病房楼安全疏散可靠性评价

●袁松如

(北京海淀区消防支队,北京 100193)

大型医院病房楼作为公共聚集场所,既具有一般公共聚集场所人员密度和火灾荷载大等特点,同时由于其使用者的特殊性,老弱病残人员比例较大,这给人员疏散带来很大困难,大量的精密仪器和电气设备更是大大增加了火灾危险性。如 2004年 1月 22日,武汉市商业职工医院病房楼发生火灾,270余名婴儿、产妇、危重病人及其家属被困,7人死亡,11人受伤,过火面积 210m2,直接经济损失 14.7万元。2005年 12月 15日,吉林省辽源市中心医院发生特大火灾,致使 37人死亡,95人受伤,着火面积5 700m2,造成直接财产损失 821万余元。所以,搞好医院病房楼安全疏散评价,并制定切实可行的对策意义重大。

1 医院病房楼安全疏散难点

1.1 建筑面积大,人员密集

医院病房楼一般都比较大,一旦发生火灾,火势蔓延迅速,加上水带铺设距离长、消防用水量大等因素的影响,使得医院内人员的安全疏散和消防人员的救援活动十分困难。同时,有的病房楼长时间处于满员状态,甚至楼道内也设有临时床位,人员密度非常大,给疏散带来了很大问题,给灭火战斗带来十分不利的影响。

1.2 使用人员特殊,疏散困难

医院病房楼与普通建筑比较,其楼内人员多是体弱病残人员,大多行动不便,疏散能力很弱。且有许多重症患者,需要在医护人员的帮助下才能进行疏散,只有一小部分人员可自行疏散。病残人员不仅在生理上存在缺陷,心理也较脆弱,在遇到紧急情况时更易出现心理和行为的异常,会进一步加重疏散和救援的难度。例如 1998年常州市第一人民医院“8·26”特大火灾中,在四楼有许多病人被房间内的烟火逼到了窗口,在走投无路、得不到及时救助的情况下,他们耐不住烟火的熏烤,不顾消防员的劝阻,竟有 14人跳楼身亡。

1.3 人员流动性强,安全教育难以开展

医院病房楼由于其用途的特殊性,其人员流动性较强,安全教育难以开展,且大部分人员的防火和疏散知识欠缺,许多病房楼内存在私接电炉煮饭,私拉电热毯等现象,这就大大增加了病房楼建筑的火灾危险性。且许多病人入住后,对病房楼疏散通道的位置等情况掌握甚少,以至发生火灾后不知所措,找不到逃生路线,从而使疏散时间大大增长。

2 某医院病房楼安全疏散评价

2.1 病房楼的设计概况

该病房楼为四层砖混结构建筑,简化的结构与设计参数如表 1所示,其标准层平面图如图 1所示。

表1 建筑平面结构参数

门(15个/层) 高度/m宽度/m 3.0 1.2水平开口楼梯间开口(1个/层) 高度/m宽度/m 3.0 3.3安全出口(1个) 高度/m宽度/m 3.6 4.8

图1 标准层平面图

2.2 RSET的工程计算

对计算参数设定与修正的几点说明：(1)该栋四层医院病房楼中,假定最不利疏散条件下每间房间能容纳 3人,楼道护士站有 14人,清洁环卫人员 4人,每一层共需疏散 60人。(2)计算疏散时间必须考虑最不利疏散情况,故设定起火源在底层 1号房间内,第四层 1号房间为最不利疏散房间,将其作为研究对象。(3)对于该建筑内人员从发现着火到开始疏散的反应滞后时间,因为有大量伤病人员,所有参数扩大 2倍,即将正常情况下给出的 180s反应滞后时间修正为 Td=360s。

人员的整个疏散时间可分为疏散前的滞后时间和在某些出口处的拥塞、等待时间三部分,根据建筑物的结构特点,可将人员的疏散通道分成若干小段。在某些小段的出口处,人群通过时可能需要一定的拥挤、排队时间。于是第 i个人的疏散时间 ti可表示为为疏散前的滞后时间,包括察觉火灾和确认火灾所用的时间 ,di·n为第 n段的长度 ,vi·n为第 i个人在第 n段的平均行走速度,Δtn·queue为第 n段出口处的排队等候时间。最后一个离开医院的人员所用的时间就是该医院人员疏散所需的疏散时间[9]。

人的行走速度根据不同的人流密度选取。当人流密度大于 1人·m-2时,采用 0.58m·s-1的疏散速度,当人流密度小于 1人·m-2时,疏散速度取 1m·s-1,考虑到医院伤病人员疏散不便,应对上述疏散速度加以修正,即缩小 1.5倍,则该医院在不同人流密度下的疏散速度如表 2所示。

表2 不同人流密度下的疏散速度

图2 人员疏散路线图

Pauls提出,下楼梯的人员流量 f与楼梯的有效宽度 w和使用楼梯的人数 p有关,其计算公式为：f=(w/8040)0.73×p0.27,流量 f的单位为人·s-1,w的单位为 mm。此公式的应用范围为 0.1＜p/w＜0.55。如此按图 2的疏散路线,计算过程如下：

在第①区域：疏散距离以门的宽度计算,人流密度 ＜1人 · m-2,则 T1=1.2/0.667=1.8s;

在第②区域：疏散人流密度 =12/[2.7×(3.3+3.3-1.2)]=0.823＜1人· m-2,则 T2=(3.3+3.3-1.2)/0.667=8.1s;

在第③区域：疏散人流密度 =21/[2.7×(1.2+3.3+1.5)]=1.296＞1人· m-2,则 T3=(1.2+3.3+1.5)/0.387=15.52s;

在第④区域：四层至三层的楼梯段,p/w=60/330=0.181 8,符合公式计算要求,则 f1=(330/8040)0.73×600.27=0.293 6人· s-1,t1=60/0.2936=204.35s;

三层至二层的楼梯段,p/w=120/330=0.363 6,符合公式计算要求,则 f2=(330/8040)0.73×1200.27=0.354人 ·s-1,t2=120/0.354=338.94s;

二层至一层的楼梯段,p/w=180/330=0.545,符合公式计算要求,则 f3=(330/8040)0.73×1800.27=0.395人·s-1,t3=180/0.395=455.69s;

则楼梯段的疏散时间 T4=t1+t2+t3=204.35+338.94+455.69=998.98s;

进入一楼大厅后,因为大厅面积足够大且医院大门开口足够大,所以疏散人员到此后很容易迅速疏散至楼外安全区域,故设定由楼梯进入大厅到走出大门疏散完毕的时间为 15s。

综上,总疏散时间：

T0=Td+T1+T2+T3+T4+15=360+1.8+8.1+15.52+998.98+15=1399.4s=23.32min;即RSET=23.32min

2.3 CFAST模拟场景设计及 ASET的计算

2.3.1 模拟火灾场景设计

火灾模拟的起火源位于一楼的①～②位置的一个房间(保健室)内,模拟的起火源是实体家具。火灾的增长近似按 t2发展。本模拟火灾采用快速火灾,即 b=0.046 9。该火灾模拟是在最不利条件下(安全出口关闭、无机械通风)进行的。设计火灾模拟时间为 1 800s(30min)。

2.3.2 火灾模拟结果及分析

前文通过工程计算的方法得出该建筑必需的安全疏散时间 RSET为 23.32min,即 1 399.4s。由图3、图 4、图 5中模拟结果的数据可知,在 1 399.4s处,烟气层高度为 2.3m,烟气层温度为 423K(150℃),此时烟气还未达到对人员造成危害的条件。烟气层温度达到对人员造成危害的 453K,即 180℃所需时间为 1 847s,烟气层高度下降到危险临界高度 2.1m所需时间为 1 595s。可见,实际允许疏散时间 ASET=1 595s,该医院病房楼满足安全疏散可靠性要求。

3 结束语

本文选取某医院病房楼为研究对象,利用工程计算方法,对疏散最不利的房间在最不利情况下的疏散时间做出计算分析,得出必需的疏散时间RSET,且进一步利用 CFAST火灾区域模拟软件针对此病房楼在发生火灾情况下的烟气层高度、烟气温度以及 CO浓度三个方面做出模拟并与安全临界条件做比较得出实际允许疏散时间 ASET。最后,将必需疏散时间RSET与实际允许疏散时间ASET作比较,得出该医院病房楼满足安全疏散可靠性要求的结论。

图3 烟气层高度随时间变化图

图4 烟气温度随时间变化图

图5 起火房间下部 CO浓度随时间的变化曲线

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[4]章孝思.高层建筑防火[M].北京：建筑工业出版社,1985.

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