火災煙氣擴散及人員死亡原因分析

火災煙氣擴散及人員死亡原因分析

“三個受眾”是指居住、生產(chǎn)、儲存、經(jīng)營的建筑，以及混合使用功能以外的場所。該同一建筑空間可以是一獨立建筑或一建筑中的一部分,且住宿與其他使用功能之間未設置有效的防火分隔。該類場所是隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟快速發(fā)展應運而生的,種類多、數(shù)量大,火災隱患顯著,事故頻發(fā),傷亡慘重。福建石獅某“三合一”店面火災中二樓員工宿舍內(nèi)有5人被困,其中3人最終得救、2人死亡。借助火災動力學模擬軟件FDS可以模擬這起火災的發(fā)展過程,分析火災過程中的多項指標變化,幫助確定人員致死原因,進一步探討“三合一”場所消防安全隱患整治對策。1“3”火災1.1員工私家車等三大倉庫起火建筑為磚混結(jié)構(gòu),地上7層,其中第一層臨街為經(jīng)營服裝及裝備的店面,門口是展柜,中間有個倉庫,后面有木質(zhì)樓梯與第二層連通,如圖1所示。第二層是員工宿舍,共有四間臥室和一個浴室,中間臥室無開窗,臨街外墻上裝設有廣告牌,遮住了大半個窗口,如圖2所示。三層以上為居民樓,與一、二層無連通。一、二層共同構(gòu)成了“三合一”場所。1.2屋頂擴散型火災發(fā)生于一樓店面內(nèi)的倉庫,起火原因為倉庫內(nèi)的“熱得快”干燒。初期,火勢在一樓倉庫局部發(fā)展,因卷簾門關閉,僅有樓道可供通風,在通風受限條件下,火勢發(fā)展較慢,而煙氣則通過樓道向二樓擴散。隨后發(fā)現(xiàn)店面起火的老板打開了卷簾門,此時通風條件改善,火勢迅速擴大,產(chǎn)生大量濃煙,順著樓梯灌入二樓。雖然火勢已蔓延至樓道,且樓梯過火情況較為嚴重,但二樓房間有的未過火,有的燃燒程度較輕。有窗戶的臥室①、③、④內(nèi)的員工及時發(fā)現(xiàn)火災,并通過窗口逃生,而中間密閉臥室②內(nèi)的員工因發(fā)現(xiàn)太晚,自防自救能力欠缺,最后困守臥室中,窒息而死。2火災重建2.1模擬對象的選取根據(jù)實際建筑物的結(jié)構(gòu)及可燃物分布情況,建立如圖3所示的模型?；馂陌l(fā)生后,只有一樓店面及二樓員工宿舍過煙過火。為節(jié)省計算時間,僅選取前述“三合一”場所作為模擬對象,其中一樓尺寸為13m×4m×3m,二樓尺寸為13m×8m×3m。由于火災只在室內(nèi)發(fā)展蔓延,模擬時僅在店面門口外側(cè)擴展0.2m的計算區(qū)域,其他方面不設擴展計算區(qū)域。2.2模擬結(jié)果的計算為保證計算結(jié)果的合理性和準確性,對劃分的網(wǎng)格進行了獨立性測試,采用0.1m×0.1m×0.1m、0.05m×0.05m×0.05m、0.025m×0.025m×0.025m三套網(wǎng)格。模擬結(jié)果顯示,后兩套網(wǎng)格的計算結(jié)果幾乎相同,但第三套網(wǎng)格的計算時間明顯長于第二套網(wǎng)格。因此,筆者采用第二套網(wǎng)格計算。另外,根據(jù)火災調(diào)查情況,二樓及一樓展柜部分過火面較小,只需考慮煙氣動向,故網(wǎng)格劃分可適當擴大。最終將模型劃分為三個區(qū),即一樓展柜區(qū)(網(wǎng)格劃分0.1m×0.1m×0.1m)、一樓后部區(qū)(網(wǎng)格劃分0.05m×0.05m×0.05m)及二樓區(qū)(網(wǎng)格劃分0.1m×0.1m×0.1m),網(wǎng)格總數(shù)1201920個。2.3倉庫內(nèi)0.5m0.3.根據(jù)火災調(diào)查結(jié)果,計算所用的假設主要有:(1)起火點設置在倉庫內(nèi),初始溫度設為環(huán)境溫度20℃;(2)假設室外風速對室內(nèi)流場無影響,門窗等通風口處速度為零,考慮到門窗縫隙,統(tǒng)一在上沿開0.1m高的孔隙;(3)倉庫內(nèi)貨物尺寸為0.3m×0.3m×0.3m,縱橫間隔0.2m均勻擺放在貨架上;(4)火源位置設在距離廁所1m、距離外墻0.2m、距離地面0.3m的貨物表面上,尺寸為0.3m×0.3m;(5)考慮到實際火源為“熱得快”干燒,火災初期火源功率很小,假設為90kW,較之轟燃發(fā)生后的功率1883kW相差很大,可以忽略不計,故認為此火源功率較接近于實際火災的點火源;(6)據(jù)調(diào)查,從二樓員工發(fā)現(xiàn)火災報警至消防隊到場用時約5min,且到場時火災已發(fā)展到全面燃燒階段,這個發(fā)展過程一般需要5min。因此,整個模擬時間設為10min,并假設4min時店面卷簾門被打開。3結(jié)果與討論3.1由局部擴大到全面發(fā)展的突變從圖4熱釋放速率曲線可以看出,此次火災發(fā)展可以分成3個階段。第一階段:燃燒主要發(fā)生在一樓倉庫內(nèi),此時火災還處于初級階段(0~283s),火勢在局部緩慢發(fā)展擴大,是滅火的最佳時機;第二階段:燃燒經(jīng)過一個從局部擴大到全面發(fā)展的突變,此時火災處于轟燃階段(284~299s),火勢充滿倉庫并迅速向大廳及樓道蔓延,是火災中最危險的時刻,火勢已難以控制;第三階段:燃燒迅速衰減進入一個相對穩(wěn)定的階段(300~600s),一方面部分可燃物表面燃燒結(jié)束,另一方面火勢還在繼續(xù)蔓延。3.2倉庫周邊溫度分析為了分析室內(nèi)溫度隨火勢發(fā)展的變化情況,分別在5個不同點設置了熱電偶,其具體位置如表1所示。所有熱電偶與所在樓層頂棚的距離均為0.1m。各探測點處溫度變化情況,如圖5所示。從圖5可以看出:倉庫內(nèi)頂棚附近的溫度在300s左右出現(xiàn)驟升,最高溫度達到894℃,顯然發(fā)生了轟燃;一樓大廳及樓梯口溫度在相同時間段內(nèi)也出現(xiàn)大幅提升,表明火勢已經(jīng)波及至此,故通過樓梯逃生不可行;二樓走道(最高溫度269℃)及臥室②(最高溫度174℃)內(nèi)的溫度變化幅度較之一樓明顯小些,說明火勢還未蔓延到二樓,即員工不是被燒死的,溫度的提高主要是高溫煙氣擴散的結(jié)果。根據(jù)研究,人體對煙氣層等火災環(huán)境的輻射熱耐受極限為2.5kW/m2,相當于上部煙氣層溫度達到180~200℃。臥室②內(nèi)的最高溫度只有174℃,即沒有超過人體耐受極限,故輻射熱不是臥室②內(nèi)員工致死原因。3.3煙氣的排除和開為了更直觀地掌握火災發(fā)展過程中的煙氣動態(tài),圖6給出了火災模擬開始后每隔2min的煙氣分布情況。從圖6可以看出:由于臥室②無開窗,缺乏空氣流通,煙氣通過門縫進入密閉臥室②的速度明顯小于其他臥室,這就可以解釋有開窗的臥室內(nèi)的員工為何先發(fā)現(xiàn)煙氣而通過窗口逃生。300s左右發(fā)生轟燃后,煙氣迅速填充了二樓大部分空間,這一方面由于轟燃導致產(chǎn)煙量增大,另一方面也因為熱煙氣得不到及時排除,而這與戶外廣告牌遮擋臨街窗口阻止排煙關系甚大。到10min時,煙氣已填充二樓所有空間,即使臥室②內(nèi)的員工之前發(fā)現(xiàn)起火并開門逃生,由于一方面走道早已濃煙彌漫,使人睜不開眼睛、辨不清方向,另一方面人員缺乏應付、擺脫困境的力量或能力而造成恐懼,嚴重干擾正常思維,削弱理性判斷能力,促使臥室②內(nèi)的員工關上房門躲在屋里,最終被有毒濃煙吞噬生命。4關于風險和對策的討論4.1消防安全相關法規(guī)對二、四相關條文規(guī)定,本法院對樓梯口不斷店面主要存在以下違反《中華人民共和國消防法》(以下簡稱《消防法》)的行為,造成了諸多安全隱患。(1)《消防法》第十五條明確規(guī)定:“在設有車間或者倉庫的建筑物內(nèi),不得設置員工集體宿舍。在設有車間或者倉庫的建筑物內(nèi),已經(jīng)設置員工集體宿舍的,應當限期加以解決。對于暫時確有困難的,應當采取必要的消防安全措施,經(jīng)公安消防機構(gòu)批準后,可以繼續(xù)使用?！钡昝嫖磳N售區(qū)和生活區(qū)分離開,導致一樓起火嚴重威脅二樓員工生命安全。(2)《消防法》第二十八條明確規(guī)定:人員密集場所的門窗不得設置影響逃生和滅火救援的障礙物。但該店面中二樓樓梯口處外窗為防盜安裝了鐵柵欄,無形中將消防救生通道“網(wǎng)死”。(3)現(xiàn)行法規(guī)規(guī)定:墻面廣告牌不能遮蔽外墻開口、窗口或建筑的主要結(jié)構(gòu);外墻面廣告牌高度不得超過建筑物實體墻的上緣,寬度不得大于建筑物的兩側(cè)墻面。但店面二樓臨街窗口安裝的廣告牌明顯不符合要求,嚴重影響排煙散熱,阻礙了人員從窗戶逃生和外部施救,并使滅火救援工作難度加大。(4)GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》規(guī)定:未采用機械排煙設施的建筑,在消防設計時,應留有足夠的符合消防安全要求的可開啟外窗。但該店面二樓臥室②卻沒有開窗,既影響排煙散熱,又缺失了疏散救人的第二通道,這正是兩名女員工無法逃生的重要原因之一。4.2加強各部門協(xié)作,形成合力,降低火災危害針對“三合一”場所普遍存在的消防安全隱患,不但要對現(xiàn)狀加以管制,更要從政策層面加以引導,從法律層面加以規(guī)范。(1)通過“網(wǎng)格化”管理手段,全面排查整治“三合一”場所火災隱患,構(gòu)建全覆蓋、無盲點的隱患排查網(wǎng)絡。(2)通過法律手段,加強火災隱患源頭管理,在地方政府的統(tǒng)一領導下,加強多部門協(xié)調(diào)配合,形成合力,齊抓共管。(3)通過宣傳手段,加強消防安全培訓,普及消防法律法規(guī)和基本滅火逃生常識,增強群眾消防安全意識。(4)通過技術手段,預防火災發(fā)生,減小火災危害:在“三合一”場所內(nèi)采取有效的防火隔離措施,設置獨立的安全出口,將住宿場所從經(jīng)營場所中獨立分離出來;對有人員住宿的房間必須開設外窗作