基于FDS的可熔性采光帶（窗）對火災排煙效能影響分析

何方

（上海凱玲消防工程有限公司，上海 200050）

1 建筑火災案例基本情況

以南方某市的一場火災為例，火災建筑情況如圖1和圖2所示，南10號建筑占地尺寸約9 m×9 m，共2層，總高約6.3 m，1層高約3.3 m，南10號庭院長×寬約為15 m×15 m，圍墻高約3.2 m；南9號建筑及庭院與南10號基本相同；兩建筑間隔4 m，兩庭院間設中間隔墻（磚墻），高約3.1 m、寬0.3 m，庭院四周設圍墻，高約3.1 m；南10號庭院采用塑料及彩鋼板作為頂部，設有圓形鋼立柱及方形鋼梁；南9號庭院采用彩鋼板作為頂部，設有圓形立柱及方形鋼梁；兩庭院頂部由建筑坡向圍墻，坡度約15°，頂部與圍墻留有0.1～0.2 m間隙，頂部與中間隔墻留有0.1～0.4 m間隙（離建筑一側間隙較大）。兩庭院內各堆有卷狀胚布（胚布含水量較大且呈堿性，故較難引燃），呈正方形堆放，堆放高度1～2.5 m；南10號庭院靠中間隔墻中部設鐵制貨架，堆放塑料薄膜包裹的成品布，堆放高度約2.8 m；兩庭院內分別有空調外機及電箱；南9號庭院中部有正在充電的電動自行車1輛。

圖1 建筑及可燃物分布情況

圖2 建筑頂部情況

某地指揮中心接到火警時間為某年11月26日01：35。根據氣象資料顯示，某年11月26日01：35實時氣溫為9.9℃，濕度為94%，2min平均風向為北風，風速為1.8m/s。

2 火災后現場描述

南9號庭院中部電動自行車倒地并已完全燒盡；庭院頂棚及內墻面煙熏痕跡明顯，中間隔墻面向庭院內的一面墻體剝落嚴重；庭院內電瓶車附近一堆卷狀胚布已燃盡；庭院內靠近中間隔墻的上方鋼梁嚴重變形（估計火災時燃燒溫度在500℃以上）；庭院內一配電箱過火且煙熏痕跡明顯，判斷其已不能正常工作。南9號建筑外立面空調（標高約4 m）基本燒毀。南10號庭院內成品布已大部分燃盡，空調1煙熏痕跡較明顯，空調2基本無煙熏痕跡且可正常使用；庭院內配電箱煙熏痕跡較明顯，但仍能繼續使用；庭院塑料頂棚已完全燒毀；庭院內的大部分胚布煙熏痕跡明顯，但無大面積燃燒痕跡；庭院中部（成品布堆放處）無用電設備、無電線，但當地消防大隊發現可疑線圈1個。

3 FDS模型建立及火災模擬結果

按照現場建筑幾何形狀、建筑材料尺寸及屬性、內部分隔情況等建立FDS模型[1-2]，如圖3、圖4所示。設定起火部位，分為A、B兩種情況：A情況，假設南10號（A建筑）中部（成品布堆放處）為起火部位，熱釋放速率設置為1 000 kW/m2；B情況，假設南9號（B建筑）電動自行車位置為起火部位，熱釋放速率設置為1 000 kW/m2。

圖3 南10號起火（A）火災模擬結果

圖4 南9號起火（B）火災模擬結果

基于FDS模型建立，并對庭院隔墻的煙氣監測、庭院頂部的溫度監測以及庭院隔墻的溫度監測分別分析。

南10號庭院側隔墻煙熏痕跡不明顯，南9號庭院側隔墻煙熏痕跡明顯。FDS模擬：A情況時，南10號側隔墻較南9號煙氣質量濃度高；B情況時，南9號側隔墻較南10號煙氣質量濃度高，但由于南10號設有易熔采光帶，通風排煙效應較好，造成現場南9號側隔墻較南10號煙氣質量濃度高，表現為火災現場南9號庭院側隔墻煙熏痕跡明顯[3]。庭院隔墻的煙氣檢測情況如圖5所示，火災現場圖如圖6所示。

圖5 庭院隔墻的煙氣監測

南10號庭院頂部易熔采光帶已燒毀（火災初起頂部溫度在50～100℃），南9號庭院的頂部溫升不明顯，但煙熏痕跡明顯。FDS模擬（頂部熱電偶放置在非火源正上方）：A情況時，南10號頂部溫度較高；B情況時，南9號和南10號頂部溫升不明顯。由于南10號庭院易熔采光帶已燒毀，通風排煙效應較好，使得火災500 s后其頂部溫度下降明顯，南9號庭院由于水平向通風排煙條件較好，使得其頂部溫度溫升不明顯[4-5]。庭院隔墻的煙氣監測情況如圖7所示，火災現場圖如圖8所示。

圖7 庭院頂部的溫度監測

圖8 庭院頂部火災現場圖

火災現場南10號庭院側隔墻煙熏痕跡及高溫火燒痕跡不明顯，南9號庭院側隔墻煙熏痕跡及高溫火燒痕跡明顯。FDS模擬：A情況時，南10號側隔墻較南9號溫度高（溫差約20℃）；B情況時，南9號側隔墻較南10號煙溫度高（溫差430℃以上），由于南10號設有易熔采光帶，縱向通風排煙效應較好，隔墻溫度控制在約40℃內，而南9號只有局部的水平通風排煙，故隔墻溫度可達到450℃以上，造成中間隔墻鋼梁嚴重變形[6]。庭院隔墻的溫度監測情況如圖9所示，火災現場圖如圖10所示。

圖9 庭院隔墻的溫度監測

圖10 庭院隔墻火災現場圖

火災現場南10號庭院電箱基本完好，可正常使用；南9號庭院電箱已燒毀，不能正常運行。FDS模擬：A情況時，由于南10號設有易熔采光帶，縱向通風排煙效應較好，南10號庭院電箱基本完好；B情況時，由于南9號通風排煙效應不明顯，故南9號庭院電箱部位在火災時溫度可達320℃以上。庭院內電箱的溫度監測情況如圖11所示，火災現場圖如圖12所示。

圖11 庭院內電箱的溫度監測

圖12 庭院頂部火災現場圖

4 火災原因分析

南9號庭院中部為基本封閉的部位，對正在充電電動車的電池散熱不利，且電動車被易燃的胚布堆包圍（存在火災隱患），故南9號庭院內中部正在充電的電動車為起火部位（起火點）的可能性較大。假設電動車為起火部位（起火點），首先引燃其周圍的胚布，由于胚布含水量大，故初起火災時胚布為陰燃狀態，但電動車部位有較大火焰竄出，使得南9號庭院內靠近中間隔墻鋼梁嚴重變形（估計火災時燃燒溫度在500℃以上），故南9號庭院產生的飛火通過中間隔墻與吊頂的夾縫進入南10號庭院中部，從而點燃南10號庭院中部的成品布堆垛（有鐵質貨架），這種可能性較大。由于電動車起火初期消耗了有限空間的大量氧氣，外部又不能及時補充足夠的氧氣支持有焰燃燒，故南9號庭院中部在初起火災數分鐘后進入大面積的陰燃階段，此推斷與現場南9號庭院中部煙熏痕跡非常明顯的現象基本吻合。

南10號庭院中部起火部位最可能是成品布處，起火點為線圈的可能性最大，但由于現場與線圈無相關連接的電線，故線圈在火災時不可能帶電工作，所以也不存在線圈引起的電氣線路故障火災。

可推斷火災于某年11月26日01：00左右發生，南10號內于11月25日18：00前已無人員，當天濕度較大，為95%，若有遺留火種，在當時的氣象條件下，初起火災以陰燃為主，且陰燃狀態需維持數小時，南10號庭院內的圍墻內壁及建筑外立面應有非常嚴重煙熏的痕跡，但現場無嚴重煙熏的痕跡。

火災時非雷電天氣，可排除引火源為雷擊；南10號庭院圍墻較高，庭院中部上方有吊頂，且中部起火（假設），外來火源從南10號圍墻外進入庭院中部可能非常小，但從南9號庭院產生的飛火通過中間隔墻與吊頂的夾縫進入南10號庭院中部可能就變得較大。

5 結論

通過FDS對火災場景重構，分析了火災場景的溫度、煙氣密度、清晰高度等參數指標，其理論結果與現場吻合度較高。由于FDS建模的局限性，如燃燒物質參數不能完全確定、火災規模同現實場景非完全一致、參數及計算的誤差等，造成一定的偏差。雖然FDS的火災模擬結果不能作為火災調查的直接證據，但能夠側面印證火災事故原因認定的準確性，并能在一定程度上科學地詮釋火災的發生發展規律。一些工業建筑火災荷載較大、火災規模發展迅速，只有迅速、大量排煙排熱，才能更好地保護結構不坍塌，同時為消防救援提供更有利的環境。因此在屋面增設可熔性采光帶（窗），可較大地發揮火災時的排煙效能。