火灾荷载服装批发商铺危险程度分级

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摘要：选取北京市服装批发商铺为调研对象，基于火灾荷载对其危险程度进行分级，旨在控制商铺火灾荷载，预防火灾事故。统计200家商铺火灾荷载及其分布规律，测量15个防火分区的空间结构及布局的相关数据并分析规律，构建典型服装批发商场建筑模型。运用FDS模拟各安全出口达到危险临界状态的时间，运用Evac模拟达到危险临界时间的危害程度，即人员的未成功逃生人数，进而确定服装批发商铺火灾危险等级。结果表明：Q＜5040MJ，为安全级别，未造成人员危害；5040MJ≤Q≤5328MJ，为I1级危险，造成1人以上、10人以下危害；Q＞5328MJ，为I2级危险，造成10人以上危害。

关键词：火灾荷载；服装批发商铺；火灾危险等级；数值模拟

火灾荷载是火灾隐患和衡量火灾危险性的重要指标。目前，服装批发商铺“以店代库”的方式运营，增大了火灾荷载，增加了火灾危险性，致使该类场所火灾事故频繁发生。2012年，天津莱德商场发生火灾，造成10人死亡，16人受伤。2013年，乌兰察布市某商场发生火灾事故，造成1人死亡。特别是该类场所具有人员数量多、密度大、流动性强等特点，会增大危害后果。因此，控制火灾荷载，预防火灾事故，具有重要意义。研究结果拟为安全疏散条件设定、防火设计、安全管理、安全标准化评审提供支持和借鉴。

1商铺火灾荷载及分布规律

北京市属于特大城市，发生火灾事故势必影响范围广，形势恶劣。因此，笔者选取北京市服装批发商铺为调研对象。北京市服装批发市场主要集中在丰台区、西城区、朝阳区，统计这3个区200家商铺，包括10家商场，每家商场20家商铺。分析商铺火灾荷载分布规律，得出火灾荷载小于5000MJ的商铺占52％，大于5000MJ的商铺占48％。

2典型服装批发商场模型构建

运用卷尺实地测量15个防火分区的面积、长与宽、商铺面积、走廊间距、排烟净高度、吊顶高度、隔断高度、广告牌高度、隔断宽度等数据，运用Pyrosim构建与实际商场布局接近的典型模型，构建防火分区面积4940m2；长与宽比例1．3∶1；长80m、宽62m；走廊间距2．4m；吊顶高度（排烟净高度）3．5m；隔断高度2．8m；广告牌高度0．6m；隔断材质为饰面型防火木板；吊顶材质为石膏板；商铺面积为7．2m2，“宽×长”为2．4m×3m。通过实地调研，发现很多防火分区的安全疏散距离大多接近50m，不满足GB50016－2006《建筑设计防火规范》要求，主要由后天人为改造或者安全出口常年关闭导致，因此笔者构建最大安全疏散距离50m，符合现场实际情况。安全疏散出口宽度为16．8m，其位置及各出口宽度、高度用坐标表示：Exit1｛x（0．0，0．0），y（16．5，21．0），z（0．0，2．4）｝；Exit2｛x（0．0，0．0），y（41．0，45．5），z（0．0，2．4）｝；Exit3｛x（57．2，62．0），y（0．0，0．0），z（0．0，2．4）｝；Exit4｛x（59．0，62．0），y（62．0，62．0），z（0．0，2．4）｝。其二维平面图如图1所示。

3火灾场景模拟设置

3．1危险临界指标选取

烟气层界面位于人眼特征高度，可作为判定火灾危险的临界指标。通常，人眼的特征高度为1．2～1．8m，亚洲人为1．5m。影响人体耐受极限的因素主要有：烟气的遮旋光性（能见度）、高温性、毒性等。（1）遮旋光性。烟气具有一定的遮旋光性，是由于火灾烟气中含有大量固态和液态微粒，降低建筑物中的可见度。烟气对人员生命安全的影响包括生理影响和心理影响，能见度极低的情况下易使人产生恐惧与惊慌，影响疏散人员寻找出路并做出正确的判断。澳大利亚《消防工程师指南》给出适用于小空间和大空间的最低能见度，见表1所示。笔者研究对象为大空间建筑，能见度10m，为危险临界值。（2）高温性。燃烧产生烟气带有很大热量，烟气的高温性对人体呼吸系统、皮肤黏膜、眼睛等造成严重伤害，随着火场温度上升，最终达到人不能承受的温度。研究表明，烟气层高于人眼特征高度，热辐射对人员造成严重伤害，烟气温度达到200℃时人的忍受时间为3min，为危险临界状态。烟气层降至与人直接接触的高度造成人员直接烧伤，烟气温度达到100℃时为危险临界状态。（3）毒性。烟气中含有大量未完全燃烧的组分，这些没有完全燃烧的组分很多都含有毒性，如CO、HCl、CO2、HCN等。通常采用CO作为衡量烟气毒害性的指标。CO含量达到2．5kg／m3时，即达到危险临界状态。

3．2网格尺寸选取

为确保数值模拟结果的准确性，选取3种网格形式，0．34m×0．34m×0．34m；0．41m×0．41m×0．41m；0．51m×0．51m×0．51m，选取能见度指标对模拟时间及精度进行对比分析。模拟精度对比分析如下：0．34m×0．34m×0．34m和0．41m×0．41m×0．41m网格，Exit1和Exit2达到危险临界的时间均为206s。0．51m×0．51m×0．51m网格，Exit1和Exit2达到危险临界状态的时间为237s。综合考虑模拟时间和模拟精度，对于80m×62m×3．5m的防火分区，将网格划分为：0．41m×0．41m×0．41m，共270000个网格。在平衡模拟时间的前提下，确保分析数据的准确性。

3．3火源位置选取

考虑最不利原则，设计火源位置。商铺火灾荷载值相同时，离安全出口疏散距离最远的商铺位置，为着火后最危险及最不利于人员逃生的位置。笔者选取离4个安全出口疏散距离均最远的商铺位置为火源位置。如图1所示，用深色部分标注的商铺为火源位置。

3．4火灾场景设计

火源位置相同，火灾荷载不同，产生的最大热释放速率不同，即火灾发展特性和危害程度不同。笔者设计几种火灾场景，如表2所示。其中，可燃物以纤维类服装（聚酯纤维）为例，环境为1个标准大气压，温度20℃，喷淋、排烟失效。喷淋排烟失效为火灾发生后的最不利情况，笔者设计的最不利火灾场景具有典型代表性。1．5m高度处设置烟气能见度、CO质量浓度、温度的横向切片；2m高度处设置温度横向切片，探测安全出口的危险临界时间。

3．5火灾危险等级划分依据

参考火灾等级划分标准，依据设计的火灾场景，运用FDS＋Evac数值模拟，分析商铺火灾荷载不同时，火灾到达危险临界状态的时间Ta以及危害程度N（受到危害的人数）。依据危害程度的大小划分商铺的危险等级，见表3所示。

3．6模拟结果

运用FDS模拟火灾，模拟时间设为300s。通常min｛能见度危险时间、温度危险时间、CO危险时间｝为危险临界时间。通过模拟结果得知，CO浓度和温度达到危险临界值的时间均大于300s，只有烟气能见度达到危险临界值的时间小于300s。因此，烟气能见度为该类场所判断危险临界时间的判据。表4为各火灾场景下各出口达到危险临界状态的时间。

4人员疏散模拟

安全疏散准则是指发生火灾时，烟气没有达到危害人员生命状态前，建筑空间内人员全部逃生到安全区域。查阅相关资料，取火灾报警时间60s，一个防火分区人员疏散的行动时间10s。通过Evac人员疏散模拟，得到不同火灾场景下各安全出口达到危险临界状态时，未能成功逃生的人数。

4．1人员特性设置

（1）人员荷载确定。根据GB50016－2006《建筑设计防火规范》5．3．17条规定，商店的疏散人数应该按每层营业厅建筑面积乘以面积折算值和疏散人数换算系数计算。地上商店的面积折算值宜为50％～70％，疏散人数的换算系数见表5。该防火分区的面积为4940m2，综合考虑服装批发商场服装分布特点，面积折算值取0．6。基于保守考虑，疏散人数换算系数取最大值0．85。根据调研情况统计人员构成比例，男性占20％，女性占80％。人员荷载：4940×0．6×0．85＝2519；男性：2519×20％＝503；女性：2519×80％＝2016。（2）人员尺寸特征确定。根据GB10000－88《中国成年人人体尺寸》，18～60岁男性的最大肩宽99％分位数时为486mm，胸宽99％分位数时为331mm。18～55岁女性的最大肩宽99％分位数时为458mm，胸宽99％分位数时为319mm。（3）人员疏散速度确定。人员行走速度受多种因素影响，根据大量资料统计人员行走速度，见表6所示。

4．2模拟结果分析

通过Evac人员逃生模拟分析可得到出口的逃生人数，进而计算危害人数。每组场景模拟10次，将10次危害人数求取平均值，使模拟结果更精确。通过模拟分析得知六组场景危害人数，如表7所示。依据表3划分的火灾危险等级，得到服装批发商铺火灾危险等级，如表8所示。5结论服装批发商铺火灾危险等级划分结果为：Q＜5040MJ，安全级别，未造成人员危害；5040MJ≤Q≤5328MJ，I1级危险，造成1人以上，10人以下危害；Q＞5328MJ，I2级危险，造成10人以上危害。然而，火灾荷载小于5000MJ的商铺占52％，大于5000MJ的商铺占48％。即处于安全等级的服装批发商铺只占52％，相当大一部分商铺发生火灾会造成人员危害。研究结果适用于与笔者构建商场布局相接近的服装批发商场，针对此类场所提出以下建议：（1）动态监控商铺火灾荷载，控制在5040MJ范围内；（2）将火灾荷载这一定量判定火灾隐患的指标纳入标准、条文中，为安全生产标准化评审人员增添一项评审指标，利用强制性的手段，要求商场安全管理人员开展日常安全检查，将商铺火灾荷载控制在最佳范围内；（3）建立北京市服装批发商铺火灾荷载数据库，基于火灾荷载分布规律，进行该类场所性能化防火设计；（4）加强人员安全教育，大力宣传控制火灾荷载的重要意义。

作者:谢丹 王勇毅 单位:首都经济贸易大学安全与环境工程学院