作为中部宿舍着火的火灾危险时间。火灾危险时间大于人员撤离时间，所以中部宿舍发生火灾人员可以安全撤离。

图7 中部楼层宿舍着火大门口烟气温度、能见度分布

图8 中部楼层宿舍着火二层楼梯口烟气温度、能见度分布

3 讨论

3.1 模拟结果

由上述结果可得出不同着火房间的火灾危险时间，见表3。可知，最佳撤离时间为200 s。

表3 不同着火房间的火灾危险时间

在上述场景中，出现撤离时间大于火灾危险时间的情况有两种：①底层楼梯间着火，二、三层宿舍人员不能及时撤离，原因是楼梯间火灾具有隐蔽性且蔓延速度快，易产生烟囱效应，如不能及时发现，就会对上部各层宿舍人员的安全造成威胁；②底层宿舍着火三层人员不能全部撤离，原因是火情传递速度较慢，疏散距离较长，影响了疏散。

3.2 不确定性

对于宿舍楼来说，一方面其房间内床被、桌椅、书籍等密度很高，虽然平时不存在什么问题，但着火时一旦引燃这些物品，所带来的损失是不可估计的；另一方面火灾在发展过程中也会受到很多因素的影响，如通风情况、火灾初期采取的措施、人员的反应等，所以火灾的发生和蔓延都是不确定的。再加上软件建模时对次要内容的忽略及数值模拟公式的局限性，都会对模拟结果产生影响，但这些并不影响模拟结果的参考价值。

4 防火和疏散建议

通过运用PyroSim软件对山西大同大学某宿舍火灾场景的模拟，表明底层楼梯间和底层宿舍着火对上部楼层人员造成威胁大。为了做到防火安全，建议：

（1）在楼道设置火灾报警装置，以便于发生火灾时减少火情信息传递时间，为人员撤离争取时间。

（2）在堆放杂物且无人居住的房间加设报警装置，以便建筑物内人员可以及时知道火情。

（3）在楼道设置消防器材，并对新入住的人员进行使用教学。

（4）定期进行火灾疏散演练，保证人员在火灾发生时能有序撤离。

（5）在宿舍管理员处设置警报，得知火情拉响警报提醒人员撤离。

（6）定期组织学生听消防讲座，形成碰到火灾时以人身安全为重，不要贪恋财物，错过最佳撤离时间。

（7）加强对学生的管理，严禁在宿舍使用违规电器和私拉乱拉电线，严禁在宿舍使用明火，如男生吸烟、夏季燃蚊香等。

（8）学校应定期对宿舍线路进行检修，防止因线路老化，电线短路引起的火灾。

（9）严禁学生将易燃品堆放在宿舍，如私自将实验室的酒精带回宿舍。

（10）工作人员定期对有火灾隐患的几个地点进行排查。