基于FDS的可熔性采光带（窗）对火灾排烟效能影响分析

何方

（上海凯玲消防工程有限公司，上海 200050）

1 建筑火灾案例基本情况

以南方某市的一场火灾为例，火灾建筑情况如图1和图2所示，南10号建筑占地尺寸约9 m×9 m，共2层，总高约6.3 m，1层高约3.3 m，南10号庭院长×宽约为15 m×15 m，围墙高约3.2 m；南9号建筑及庭院与南10号基本相同；两建筑间隔4 m，两庭院间设中间隔墙（砖墙），高约3.1 m、宽0.3 m，庭院四周设围墙，高约3.1 m；南10号庭院采用塑料及彩钢板作为顶部，设有圆形钢立柱及方形钢梁；南9号庭院采用彩钢板作为顶部，设有圆形立柱及方形钢梁；两庭院顶部由建筑坡向围墙，坡度约15°，顶部与围墙留有0.1～0.2 m间隙，顶部与中间隔墙留有0.1～0.4 m间隙（离建筑一侧间隙较大）。两庭院内各堆有卷状胚布（胚布含水量较大且呈碱性，故较难引燃），呈正方形堆放，堆放高度1～2.5 m；南10号庭院靠中间隔墙中部设铁制货架，堆放塑料薄膜包裹的成品布，堆放高度约2.8 m；两庭院内分别有空调外机及电箱；南9号庭院中部有正在充电的电动自行车1辆。

图1 建筑及可燃物分布情况

图2 建筑顶部情况

某地指挥中心接到火警时间为某年11月26日01：35。根据气象资料显示，某年11月26日01：35实时气温为9.9℃，湿度为94%，2min平均风向为北风，风速为1.8m/s。

2 火灾后现场描述

南9号庭院中部电动自行车倒地并已完全烧尽；庭院顶棚及内墙面烟熏痕迹明显，中间隔墙面向庭院内的一面墙体剥落严重；庭院内电瓶车附近一堆卷状胚布已燃尽；庭院内靠近中间隔墙的上方钢梁严重变形（估计火灾时燃烧温度在500℃以上）；庭院内一配电箱过火且烟熏痕迹明显，判断其已不能正常工作。南9号建筑外立面空调（标高约4 m）基本烧毁。南10号庭院内成品布已大部分燃尽，空调1烟熏痕迹较明显，空调2基本无烟熏痕迹且可正常使用；庭院内配电箱烟熏痕迹较明显，但仍能继续使用；庭院塑料顶棚已完全烧毁；庭院内的大部分胚布烟熏痕迹明显，但无大面积燃烧痕迹；庭院中部（成品布堆放处）无用电设备、无电线，但当地消防大队发现可疑线圈1个。

3 FDS模型建立及火灾模拟结果

按照现场建筑几何形状、建筑材料尺寸及属性、内部分隔情况等建立FDS模型[1-2]，如图3、图4所示。设定起火部位，分为A、B两种情况：A情况，假设南10号（A建筑）中部（成品布堆放处）为起火部位，热释放速率设置为1 000 kW/m2；B情况，假设南9号（B建筑）电动自行车位置为起火部位，热释放速率设置为1 000 kW/m2。

图3 南10号起火（A）火灾模拟结果

图4 南9号起火（B）火灾模拟结果

基于FDS模型建立，并对庭院隔墙的烟气监测、庭院顶部的温度监测以及庭院隔墙的温度监测分别分析。

南10号庭院侧隔墙烟熏痕迹不明显，南9号庭院侧隔墙烟熏痕迹明显。FDS模拟：A情况时，南10号侧隔墙较南9号烟气质量浓度高；B情况时，南9号侧隔墙较南10号烟气质量浓度高，但由于南10号设有易熔采光带，通风排烟效应较好，造成现场南9号侧隔墙较南10号烟气质量浓度高，表现为火灾现场南9号庭院侧隔墙烟熏痕迹明显[3]。庭院隔墙的烟气检测情况如图5所示，火灾现场图如图6所示。

图5 庭院隔墙的烟气监测

南10号庭院顶部易熔采光带已烧毁（火灾初起顶部温度在50～100℃），南9号庭院的顶部温升不明显，但烟熏痕迹明显。FDS模拟（顶部热电偶放置在非火源正上方）：A情况时，南10号顶部温度较高；B情况时，南9号和南10号顶部温升不明显。由于南10号庭院易熔采光带已烧毁，通风排烟效应较好，使得火灾500 s后其顶部温度下降明显，南9号庭院由于水平向通风排烟条件较好，使得其顶部温度温升不明显[4-5]。庭院隔墙的烟气监测情况如图7所示，火灾现场图如图8所示。

图7 庭院顶部的温度监测

图8 庭院顶部火灾现场图

火灾现场南10号庭院侧隔墙烟熏痕迹及高温火烧痕迹不明显，南9号庭院侧隔墙烟熏痕迹及高温火烧痕迹明显。FDS模拟：A情况时，南10号侧隔墙较南9号温度高（温差约20℃）；B情况时，南9号侧隔墙较南10号烟温度高（温差430℃以上），由于南10号设有易熔采光带，纵向通风排烟效应较好，隔墙温度控制在约40℃内，而南9号只有局部的水平通风排烟，故隔墙温度可达到450℃以上，造成中间隔墙钢梁严重变形[6]。庭院隔墙的温度监测情况如图9所示，火灾现场图如图10所示。

图9 庭院隔墙的温度监测

图10 庭院隔墙火灾现场图

火灾现场南10号庭院电箱基本完好，可正常使用；南9号庭院电箱已烧毁，不能正常运行。FDS模拟：A情况时，由于南10号设有易熔采光带，纵向通风排烟效应较好，南10号庭院电箱基本完好；B情况时，由于南9号通风排烟效应不明显，故南9号庭院电箱部位在火灾时温度可达320℃以上。庭院内电箱的温度监测情况如图11所示，火灾现场图如图12所示。

图11 庭院内电箱的温度监测

图12 庭院顶部火灾现场图

4 火灾原因分析

南9号庭院中部为基本封闭的部位，对正在充电电动车的电池散热不利，且电动车被易燃的胚布堆包围（存在火灾隐患），故南9号庭院内中部正在充电的电动车为起火部位（起火点）的可能性较大。假设电动车为起火部位（起火点），首先引燃其周围的胚布，由于胚布含水量大，故初起火灾时胚布为阴燃状态，但电动车部位有较大火焰窜出，使得南9号庭院内靠近中间隔墙钢梁严重变形（估计火灾时燃烧温度在500℃以上），故南9号庭院产生的飞火通过中间隔墙与吊顶的夹缝进入南10号庭院中部，从而点燃南10号庭院中部的成品布堆垛（有铁质货架），这种可能性较大。由于电动车起火初期消耗了有限空间的大量氧气，外部又不能及时补充足够的氧气支持有焰燃烧，故南9号庭院中部在初起火灾数分钟后进入大面积的阴燃阶段，此推断与现场南9号庭院中部烟熏痕迹非常明显的现象基本吻合。

南10号庭院中部起火部位最可能是成品布处，起火点为线圈的可能性最大，但由于现场与线圈无相关连接的电线，故线圈在火灾时不可能带电工作，所以也不存在线圈引起的电气线路故障火灾。

可推断火灾于某年11月26日01：00左右发生，南10号内于11月25日18：00前已无人员，当天湿度较大，为95%，若有遗留火种，在当时的气象条件下，初起火灾以阴燃为主，且阴燃状态需维持数小时，南10号庭院内的围墙内壁及建筑外立面应有非常严重烟熏的痕迹，但现场无严重烟熏的痕迹。

火灾时非雷电天气，可排除引火源为雷击；南10号庭院围墙较高，庭院中部上方有吊顶，且中部起火（假设），外来火源从南10号围墙外进入庭院中部可能非常小，但从南9号庭院产生的飞火通过中间隔墙与吊顶的夹缝进入南10号庭院中部可能就变得较大。

5 结论

通过FDS对火灾场景重构，分析了火灾场景的温度、烟气密度、清晰高度等参数指标，其理论结果与现场吻合度较高。由于FDS建模的局限性，如燃烧物质参数不能完全确定、火灾规模同现实场景非完全一致、参数及计算的误差等，造成一定的偏差。虽然FDS的火灾模拟结果不能作为火灾调查的直接证据，但能够侧面印证火灾事故原因认定的准确性，并能在一定程度上科学地诠释火灾的发生发展规律。一些工业建筑火灾荷载较大、火灾规模发展迅速，只有迅速、大量排烟排热，才能更好地保护结构不坍塌，同时为消防救援提供更有利的环境。因此在屋面增设可熔性采光带（窗），可较大地发挥火灾时的排烟效能。