周游

摘要：火灾这种突发性的灾难很常见，而且它带来的危害是巨大的。它不仅会对我们的财产安全造成伤害，甚至会危害居民的人身安全。因此我们必须针对类似火灾这种突发性灾难提早做准備，从而减少火灾给我们带来的伤害。文章以典型大空间建筑物为案例，通过模拟分析出在大空间建筑物内不同情况下发生的火灾现象，并根据火灾的发展规律与特点对症下药。

关键词：大空间建筑物;火灾场景;模拟分析

火灾是一种常规性、突发性灾害，顾名思义，这种灾害发生时我们无法进行及时的预测，只能通过一些有效措施进行及时的防控，以及采取一些必要的及时逃生手段，让人们遇见此类灾害时可以冷静处理，尽可能地将灾害造成的损失降到最低。

一、以大空间建筑物模型为例

大空间建筑物模型是指将已存在的建筑物原型在CFAST场模型内进行模型模拟。而文章的大空间建筑物的原型选用的是某工厂实际厂房内的摆设，这个厂房的结构是矩形的，空间大，长宽高分别为20m、10m和12m。整个厂房划分为两个区域，左边是员工宿舍，右边是中庭空间，它的顶部会设有一个排烟窗，建筑物内部右侧空间内设有宽2.1m高2.0m的出口。左边的员工宿舍是三层的建筑，每层都有两个横向的房间，房间的面积为10m×5m×4m，一共是6个房间，每个房间都有防火喷淋装置。

众所周知，当火灾发生时，对人体伤害最大的就是吸入的火灾烟气，如果火灾烟气的量减少，就会降低火灾对人体的伤害。所以文章将会测量在大空间建筑物模型中发生着火的区域烟气层的高度与温度，在无灭火装置、着火房间喷淋装置正常工作以及加入机械排烟系统这三种不同情况下的火灾变化情况。

二、无灭火装置可燃物火灾模拟分析

本部分主要以布艺沙发家具这种可燃物起火的模拟对象，探讨在着火区域以及中庭内的火灾发生情况。本次模拟发生场景在工厂的宿舍区域，一层距离出口最近的一个房间，当时房间内的沙发发生着火。通过对布艺沙发的分析，可以得知布艺沙发主要是以纺织布料和木材为主，在氧气充足的情况下，沙发表面发生迅速热裂解。其中假设该材料比热容为1000J/（kg·K），密度为2200kg/m3，发射率为0.94。在这种氧气充足且没有灭火设备的情况下，热释放率从起火到150s左右就可以达到最大值，保持300s的充分燃烧，将会在450s之后沙发烧尽，热释放率呈现下降趋势[1]。

根据调查，人体所能短暂承受的温度只有60℃，如果发生火灾时温度超过100℃，那么人体就会因为皮肤和呼吸道无法忍受这剧痛而丧失逃生的能力。而在模拟工厂发生火灾时，着火的房间的烟气层温度在100s时温度会达到60℃，200s达到220℃，之后会进入缓慢上升时期，并在沙发烧尽的时候温度才会下降，但并不会降低太多。而且在宿舍发生的火灾还会蔓延至中庭，与宿舍烟气层温度变化趋势保持一致，大约在300s时温度会升高至60℃。通过推算可以发现工厂员工只有100～300s的安全期时间用来快速逃离[2]。

上文所说明的情况虽是保守估计，但依然不容乐观。更可怕的是，物体在发生着火时还可能会存在一个阴燃阶段，不被人们所察觉。在这个阶段宿舍的烟气已经发生上移并蔓延，由于烟气的密度小于空气密度，它会在着火初期将烟气层高度升高至4m，在着火后的100s左右就会降低到1.5m，并且会保持不变，在600s时会上升0.1m的高度。根据研究表明，当烟气层高度低于1.5m时就会对人体产生危害，所以宿舍的员工要及时在100s之内迅速逃离，否则就会危及生命安全。幸运的是由于中庭本身的空间领域大，中庭的烟气层高度在瞬间达到12.0m，会随着时间发生降低，在200s降至最低至5.0m左右，但在600s内烟气层的高度一致保持在4.0m以上，这样烟气上升的时间会往后发生推移，位于中庭空间的员工由于存在一定的时间差，因此受到烟气层高度的危害就会比较少。

三、加入喷淋装置的火灾模拟分析

为了分析加入喷淋装置之后火灾烟气层的变化情况，该段将会继续沿用上述模拟情景，并假设宿舍房间添加了喷淋装置。该喷淋装置的适用温度是68℃，当受热温度达到68℃以上就会正常启动，此时沙发发生着火的时间已经过去80s，喷淋装置开始工作，在受到直径为15mm的喷头直接喷射后，沙发的火势明显受到了抑制，火势开始降低，最后熄灭。

拥有喷淋装置的烟气层温度变化情况如下：在前200s，烟气层温度变化情况与没有喷淋装置的区域变化情况无异，都是逐渐升高，大约在210s时升至90℃。之后在500s时，由于喷淋作用，将烟气层温度下降到人体可以忍受的阶段。而中庭的温度也一直没有超过人体的临界值，是一个很好的环境状态[3]。

拥有喷淋装置的烟气层的变化情况与未加入喷淋装置时的情况相比，烟气层的高度并没有太明显的变化。同样是在约100s左右降至最低，之后持续稳定到580s，在580s之后只是出现略微上升，上升的幅度远小于没有喷淋时。而中庭的烟气层与没有加入喷淋装置时相比，高度始终没有上升，而是呈现出逐渐下降的态势，这显示了拥有喷淋装置与没有喷淋装置的不同模样。

四、加入机械排烟装置的火灾模拟分析

在大空间建筑物模型的中庭加入一个机械排烟装置进行模拟分析。这个排烟装置可以将室内的烟经过排烟系统机械地排到室外，当然也是需要一定的时间。在与上文相同的火灾情境下，可以得出以下的实验结论：由于添加了一个排烟装置，温度并没有发生明显的变化，与没安装相比就低了2℃，但中庭烟气层的温度与高度都受到了一定的影响，烟气层往下降的时间增加了，人们增加了更多的时间用于逃生。

五、结语

根据上述三种不同情况下的模拟分析可知，在大空间典型建筑发生火灾时，无任何灭火和机械排烟装置、有喷淋装置、有喷淋与机械排烟装置情况下大空间火灾发展的不同变化过程，结论如下：

（1）在无任何灭火和机械排烟装置的情况下，留给着火区域人员的逃生时间只有100s，超出100s，人体将无法承受火灾温度与烟气的高度，生命安全受到威胁，而中庭内人员逃生时间相对较长，危险相对低一些。

（2）加入喷淋装置后，着火区域与中庭区的火势危害都会被降低。因为喷淋装置的启动也会浪费一定的时间，因此要根据具体的火势情况进行具体分析，不要浪费任何可以逃生的时间。

（3）机械排烟装置的作用主要体现在安装该系统的空间，但是模拟分析发现该装置对于烟气层温度和高度的控制效果都比较有限。

火灾是指在空间与时间上失去控制的燃烧现象，它是世界上最常见，也是对人类影响最严重的灾害之一。通过系统性地对大空间建筑内火灾发展演化过程的模拟研究，表明大空间建筑内着火房间存在有效的喷淋装置可以在一定程度上控制火灾发展，增加被困人员的逃生时间。

参考文献：

[1]胡玉玲，肖麒麟，王怀秀，等.大空间建筑物内火灾场景的模拟研究[J].北京建筑大学学报，2020（02）：74-79.

[2]周纲.大空间建筑火灾模拟计算[J].福建建材，2009（02）：37-38.

[3]白音，杨海勇，石永久，等.大空间结构各种火灾场景下的温度场分布[J].清华大学学报：自然科学版，2011（08）：1122-1127.

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