火災場景和疏散場景設定
火災場景是對某特定火災從引燃或者從設定的燃燒到火災增長到最高峰以及火災所造成的破壞的描述。火災場景的建立應包括概率因素和確定性因素；也就是說，此種火災發生的可能性有多大，如果真的發生了，那么火災又是怎么發展和蔓延的。在建立火災場景時，我們應該考慮的因素有很多，其中包括：建筑的平面布局；火災荷載及分布狀態；火災可能發生的位置；室內人員的分布與狀態；火災可能發生時的環境因素等。
一、火災場景確定的原則
火災場景的確定應根據最不利的原則確定，選擇火災風險較大的火災場景作為設定火災場景。如火災發生在疏散出口附近并令該疏散出口不可利用、自動滅火系統或排煙系統由于某種原因而失效等。火災風險較大的火災場景一般為最有可能發生，但火災危害不一定最大；或者火災危害大，但發生的可能性較小的火災場景。
火災場景須能描述火災引燃、增長和受控火災的特征以及煙氣和火勢蔓延的可能途徑、設置在建筑室內外的所有滅火設施的作用、每一個火災場景的可能后果。
1.在設計火災時，應分析和確定建筑物的以下基本情況
①建筑物內的可燃物；
②建筑的結構、布局；
③建筑物的自救能力與外部救援力量。
2.在進行建筑物內可燃物的分析時應著重分析以下因素
①潛在的引火源；??
②可燃物的種類及其燃燒性能；
③可燃物的分布情況；
④可燃物的火災荷載密度。
3.在分析建筑的結構布局時應著重考慮以下因素
①起火房間的外形尺寸和內部空間情況；
②起火房間的通風口形狀及分布、開啟狀態；
③房間與相鄰房間、相鄰樓層及疏散通道的相互關系；
④房間的圍護結構構件和材料的燃燒性能、力學性能、隔熱性能、毒性性能及發煙性能。
4.分析和確定建筑物在發生火災時的自救能力與外部救援力量時應著重考慮以下因素
①建筑物的消防供水情況和建筑物室內外的消火栓滅火系統；
②建筑內部的自動噴水滅火系統和其他自動滅火系統（包括各種氣體滅火系統、干粉滅火系統等）的類型與設置場所；
③火災報警系統的類型與設置場所；
④消防隊的技術裝備、到達火場的時間和滅火控火能力；
⑤煙氣控制系統的設置情況。
5.在確定火災發展模型時，應至少考慮下列參數
①初始可燃物對相鄰可燃物的引燃特征值和蔓延過程；
②多個可燃物同時燃燒時熱釋放速率的疊加關系；
③火災的發展時間和火災達到轟燃所需時間；
④滅火系統和消防隊對火災發展的控制能力；
⑤通風情況對火災發展的影響因子；
⑥煙氣控制系統對火災發展蔓延的影響因子；
⑦火災發展對建筑構件的熱作用。
二、確定火災場景的方法
確定火災場景可采用下述方法：故障類型和影響分析、故障分析、如果－怎么辦分析、相關統計數據、工程核查表、危害指數、危害和操作性研究、初步危害分析、故障樹分析、事件樹分析、原因后果分析和可靠性分析等。
事件樹是風險級別評定程序中常用的一個方法，不過風險級別評定過程常常可以進行簡化。在這種情形下，風險級別評定不需要事件樹就能進行。然而，在不能使用簡化方式的時候需要采用事件樹的方法，根據構成火災場景單一的事件的發生概率，得到該火災場景的發生概率。
（一）事件樹
事件樹的構建代表與火災場景相關的從著火到結束的時間事件順序。事件樹的構建始于初始的事件，例如對于所有消防安全系統的特征及所有居住者而言，與初始狀態相結合的初始事件是起火。接著構建分叉和添加分支來反映每個可能發生的事件。此過程不斷反復直到表現出所有可能的初始狀態。每個分叉是基于可能事件的發生來構建的。貫穿此樹的路徑代表研究的火災場景。
事件樹表現為火災特征、系統及特征的狀態、人員的響應、火災最終結果和影響后果的其他方面的變化。與建筑系統和特征相關的事件實例包括：
①火災引燃的第二個物件；
②火災被門或其他障礙物阻隔；
③質量下降或性能降低的系統或特征；
④窗戶上的玻璃破裂。
事故樹是類似事件樹的邏輯樹，不過在每個分支上是一個條件或狀況，而不是按時間發展的事件。場景是貫穿這混合樹的一條單一的路徑。
（二）發生的概率
采用獲得的數據和推薦的工程評價方法估算每個事件發生的概率。對于有些分支，初始火災的特征是主導因素，火災事故數據是獲得合適概率的數據源。
通過沿著路徑直到場景的所有概率相乘來評估每個場景相關的概率。
（三）火災后果的考慮
采用獲得的可靠數據和推薦的工程評價方法來估計每個場景的后果。后果應以適當的方式（如人員死傷或預期的火災損失費用）來體現。此估計可以考慮隨時間改變的影響。
當估算因火災導致人員死傷的后果時，應保證使用的數據是與研究中的場景相關的。有關人員行為取決于環境的性質。
（四）風險評定
按風險順序評定程序，風險可通過后果的概率和場景的發生概率相乘進行估算。
（五）最終的選擇
對于每一個消防安全目標，應選用風險級別最高的火災場景進行定量分析。所選的場景應該代表主要的累加風險，即所有場景的風險總和。
①應考慮一個火災場景對風險的重大影響，否則可能忽略一個特殊的消防安全系統或特殊的設計；
②在此階段，由于一個場景產生的結果導致設計所需采用的費用相當高，而不考慮它對風險的重大影響是不恰當的。應該在詳細的分析之后，來決定是否接受這個導致成本過高的特殊火災場景的風險。
三、火災場景設計
設計火災是對某一特定火災場景的工程描述，可以用一些參數如熱釋放速率、火災增長速率、物質分解物、物質分解率等或者其他與火災有關的可以計量或計算的參數來表現其特征。
（一）火災危險源辨識
設計火災場景，首先應進行火災危險源的辨識。分析建筑物里可能面臨的火災風險主要來自哪些方面。分析可燃物的種類，火災荷載的密度，可燃物的燃燒特征等。火災危險源識別是開展火災場景設計的基礎環節，只有充分、全面地把握建筑物所面臨的火災風險的來源，才能完整、準確地對各類火災風險進行分析、評判，進行采取針對性的消防設計措施，確保將火災風險控制在可接受的范圍之內。
（二）火災增長
火災在點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、數量、擺放方式、通風條件等有關。原則上，在設計火災增長曲線時可采用以下幾種方法：①可燃物實際的燃燒實驗數據；②類似可燃物實際的燃燒實驗數據；③根據類似的可燃物燃燒實驗數據推導出的預測算法；④基于物質的燃燒特性的計算方法；⑤火災蔓延與發展數學模型。在性能化設計中，如果能夠獲得所分析可燃物的實際燃燒實驗數據，那么采用實驗數據進行火災增長曲線的設計是最好的選擇。
大量實驗表明，多數火災從點燃到發展到充分燃燒階段，火災中的熱釋放速率大體上按照時間的平方的關系增長，只是增長的速度有快有慢，因此在實際設計中我們常常采用這一種稱為“t平方火”的火災增長模型對實際火災進行模擬。火災的增長規律可用下面的方程描述：
????????????????????????????????????????????????????????????（4-3-5-1）
式中???—熱釋放速率，kW；
?—火災增長系數，kW/s2；
t—時間，s。
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，其火災增長系數如表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??四種標準t2火
增長類型 火災增長系（kW/s2） 達到1MW的時間（s） 典型可燃材料
超快速 0.1876 75 油池火、易燃的裝飾家具、輕的窗簾
快速 0.0469 150 裝滿東西的郵袋、塑料泡沫、疊放的木架
中速 0.01172 300 棉與聚酯纖維彈簧床墊、木制辦公桌
慢速 0.00293 600 厚重的木制品
實際火災中，熱釋放速率的變化是個非常復雜的過程，上述設計的火災增長曲線只是與實際火災相似，為了使得設計的火災曲線能夠反映實際火災的特性，應作適當的保守的考慮，如選擇較快的增長速度，或較大的熱釋放速率等。
（三）設定火災
安全目標不同，確定最大火災規模的方法也不同。火災規模是性能化設計中的重要參數，工程上通常參考以下三種方法來綜合確定火災的規模。
1.噴淋啟動確定火災規模
對于安裝自動噴水滅火系統的區域，其火災發展通常將受到自動噴水滅火系統的控制，一般情況下自動噴水滅火系統能夠在火災的起始階段將火撲滅，至少是將火勢控制在一定強度下。
假定自動噴水滅火系統啟動后火勢的規模將不再擴大，火源熱釋放速率保持在噴頭啟動時的水平。自動噴水滅火系統控制下的火災規模可以使用DETACT分析軟件進行預測。
考慮到同一類型噴頭之間RTI值之間的差異，在采用上述方法預測火災規模時建議取最大的RTI值。比如，ESFR噴頭取28（m??s）0.5，快速響應噴頭取50（m??s）0.5，普通噴頭取350?（m??s）0.5。
2.相關設計規范或指南
上海市工程建設規范《民用建筑防排煙技術規程》DGJ?08-88“火災模型的確定和排煙量”給出了各類場所的火災模型，有關商業建筑的火災規模參見下表4-3-5-2。
表4-3-5-2??熱釋放量
建筑類別 熱釋放量Q（ＭＷ）
設有噴淋的商場 ５
設有噴淋的辦公室、客房 １.５
設有噴淋的公共場所 ２.５
設有噴淋的汽車庫 １.５
設有噴淋的超市、倉庫 ４
設有噴淋的中庭 １
無噴淋的辦公室、客房 ６
無噴淋的汽車庫 ３
無噴淋的中庭 ４
無噴淋的公共場所 ８
無噴淋的超市、倉庫 ２０
注：設有快速響應噴頭的場所可按本表減小40%。
3.根據燃燒實驗數據確定
根據物品的實際燃燒實驗數據來確定最大熱釋放速率是最直接和最準確的方法，一些物品的最大熱釋放速率可以通過一些科技文獻或火災試驗數據庫得到。例如，表4-3-5-3是NFPA92B中提供的部分物品燃燒時最大熱釋放速率的數據，圖4-3-5-2為美國國家技術與標準研究院（NIST）火災試驗數據庫FASTDAT中提供的席夢思床墊的火災實驗熱釋放速率曲線。
表4-3-5-3??NFPA92B中提供的最大熱釋放速率的數據
物品 質量（kg） 最大熱釋放速率（kW）
廢紙簍 0.73-1.04 4-18
天鵝絨綿窗簾 1.9 160-240
丙烯酸纖維綿窗簾 1.4 130-150
電視機 27-33 120-290
實驗用座椅 1.36 63-66
實驗用沙發 2.8 130
干燥的圣誕樹 6.5-7.4 500-600
?
圖4-3-5-2?席夢思床墊燃燒熱釋放速率曲線
4.根據轟然條件確定
轟燃是火災從初期的增長階段向充分發展階段轉變的一個相對短暫的過程。發生轟然時室內的大部分物品開始劇烈燃燒，可以認為此時的火災的功率，即熱釋放速率，達到最大值。根據英國學者托馬斯（Thomas）的研究結果，室內火災發生轟燃時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—房間達到轟燃所需的臨界火災功率，?kW；
AT—房間內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。
由于上述結果是以一個面積為16m2大小的房間內的火災實驗數據得出的，因此對于小房間的情況預測結果能夠比較好地反映實際情況，而對于較大的房間上述公式可能會有較大的誤差。另外有一些學者通過木材和聚亞安酯（polyurethane）實驗得出轟燃時的平均熱釋放速率為：
??????????????????????????????????????????????????????????（4-3-5-3）
式中?Qfo—房間達到轟燃所需的臨界火災功率，?kW；
Av—開口的面積，m2；
Hv—開口的高度，m。
這里?稱為通風因子，是分析室內火災發展的重要參數。在通風因子的一定范圍內，可燃物的燃燒速率主要由進入燃燒區域的空氣流量決定，這種燃燒狀況稱為通風控制。如果房間的開口逐漸增大，可燃物的燃燒速率對空氣的依賴逐漸減弱，當開口達到一定程度后可燃物的燃燒主要由可燃物的性質決定，此時的燃燒狀況稱為燃料控制。對于木質纖維物質的燃燒，可用下面的條件判斷燃燒的狀態：
通風控制：????????????????????????????????????????（4-3-5-4）
燃料控制：????????????????????????????????????????（4-3-5-5）
式中??AF——可燃物燃燒的表面積，m2。
5.燃料控制型火災的計算方法
對于燃料控制型火災,即火災的燃燒速度由燃料的性質和數量決定時，如果知道燃料燃燒時單位面積的熱釋放速率，那么可以根據火災發生時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，也可根據建筑物的使用性質和相關的統計數據，來預測火災的規模，例如NFPA92B中建議對于零售商店火災單位面積熱釋放速率可取為500kW/m2，辦公室內火災可取為250kW/m2。
表4-3-5-4??NFPA92B中提供的單位地面面積熱釋放速率
物質 每平方英尺面積的熱釋放速率（kW）
堆疊起1.5英尺高的木架 125
堆疊起5英尺高的木架 350
堆疊起10英尺高的木架 600
堆疊起16英尺高的木架 900
堆疊起5英尺裝滿東西的郵袋 35
甲醇 65
汽油 290
煤油 290
柴油 175
四、疏散場景確定
疏散場景設計需要考慮影響人員安全疏散的諸多影響因素，特別是疏散通道的情況、人員狀態（如人員密度、對建筑的熟悉程度等）、火災煙氣和人員的心理因素。根據煙氣計算的火災場景建立相應疏散模型，并應考慮火災煙氣阻塞出口的最不利工況，計算人員安全疏散時間。
（一）疏散過程
疏散是伴隨著新的沖動的產生和在行動過程中采取新的決定的一個連續的過程。在某種程度上一種簡化過程的方法就是從工程學的角度將疏散過程分為三個階段：
①察覺（外部刺激）
②行為和反應（行為舉止）
③運動（行動）
此時，人員的信息處理過程見圖4-3-5-3所示。
圖4-3-5-3 ?人員的信息處理過程
（二）安全疏散標準
如果人員疏散到安全地點所需要的時間小于通過判斷火場人員疏散耐受條件得出的危險來臨時間，并且考慮到一定的安全余量，則可認為人員疏散是安全的，疏散設計合理；反之則認為不安全，需要改進設計。
疏散時間（RSET）包括疏散開始時間（tstart）和疏散行動時間（taction）兩部分。疏散時間預測將采用以下方法：
????????RSET＝tstart＋taction?????????????????????????????（4-3-5-6）
1.疏散開始時間（tstart）
疏散開始時間即從起火到開始疏散的時間，一般地，疏散開始時間與火災探測系統、報警系統，起火場所、人員相對位置，疏散人員狀態及狀況、建筑物形狀及管理狀況，疏散誘導手段等因素有關。疏散開始時間（tstart）可分為探測時間（td）、報警時間（ta）和人員的疏散預動時間（tpre）。
??????????????????tstart?=?td?+?ta?+?tpre????????????????????????????（4-3-5-7）
其中：
探測時間（td）：火災發生、發展將觸發火災探測與報警裝置而發出報警信號，使人們意識到有異常情況發生，或者人員通過本身的味覺、嗅覺及視覺系統察覺到火災征兆的時間。
報警時間（ta）：從探測器動作或報警開始至警報系統啟動的時間。
人員的疏散預動時間（tpre）：人員的疏散預動時間為人員從接到火災警報之后到疏散行動開始之前的這段時間間隔，包括識別時間（trec）和反應時間（tres）。
??????????????????????tpre=trec?+?tres??????????????????????????????（4-3-5-8）
其中：
識別時間（trec）為從火災報警或信號發出后到人員還未開始反應的這一時間段。當人員接受到火災信息并開始作出反應時，識別階段即結束。
反應時間（tres）：為從人員識別報警或信號并開始做出反應至開始直接朝出口方向疏散之間的時間。與識別階段類似，反應階段的時間長短也與建筑空間的環境狀況有密切關系，從數秒鐘到數分鐘不等。
2.疏散行動時間（taction）
疏散行動時間（taction）即從疏散開始至疏散到安全地點的時間，它由疏散動態模擬模型模擬得到。疏散行動時間預測是基于建筑中人員在疏散過程中是有序進行，不發生恐慌為前提的。
?
圖4-3-5-4?火災發展與人員疏散過程關系
如上圖所示，考慮到疏散過程中存在的某些不確定性因素（實際人員組成、人員狀態等），需要在分析中考慮一定的安全余量以進一步提高建筑物的疏散安全水平。安全余量的大小應根據工程分析中考慮的具體因素，計算模擬結果的準確程度以及參數選取是否保守，是否考慮到了足夠的不利情況（如，考慮在火災區附近的疏散出口被封閉）等多方面確定。
