建筑性能化防火设计中火灾场景设定浅析
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对于公寓和办公建筑 , 澳大利亚 [ 3 ] 、美国 [ 4 ] 和加拿大 [ 5 ]统计了这三种火灾的可能性 ,他们分 别基于本国独立火灾统计数据分析得到 。火灾类 型的定义依据当消防员到达火灾现场时观察和记
录的火灾严重程度 。显然 ,如果有足够的时间和 充分条件 ,小的火灾可发展成完全燃烧火灾或轰 然火灾 。发生不同类型火灾的可能性是因为受到
火灾场景设计过程中 ,通常需要遵循以下原 则:
(1)必须客观反映真实火灾 。 火灾场景的设计虽然不能完全重复真实火灾 场景 ,但必须能够对真实火灾的主要特点作出描 画 。不能用某一统一的模式来反映所有真实火 灾 ,必须体现性能化防火设计的总体目标和性能 指标要求 。 (2) 必须突出火源特性 ,具有代表性 。 根据所要研究火灾对象的实际状况 ,确定其 火源形式 ,进而通过火源的试验数据或者数学模 型 ,来找到该火源的火灾特性 。并且 ,这种火源的 火灾特性必须能够代表被研究对象的最一般火灾 特性 ,以适应同一类建筑的普遍火灾特性的研究 。 (3) 必须充分考虑影响因素 ,体现灵活性 。 由于建筑结构 ,使用功能以及周围环境等因 素的影响 ,不同建筑具有不同的火灾发展特性及 蔓延过程 。因此 ,在火源特性研究的基础上 ,要灵 活结合不同建筑的实际特点 ,将不同的影响因素 作为火灾模型的边界条件结合到火源特性的研究 中去 ,以体现不同建筑火灾发展和蔓延的特点 。
参考文献 :
[ 1 ]霍然 ,袁宏永. 性能化建筑防火分析与设计 [M ]. 合肥 :安徽科 学技术出版社 , 2003.
[ 2 ]David T. Yung and Noureddine Benichou, " How Design Fires Can be U sed in Fire Hazard Analysis[ J ]. Fire Technology, 2002, 38: 231 - 242.
位置 、气候 、文化条件等差异 ,然而统计后的概率 数据却十分相似 。表 1说明了考虑所有火灾类型 的重要性 。例如对人员有重大危险的轰燃火灾相
对概率较低 ;而对人员风险低的无轰燃发生的火 灾和闷燃火灾有着较高的出现概率 。
86 沈阳航空工业学院学报 第 27卷
第 1期 李雷等 :建筑性能化防火设计中火灾场景设定浅析 85
2 建筑火灾场景设计
建筑火灾场景设计基于对意外火灾事故随机 性和确定性方面的考虑 。 2. 1 建筑火灾场景包括的主要因素
在建筑物中 ,可燃物的燃烧性能和数量是决 定火灾强度的主要因素 ,不过该建筑的通风状况 对燃烧也具有重要影响 。大量试验表明 ,通风口 较小时 ,可燃物的燃烧速率较低 ;但在特定的通风 条件下 ,燃烧速率可以超过该可燃物在开放环境 下的燃烧速率 。
收稿日期 : 2009 11 06 作者简介 :李雷 ( 1982 ) ,男 , 辽宁葫芦岛人 , 硕士 , 主要研究方 向 :防火防爆工程与技术 , E - mail: ray82 @ 163. com; 谢妉 ( 1966
) ,女 ,辽宁沈阳人 ,教授 ,主要研究方向 :性能化防火设计及防火 防爆工程 。
2. 3 设定火源 火灾场景设定火源时 ,除考虑上述提到的控
制火灾发展类型的随机参数 ,起火隔间门的状态 是另一随机参数 ,同样影响火灾的发展 。火灾类 型和门的状态可结合考虑设定六种设定火源 ,可 简化考虑控制火灾发展的随机参数 。六种设定火 源为 :
(1)焖烧火灾 ,起火隔间门处于打开状态 。 (2)焖烧火灾 ,起火隔间门处于关闭状态 。 (3)有焰无轰燃火灾 ,起火隔间门处于打开状态。 (4)有焰无轰燃火灾 ,起火隔间门处于关闭状态。 (5)轰燃火灾 ,起火隔间门处于打开状态 。 (6)轰燃火灾 ,起火隔间门处于关闭状态 。 每一个设定火源的概率为火灾类型 (表 1)可 能性和起火分隔入口门的开闭可能性的乘积 。门 的开闭可能性可基于经验进行估计 。例如 ,公寓 单元可假设大多数情况门是关闭的 (考虑安防和 保护隐私的原因 ) ,而办公室的门大多数情况可 假设是敞开的 (工作状态人员需要经常走动 ) 。 基于以上描述的六种设定火源评价建筑内人 员的火灾危险 。假定在一个建筑中的特定位置起 火 ,按以上分类选取对应的合适火灾场景与设定 火源 ,通过计算烟气移动和人员反应 、疏散模型评 价人员危险 。危险评价涉及到后续的烟气移动 , 楼梯的受阻时间 ,人员疏散 。
(4)起火隔间内火灾荷载 - - 荷载量大 ,可 燃材料多 ,则火灾风险大 ;
(5)可燃物材料性质 - - 发烟量大 ,具有毒 害性的可燃材料对于人员有较大火灾风险 ;
(6)起火隔间内通风状况 - - 火和烟气在开 门状态的隔间内比关闭状态更容易传播 。
此外 ,通过受限环境燃烧特性实验研究发现 , 起火隔间的尺寸对火灾由起火发展到轰燃的时间 有较大影响 ,见图 1。
2010年 2月 第 27卷第 1期
沈阳航空工业学院学报 Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering
Feb. 2010 Vol. 27 No. 1
文章编号 : 1007 1385 (2010) 01 0084 03
建筑性能化防火设计中火灾场景设定浅析
[ 5 ] J. Gaskin, and D. Y ung. Canadian and U. S. A. Fire Statistics for U se in the R isk - Cost A ssessment Model [ M ]. Internal Report No. 637, O ttawa, Canada: Institute for Research in Construction, National Research Council of Canada, 1993. 1.
不可预测的随机参数的控制 ,如 :火源类型 ,着火 地点和可燃物种类与分布 。
表 1 公寓式建筑火灾类型的统计概率
澳大利亚
美国
加拿大
闷燃火灾
24. 5%
18. 7%
19. 1%
无轰燃火灾
60. 0%
63. 0%
62. 6%
轰燃火灾
15. 5%
18. 3%
18. 3%
表 1显示了公寓式建筑三种火灾类型发生的 统计概率 。值得注意的是即使三个国家具有地理
[ 4 ] J. R. Hall, U. S. Statistical Data for the R isk - Cost A ssessment Model[M ]. Contract Report to the Institute for Research in Con2 struction, National Research Council of Canada, O ttawa, Canada, 1991. 11.
1 火灾场景的设定
1. 1 火灾场景设定的意义与内容 性能化设计通过风险评估工具 (模型 ) ,可以
预测建筑总体火灾风险 。火灾场景的设定是其基 础与核心环节 ,是评估建筑的火灾危害性的依据 , 也是性能化防火分析设计的基础 ,其核心工作是 确定火灾的热释放速率 。
火灾场景设计主要包括两方面的内容 :一是 确定火灾发生的背景 ,包括建筑物材料 、建筑结构
对于人员生命损失和其他火灾损失风险的正 确评估有赖于考虑建筑中所有可能出现的火灾场 景 。火灾场景设定可考虑以下因素 :
(1)建筑物使用性质 - - 商业场所人员风险 高于办公场所人员风险 ;
(2)建筑中的起火位置 - - 火灾发生在建筑 底层对于人员的危险性远远高于出现在顶层 ;
( 3 )起火隔间内可能出现和发展的火灾类型 - - 小型火产生少量烟气和热 ;而轰然火灾产生 大量烟气和热 ,并且烟气可能穿过开口 、墙和天花 板传播 ;
李 雷 谢 妉 朱兴飞
(沈阳航空工业学院民航与安全工程学院 ,辽宁 沈阳 110136)
摘 要 :建筑性能化设计准则是未来建筑防火设计的发展趋势 。火灾场景设计是性能化设计的
关键步骤 。本文描述了火灾场景设计的内容和原则 ,火灾场景的分类 ,影响火灾场景的参数 。火
灾场景设定可以帮助分析后续建筑内人员在烟气移动 ,疏散灾场景的分类 建筑中起火分隔可能出现很多火灾类型 ,从
小火到轰然火灾 。显然 ,火灾风险评价不可能考 虑全部火灾类型 ,因为涉及的计算数据庞大而复 杂 。参考 NRC的 FiRECAM 方法仅考虑三种一般 的火灾类型 ,其代表三种截然不同的可能发生的 火灾类型 。 (1)只有烟气产生的闷燃 ; ( 2)无轰然 的有焰燃烧火灾 ,有少量热和烟气产生 ; ( 3)轰然 火灾 ,有相当大的热量和烟气产生 ,火灾可能传播 到建筑其他部分 [ 2 ] 。
和可燃物 (初始可燃物和二次可燃物 )的静态分 布 、通风条件 、火灾发生时的周围环境和气象条 件 ,室内人员状况等 ;二是选择火灾的数学模型 , 主要是采用火源的热释放速率曲线描述火灾发 生 、发展 、蔓延 、轰燃和衰退的全过程 ,通常还要考 虑消防设施和消防队的参与对火源热释放速率曲 线的影响 。 1. 2 火灾场景的确定原则
图 1 起火隔间尺寸与轰燃时间关系曲线
特定状态下关于随机性的控制参数可通过数 据统计获得 ;在缺乏统计数据情况下 ,可参考专家
意见 。例如 ,在起火分隔内出现的火灾发展成轰 然火灾的可能性可以从统计资料中得到 ;而起火 分隔的门开闭与否通常可以参考专家意见 。火灾
场景的设定通常选取最可能发生火灾或发生火灾
[ 3 ] C. Eaton. Fire Probabilities - Smouldering, Flam ing or Full Devel2 opment[ M ]. In Fire Safety and Engineering Technical Papers, Book 1, Part 3, Chap ter 7, The W arren Centre, University of Sydney, Australia, 1989. 12.
录的火灾严重程度 。显然 ,如果有足够的时间和 充分条件 ,小的火灾可发展成完全燃烧火灾或轰 然火灾 。发生不同类型火灾的可能性是因为受到
火灾场景设计过程中 ,通常需要遵循以下原 则:
(1)必须客观反映真实火灾 。 火灾场景的设计虽然不能完全重复真实火灾 场景 ,但必须能够对真实火灾的主要特点作出描 画 。不能用某一统一的模式来反映所有真实火 灾 ,必须体现性能化防火设计的总体目标和性能 指标要求 。 (2) 必须突出火源特性 ,具有代表性 。 根据所要研究火灾对象的实际状况 ,确定其 火源形式 ,进而通过火源的试验数据或者数学模 型 ,来找到该火源的火灾特性 。并且 ,这种火源的 火灾特性必须能够代表被研究对象的最一般火灾 特性 ,以适应同一类建筑的普遍火灾特性的研究 。 (3) 必须充分考虑影响因素 ,体现灵活性 。 由于建筑结构 ,使用功能以及周围环境等因 素的影响 ,不同建筑具有不同的火灾发展特性及 蔓延过程 。因此 ,在火源特性研究的基础上 ,要灵 活结合不同建筑的实际特点 ,将不同的影响因素 作为火灾模型的边界条件结合到火源特性的研究 中去 ,以体现不同建筑火灾发展和蔓延的特点 。
参考文献 :
[ 1 ]霍然 ,袁宏永. 性能化建筑防火分析与设计 [M ]. 合肥 :安徽科 学技术出版社 , 2003.
[ 2 ]David T. Yung and Noureddine Benichou, " How Design Fires Can be U sed in Fire Hazard Analysis[ J ]. Fire Technology, 2002, 38: 231 - 242.
位置 、气候 、文化条件等差异 ,然而统计后的概率 数据却十分相似 。表 1说明了考虑所有火灾类型 的重要性 。例如对人员有重大危险的轰燃火灾相
对概率较低 ;而对人员风险低的无轰燃发生的火 灾和闷燃火灾有着较高的出现概率 。
86 沈阳航空工业学院学报 第 27卷
第 1期 李雷等 :建筑性能化防火设计中火灾场景设定浅析 85
2 建筑火灾场景设计
建筑火灾场景设计基于对意外火灾事故随机 性和确定性方面的考虑 。 2. 1 建筑火灾场景包括的主要因素
在建筑物中 ,可燃物的燃烧性能和数量是决 定火灾强度的主要因素 ,不过该建筑的通风状况 对燃烧也具有重要影响 。大量试验表明 ,通风口 较小时 ,可燃物的燃烧速率较低 ;但在特定的通风 条件下 ,燃烧速率可以超过该可燃物在开放环境 下的燃烧速率 。
收稿日期 : 2009 11 06 作者简介 :李雷 ( 1982 ) ,男 , 辽宁葫芦岛人 , 硕士 , 主要研究方 向 :防火防爆工程与技术 , E - mail: ray82 @ 163. com; 谢妉 ( 1966
) ,女 ,辽宁沈阳人 ,教授 ,主要研究方向 :性能化防火设计及防火 防爆工程 。
2. 3 设定火源 火灾场景设定火源时 ,除考虑上述提到的控
制火灾发展类型的随机参数 ,起火隔间门的状态 是另一随机参数 ,同样影响火灾的发展 。火灾类 型和门的状态可结合考虑设定六种设定火源 ,可 简化考虑控制火灾发展的随机参数 。六种设定火 源为 :
(1)焖烧火灾 ,起火隔间门处于打开状态 。 (2)焖烧火灾 ,起火隔间门处于关闭状态 。 (3)有焰无轰燃火灾 ,起火隔间门处于打开状态。 (4)有焰无轰燃火灾 ,起火隔间门处于关闭状态。 (5)轰燃火灾 ,起火隔间门处于打开状态 。 (6)轰燃火灾 ,起火隔间门处于关闭状态 。 每一个设定火源的概率为火灾类型 (表 1)可 能性和起火分隔入口门的开闭可能性的乘积 。门 的开闭可能性可基于经验进行估计 。例如 ,公寓 单元可假设大多数情况门是关闭的 (考虑安防和 保护隐私的原因 ) ,而办公室的门大多数情况可 假设是敞开的 (工作状态人员需要经常走动 ) 。 基于以上描述的六种设定火源评价建筑内人 员的火灾危险 。假定在一个建筑中的特定位置起 火 ,按以上分类选取对应的合适火灾场景与设定 火源 ,通过计算烟气移动和人员反应 、疏散模型评 价人员危险 。危险评价涉及到后续的烟气移动 , 楼梯的受阻时间 ,人员疏散 。
(4)起火隔间内火灾荷载 - - 荷载量大 ,可 燃材料多 ,则火灾风险大 ;
(5)可燃物材料性质 - - 发烟量大 ,具有毒 害性的可燃材料对于人员有较大火灾风险 ;
(6)起火隔间内通风状况 - - 火和烟气在开 门状态的隔间内比关闭状态更容易传播 。
此外 ,通过受限环境燃烧特性实验研究发现 , 起火隔间的尺寸对火灾由起火发展到轰燃的时间 有较大影响 ,见图 1。
2010年 2月 第 27卷第 1期
沈阳航空工业学院学报 Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering
Feb. 2010 Vol. 27 No. 1
文章编号 : 1007 1385 (2010) 01 0084 03
建筑性能化防火设计中火灾场景设定浅析
[ 5 ] J. Gaskin, and D. Y ung. Canadian and U. S. A. Fire Statistics for U se in the R isk - Cost A ssessment Model [ M ]. Internal Report No. 637, O ttawa, Canada: Institute for Research in Construction, National Research Council of Canada, 1993. 1.
不可预测的随机参数的控制 ,如 :火源类型 ,着火 地点和可燃物种类与分布 。
表 1 公寓式建筑火灾类型的统计概率
澳大利亚
美国
加拿大
闷燃火灾
24. 5%
18. 7%
19. 1%
无轰燃火灾
60. 0%
63. 0%
62. 6%
轰燃火灾
15. 5%
18. 3%
18. 3%
表 1显示了公寓式建筑三种火灾类型发生的 统计概率 。值得注意的是即使三个国家具有地理
[ 4 ] J. R. Hall, U. S. Statistical Data for the R isk - Cost A ssessment Model[M ]. Contract Report to the Institute for Research in Con2 struction, National Research Council of Canada, O ttawa, Canada, 1991. 11.
1 火灾场景的设定
1. 1 火灾场景设定的意义与内容 性能化设计通过风险评估工具 (模型 ) ,可以
预测建筑总体火灾风险 。火灾场景的设定是其基 础与核心环节 ,是评估建筑的火灾危害性的依据 , 也是性能化防火分析设计的基础 ,其核心工作是 确定火灾的热释放速率 。
火灾场景设计主要包括两方面的内容 :一是 确定火灾发生的背景 ,包括建筑物材料 、建筑结构
对于人员生命损失和其他火灾损失风险的正 确评估有赖于考虑建筑中所有可能出现的火灾场 景 。火灾场景设定可考虑以下因素 :
(1)建筑物使用性质 - - 商业场所人员风险 高于办公场所人员风险 ;
(2)建筑中的起火位置 - - 火灾发生在建筑 底层对于人员的危险性远远高于出现在顶层 ;
( 3 )起火隔间内可能出现和发展的火灾类型 - - 小型火产生少量烟气和热 ;而轰然火灾产生 大量烟气和热 ,并且烟气可能穿过开口 、墙和天花 板传播 ;
李 雷 谢 妉 朱兴飞
(沈阳航空工业学院民航与安全工程学院 ,辽宁 沈阳 110136)
摘 要 :建筑性能化设计准则是未来建筑防火设计的发展趋势 。火灾场景设计是性能化设计的
关键步骤 。本文描述了火灾场景设计的内容和原则 ,火灾场景的分类 ,影响火灾场景的参数 。火
灾场景设定可以帮助分析后续建筑内人员在烟气移动 ,疏散灾场景的分类 建筑中起火分隔可能出现很多火灾类型 ,从
小火到轰然火灾 。显然 ,火灾风险评价不可能考 虑全部火灾类型 ,因为涉及的计算数据庞大而复 杂 。参考 NRC的 FiRECAM 方法仅考虑三种一般 的火灾类型 ,其代表三种截然不同的可能发生的 火灾类型 。 (1)只有烟气产生的闷燃 ; ( 2)无轰然 的有焰燃烧火灾 ,有少量热和烟气产生 ; ( 3)轰然 火灾 ,有相当大的热量和烟气产生 ,火灾可能传播 到建筑其他部分 [ 2 ] 。
和可燃物 (初始可燃物和二次可燃物 )的静态分 布 、通风条件 、火灾发生时的周围环境和气象条 件 ,室内人员状况等 ;二是选择火灾的数学模型 , 主要是采用火源的热释放速率曲线描述火灾发 生 、发展 、蔓延 、轰燃和衰退的全过程 ,通常还要考 虑消防设施和消防队的参与对火源热释放速率曲 线的影响 。 1. 2 火灾场景的确定原则
图 1 起火隔间尺寸与轰燃时间关系曲线
特定状态下关于随机性的控制参数可通过数 据统计获得 ;在缺乏统计数据情况下 ,可参考专家
意见 。例如 ,在起火分隔内出现的火灾发展成轰 然火灾的可能性可以从统计资料中得到 ;而起火 分隔的门开闭与否通常可以参考专家意见 。火灾
场景的设定通常选取最可能发生火灾或发生火灾
[ 3 ] C. Eaton. Fire Probabilities - Smouldering, Flam ing or Full Devel2 opment[ M ]. In Fire Safety and Engineering Technical Papers, Book 1, Part 3, Chap ter 7, The W arren Centre, University of Sydney, Australia, 1989. 12.
