费氏曲线在大型购物中心防火安全评估中的应用

●王竟萱，白凤杰

(廊坊市消防支队，河北廊坊 065000)

0 引言

公安消防部门依法监督，对重大火灾隐患的确定应慎重，要体现“以人为本”的思想，如果发生火灾，对人的危险性大小是确定重大火灾隐患的第一条件。要充分发挥政府统一领导的作用，举全社会的合力，整改火灾隐患，转危为安，化险为夷，确保社会公共安全［1］。防火安全评估可以减少火灾隐患，可以更客观、准确地认识火灾的危险性，从而为人们预防、控制和扑灭火灾提供依据，同时防火安全评估也是火灾科学与消防工程的重要组成部分，是其今后发展的重点。所以研究防火安全评估十分必要，选取好的方法更能将防火安全评估的作用发挥到最大，对防火工作的意义重大。本文针对国内大型购物中心的空间特性和防火对策作探讨，利用费氏曲线对购物中心的防火安全进行评估，得出人员安全曲线(LS)，并整理出国内大型购物中心的空间特性在防火安全上存在的不足。

1 费氏曲线评估法

1.1 费氏曲线评估法

费氏曲线评估法是由美国伍斯特大学费杰罗教授累积25年的防火安全理论与实践经验所独创，是一种评估建筑防火安全性能的方法。费氏曲线评估法可应用于任何法规与标准，由有组织的理解和阐述建筑火灾特性的各个程序所组成。整体建筑防火安全系统依据建筑的功能、特性和组织简化成几个部分，人员安全分析(Life－safety Analysis)是此系统中相当重要的部分［2］。

1.2 评估逻辑结构

费氏曲线评估法评估建筑物防火性能的方法为确定性分析，但结果可能会以随机性分析来表示。费氏曲线评估法主要特色为:利用随机性分析的火灾条件或情境设定，将建筑物可能面临的风险用某些特定词将其特征化，让学者和专家了解特定建筑空间的重要特性。

费氏曲线评估法只是一种思考方式，是一种逻辑形式的思考，有助于人们了解建筑火灾特性。此评估方法在建筑管理和建筑工业上有助于消防工程领域通过自身所了解的建筑火灾特性，使专业人员和消防工作人员在消防安全上做更好的沟通与决定，并了解建筑物因火和热导致的破坏、特定疏散场所的可使疏散人员存活的时间和建筑结构因火灾崩塌的时间。这些潜在的风险特征，将有助于人员对安全、财产的防护，对产业是否可以继续进行、邻近建筑是否会受到危害与环境危害的了解。

1.3 主要评估曲线

费氏曲线评估法由有组织的理解与阐述建筑火灾特性的多个程序所组成。包括:有关建筑物的内部装修、火灾荷载等因素的I曲线，人员灭火能力的M曲线，自动灭火设施可靠度的A曲线，以上三者合并的L曲线，有关烟气到达、累积的S曲线，有关疏散允许时间的人员安全的LS曲线。

2 费氏曲线评估方法应用

2.1 实例选取

大型购物中心平时的流动人员复杂，数量庞大，最高可达数万人。在防火安全的人员安全防护、财产安全防护、营业继续的防护与环境防护等4个主要防火安全目标中，以人员安全防护为首。本文选取某购物中心，利用费氏曲线中的人员安全曲线(LS Curves)来进行调查分析。

2.1.1 起火地点

购物中心内的场所用途非常多，有卖玩具、服饰、体育用品等场所，还有大型书店、餐厅、美食街、电影院、停车场、机械设备空间等场所。其中比较危险的起火地点为货架式的玩具店或鞋店，因其商品、货物采用垂直式堆置，火灾初期不易被发现;而且具有大量可燃且能产生大量烟气的塑料制品及皮革，发生火灾时容易产生大量有毒浓烟。澳大利亚已经做过玩具店与鞋店的燃烧实验，为配合该燃烧实验的实验条件，以适度利用此燃烧实验的数据，本文选定该购物中心六楼有顶棚的人行通道旁的玩具店作为起火地点。

2.1.2 疏散地点

商店与有顶棚的人行通道间都设有防火卷帘门，烟气无法自由流动，但国外的设计都是允许烟气从起火区流动到有顶棚的人行通道进行蓄积或排出。所以购物中心依照现行法规设置防火卷帘门，最容易受到烟气侵害的应为该起火区内的人员，接着随火势扩大破坏防火或防烟分区，烟气则流动到其他区域或有顶棚的人行通道，这时最易受烟气侵害的人员为顶楼因烟层蓄积与下降时最先抵达的该楼层人员。因为选定起火地点为六楼有顶棚的人行通道旁的玩具店，所以疏散地点选定为该购物中心七楼(顶楼)的电影院。

2.1.3 疏散路径

疏散路径拟定为:该购物中心七楼的电影院内距离疏散出口最远端到最近的疏散出口，再由电影院疏散出口疏散到最近的疏散楼梯，再经过疏散楼梯疏散到一楼出口。

2.1.4 烟气移动路径

起火地点的烟气直接流动到有顶棚的人行通道，并从有顶棚的人行通道顶端开始蓄积。这与规定利用防火卷帘门所围成的防火分区将烟与热流区域隔开的控制烟气的方式不同，目前国内也正在探讨有顶棚的人行通道周围的防火卷帘门未设置(或放下)的条件下，利用人行区大空间的蓄烟能力，是否仍能有效防止烟气的危害。

2.1.5 临界烟量

在火场中烟气存在的状况下，人的可见度超过10 m以上则此空间的烟浓度可维持人员存活。可见度低于10 m时，则此空间的烟浓度不可维持人员存活。有关烟的产生、流动、蓄积、下降的时间计算相当复杂［3］，一般而言有4种方式:全尺寸实验、缩小尺寸实验、实验室实验、计算机软件仿真。本文采用澳洲实验室实验数据做合理转移得出大概的烟层下降情况。

2.2 应用方法

步骤一:在选定地点的4个不同角落安排4名观察人员，距离为10 m，目测数字牌的观测结果。

步骤二:以数字牌5代表该购物中心七楼离地面2 m的位置(起火点为6楼玩具店)。

步骤三:将澳洲实验数据依照图1的事件分析加以应用。

步骤四:观测者观察到烟气时就代表烟气进入此防烟分区。4名观测者中，最先观察到烟气时的时间点，代表概率为0%;最后观察到烟层时的时间点，代表概率为100%。两个时间点间的概率分配采用平均分配。

步骤五:观测者完全无法辨识数字牌时，代表此防烟分区蓄积了足够致命的烟量，此点不可以使人员存活。4名观测者中，最先无法辨识数字牌时的时间点，代表概率为0%;最后无法辨识数字牌时的时间点，其概率为100%。两个时间点间的概率分配采用平均分配。

按此方法可得出表1、表2、表3三组数据。图1为分析逻辑树。

利用表1、表2、表3可绘出人员安全曲线，如图2所示。

图1 分析逻辑树

表1 观测者目测烟到达数字牌的时间

表2 观测者目测烟遮蔽数字牌的时间

表3 防烟区域的人存活概率表

2.3 疏散时间的计算

疏散时间计算的方法有4种［4］:(1)实地预警实验。选定一群具有代表性的实验者，告知他们模拟的火灾情境，观察实验者的移动与疏散时间。此方法费时费力，而且未必与真实火灾的疏散情况相同。(2)实地不预警实验。在不告知人们的情况下，直接在选定的场所施放烟雾或敲响火警警铃，之后在暗中或利用监视系统进行观察与纪录。此方式危险性极高，有可能因人员惊慌造成人员伤亡，但数据非常准确。(3)实地调查。调查选定地点的人员数量、出口位置及宽度、疏散路径的距离等，再通过公式计算出疏散时间。(4)计算机软件仿真。将实地调查的数据输入计算机，利用计算机软件计算出疏散时间。

图2 人员安全曲线

本文采用实地调查得出疏散时间。根据该购物中心的资料可得:七楼全层可容纳5200人。取2号疏散楼梯，按照其防火疏散的方案，若发生火灾，预计从2号疏散楼梯疏散的人员约为820人。2号疏散楼梯的宽度为2.80 m。所以可算出疏散移动时间:820/(2.80 ×1)=293 s。

2.4 疏散预动作时间

根据该购物中心防火演练和防火措施中可得:(1)感知时间，感烟探测器动作的时间一般为60 s。(2)通报时间，无线电呼叫六楼的安全人员，时间约为10 s。(3)防火人员前往时间，假设防火人员刚好在距离起火点最远处，水平距离为100 m，移动速度为2 m·s－1，则防火人员抵达起火点时间为50 s。(4)通报时间，防火人员利用无线电呼叫一楼的救火人员，时间约为10 s。(5)救火人员抵达起火点时间，楼梯间垂直距离为25 m，移动速度为2.5 m·s－1，则该时间为10 s。(6)初期灭火失败时间，假设为60 s。(7)灭火失败通报时间，救火人员利用无线电通知购物中心消防控制室初期灭火失败，时间约为10 s。(8)广播时间，消防控制室启动语音广播时间为10 s。各个通报程序所需时间合计为220 s。

2.5 人员安全曲线(LS)的绘制

由以上分析及模拟数据可得七楼疏散时间为:总疏散时间=疏散预动作时间+疏散移动时间=220+293=513 s。

S曲线中的横坐标时间减去疏散时间，则变成允许疏散时间，即为LS曲线，如图3所示。

图3 人员安全曲线

图3的意义是疏散人员在火灾发生后2.45 min内开始疏散，则人员的存活率为100%，若在火灾发生后3 min才开始疏散，则人员存活率降至45%，若超过3.45 min才开始疏散，则其存活率为0%，而本文所得出的延迟疏散时间为220 s(3.67 min)，所以人员存活率为0%，代表该购物中心在六楼发生火灾时，若不启动防火卷帘门，让烟气直接流动到人行通道，且不向外排烟(可视为未设排烟系统或排烟系统失效的情况)，则有部分人员无法顺利疏散，将导致伤亡产生。

3 结论与建议

经以上数据分析可得:该购物中心六楼发生火灾时，延迟疏散时间为220 s(3.67 min)，人员存活率为0%，表明若不启动防火卷帘门，让烟气直接流动到人行通道，且不向外排烟，则有部分人员无法顺利疏散，将产生人员伤亡。

费氏曲线评估法属于刚推展的评估法，其相关的数据库尚在建立中，因此对于建筑物防火安全性能的评估只能利用火灾案例分析或实验来获得逻辑树中各事件的概率值，需要耗费相当的人力、物力与财力，但若能取得各个事件的概率值，则所得出的曲线具有一定的精确性。若不能取得各个概率值，可利用已研究或发表的文献或实验数据，加以转换或替代此概率值，再利用曲线图加以展现，虽无法完全发挥费氏曲线评估法的强大功能，但其曲线图表达的易读性，仍值得采用。

未来国内若能逐步推广费氏曲线评估法，将各个案例所得出的各曲线事件概率值逐步整合，置入数据库，甚至加以程序化，则消防工程界的防火安全评估人员可利用此共通的数据库的数据产生逻辑树的概率值。

［1］李引擎.建筑防火的性能设计及其规范［J］.建筑科学，2002，18(5):53－55.

［2］吴宗之，高进东，魏利军.危险评价方法与应用［M］.北京:冶金工业出版社，2001.

［3］韩新，沈祖炎，曾杰，等.建筑火灾危险性评估性能方法基本框架研究［J］.自然灾害学报，2001，10(2):50 －57.

［4］杨波.大型综合性商业建筑的性能化消防设计［D］.重庆:重庆大学，2005.