三、火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)火災(zāi)是對(duì)某一特定火災(zāi)場景的工程描述，可以用一些參數(shù)如熱釋放速率、火災(zāi)增長速率、物質(zhì)分解物、物質(zhì)分解率等或者其他與火災(zāi)有關(guān)的可以計(jì)量或計(jì)算的參數(shù)來表現(xiàn)其特征。

　　(一)火災(zāi)危險(xiǎn)源辨識(shí)

　　設(shè)計(jì)火災(zāi)場景，首先應(yīng)進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)源的辨識(shí)。分析建筑物里可能面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要來自哪些方面。分析可燃物的種類，火災(zāi)荷載的密度，可燃物的燃燒特征等�；馂�(zāi)危險(xiǎn)源識(shí)別是開展火災(zāi)場景設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，只有充分、全面地把握建筑物所面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的來源，才能完整、準(zhǔn)確地對(duì)各類火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、評(píng)判，進(jìn)行采取針對(duì)性的消防設(shè)計(jì)措施，確保將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍之內(nèi)。

　　(二)火災(zāi)增長

　　火災(zāi)在點(diǎn)燃后熱釋放速率將不斷增加，熱釋放速率增加的快慢與可燃物的性質(zhì)、數(shù)量、擺放方式、通風(fēng)條件等有關(guān)。原則上，在設(shè)計(jì)火災(zāi)增長曲線時(shí)可采用以下幾種方法：①可燃物實(shí)際的燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);②類似可燃物實(shí)際的燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);③根據(jù)類似的可燃物燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的預(yù)測算法;④基于物質(zhì)的燃燒特性的計(jì)算方法;⑤火災(zāi)蔓延與發(fā)展數(shù)學(xué)模型。在性能化設(shè)計(jì)中，如果能夠獲得所分析可燃物的實(shí)際燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行火災(zāi)增長曲線的設(shè)計(jì)是最好的選擇。

　　大量實(shí)驗(yàn)表明，多數(shù)火災(zāi)從點(diǎn)燃到發(fā)展到充分燃燒階段，火災(zāi)中的熱釋放速率大體上按照時(shí)間的平方的關(guān)系增長，只是增長的速度有快有慢，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中我們常常采用這一種稱為“t平方火”的火災(zāi)增長模型對(duì)實(shí)際火災(zāi)進(jìn)行模擬�；馂�(zāi)的增長規(guī)律可用下面的方程描述：

　　t平方火的增長速度一般分為慢速、中速、快速、超快速四種類型，如圖4-3-5-1所示，其火災(zāi)增長系數(shù)如表4-3-5-1所示。

圖4-3-5-1 四種t平方火增長曲線

　　表4-3-5-1 四種標(biāo)準(zhǔn)t2火

　　實(shí)際火災(zāi)中，熱釋放速率的變化是個(gè)非常復(fù)雜的過程，上述設(shè)計(jì)的火災(zāi)增長曲線只是與實(shí)際火災(zāi)相似，為了使得設(shè)計(jì)的火災(zāi)曲線能夠反映實(shí)際火災(zāi)的特性，應(yīng)作適當(dāng)?shù)谋Ｊ氐目紤]，如選擇較快的增長速度，或較大的熱釋放速率等。

　　(三)設(shè)定火災(zāi)

　　安全目標(biāo)不同，確定最大火災(zāi)規(guī)模的方法也不同�；馂�(zāi)規(guī)模是性能化設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，工程上通常參考以下三種方法來綜合確定火災(zāi)的規(guī)模。

　　1.噴淋啟動(dòng)確定火災(zāi)規(guī)模

　　對(duì)于安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的區(qū)域，其火災(zāi)發(fā)展通常將受到自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的控制，一般情況下自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)能夠在火災(zāi)的起始階段將火撲滅，至少是將火勢控制在一定強(qiáng)度下。

　　假定自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)啟動(dòng)后火勢的規(guī)模將不再擴(kuò)大，火源熱釋放速率保持在噴頭啟動(dòng)時(shí)的水平。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)控制下的火災(zāi)規(guī)�？梢允褂肈ETACT分析軟件進(jìn)行預(yù)測。

　　考慮到同一類型噴頭之間RTI值之間的差異，在采用上述方法預(yù)測火災(zāi)規(guī)模時(shí)建議取最大的RTI值。比如，ESFR噴頭取28(m· s)0.5，快速響應(yīng)噴頭取50(m· s)0.5，普通噴頭取350 (m· s)0.5。

　　2.相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范或指南

　　上海市工程建設(shè)規(guī)范《民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》DGJ 08-88“火災(zāi)模型的確定和排煙量”給出了各類場所的火災(zāi)模型，有關(guān)商業(yè)建筑的火災(zāi)規(guī)模參見下表4-3-5-2。

　　表4-3-5-2 熱釋放量

　　注：設(shè)有快速響應(yīng)噴頭的場所可按本表減小40%。

　　3.根據(jù)燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定

　　根據(jù)物品的實(shí)際燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定最大熱釋放速率是最直接和最準(zhǔn)確的方法，一些物品的最大熱釋放速率可以通過一些科技文獻(xiàn)或火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫得到。例如，表4-3-5-3是NFPA92B中提供的部分物品燃燒時(shí)最大熱釋放速率的數(shù)據(jù)，圖4-3-5-2為美國國家技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究院(NIST)火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫FASTDAT中提供的席夢(mèng)思床墊的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)熱釋放速率曲線。

　　表4-3-5-3 NFPA92B中提供的最大熱釋放速率的數(shù)據(jù)

圖4-3-5-2 席夢(mèng)思床墊燃燒熱釋放速率曲線

　　4.根據(jù)轟然條件確定

　　轟燃是火災(zāi)從初期的增長階段向充分發(fā)展階段轉(zhuǎn)變的一個(gè)相對(duì)短暫的過程。發(fā)生轟然時(shí)室內(nèi)的大部分物品開始劇烈燃燒，可以認(rèn)為此時(shí)的火災(zāi)的功率，即熱釋放速率，達(dá)到最大值。根據(jù)英國學(xué)者托馬斯(Thomas)的研究結(jié)果，室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生轟燃時(shí)的臨界熱釋放速率可以用下面的公式表示：

(4-3-5-2)

　　式中 Qfo—房間達(dá)到轟燃所需的臨界火災(zāi)功率， kW;

　　AT—房間內(nèi)扣除開口后的總表面積， m2;

　　Av—開口的面積，m2;

　　Hv—開口的高度，m。

　　由于上述結(jié)果是以一個(gè)面積為16m2大小的房間內(nèi)的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的，因此對(duì)于小房間的情況預(yù)測結(jié)果能夠比較好地反映實(shí)際情況，而對(duì)于較大的房間上述公式可能會(huì)有較大的誤差。另外有一些學(xué)者通過木材和聚亞安酯(polyurethane)實(shí)驗(yàn)得出轟燃時(shí)的平均熱釋放速率為：

　　(4-3-5-3)

　　式中 Qfo—房間達(dá)到轟燃所需的臨界火災(zāi)功率， kW;

　　Av—開口的面積，m2;

　　Hv—開口的高度，m。

　　這里

　　稱為通風(fēng)因子，是分析室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展的重要參數(shù)。在通風(fēng)因子的一定范圍內(nèi)，可燃物的燃燒速率主要由進(jìn)入燃燒區(qū)域的空氣流量決定，這種燃燒狀況稱為通風(fēng)控制。如果房間的開口逐漸增大，可燃物的燃燒速率對(duì)空氣的依賴逐漸減弱，當(dāng)開口達(dá)到一定程度后可燃物的燃燒主要由可燃物的性質(zhì)決定，此時(shí)的燃燒狀況稱為燃料控制。對(duì)于木質(zhì)纖維物質(zhì)的燃燒，可用下面的條件判斷燃燒的狀態(tài)：通風(fēng)控制：

　　式中 AF——可燃物燃燒的表面積，m2。

　　5.燃料控制型火災(zāi)的計(jì)算方法

　　對(duì)于燃料控制型火災(zāi),即火災(zāi)的燃燒速度由燃料的性質(zhì)和數(shù)量決定時(shí)，如果知道燃料燃燒時(shí)單位面積的熱釋放速率，那么可以根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的燃燒面積乘以該燃料單位面積的熱釋放速率得到最大的熱釋放速率，表4-3-5-4 是NFPA92B中提供的部分物質(zhì)單位地面面積熱釋放速率。如果不能確定具體的可燃物及其單位地面面積的熱釋放速率，也可根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來預(yù)測火災(zāi)的規(guī)模，例如NFPA92B中建議對(duì)于零售商店火災(zāi)單位面積熱釋放速率可取為500kW/m2，辦公室內(nèi)火災(zāi)可取為250kW/m2。

　　表4-3-5-4 NFPA92B中提供的單位地面面積熱釋放速率