本文把徐州直屬棉庫內(nèi)的任一標(biāo)準(zhǔn)庫確定為評價的工程范圍。
棉庫火災(zāi)安全評價的總體目標(biāo)和性能判定標(biāo)準(zhǔn)
1 總體目標(biāo)
性能化設(shè)計中消防安全總體目標(biāo)，通俗地講即火災(zāi)防護(hù)的目的，即用定性的方式表述的消防安全設(shè)計結(jié)果。
棉庫的主要功能為儲存物資，其火災(zāi)安全評價的總體目標(biāo)確定為：
（1）保護(hù)消防人員的安全并使其能夠開展有效的滅火工作；
（2）最大限度地保護(hù)庫內(nèi)棉花的安全，控制燃燒、煙熏損失范圍。
2 性能判定標(biāo)準(zhǔn)
性能判定標(biāo)準(zhǔn)是對設(shè)計總體目標(biāo)的更進(jìn)一步的提煉，是用量化方式表述的消防安全的設(shè)計結(jié)果，是量化的消防安全總體目標(biāo)。一般以危害指標(biāo)為其表現(xiàn)形式，包括生命安全標(biāo)準(zhǔn)和非生命安全標(biāo)準(zhǔn)。
對于棉庫我們以生命安全標(biāo)準(zhǔn)為判據(jù)。因為平時棉庫內(nèi)部沒有人，火災(zāi)時保證消防隊員生命安全并能實施有效滅火條件即作為棉庫火災(zāi)安全評價的性能判定標(biāo)準(zhǔn)，在保證此條件的情況下就能最大限度地保護(hù)棉花的安全，即保證了非生命安全標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)參考文獻(xiàn)及我國規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，考慮棉花火災(zāi)的發(fā)展蔓延情況，為保證消防隊員實施有效滅火，確定火災(zāi)發(fā)展30min內(nèi)生命安全危險的計算判據(jù)（安全判據(jù)）如表1所示。在計算和判斷中，如果火災(zāi)發(fā)展30min內(nèi)冷空氣層的高度低于2.5m，則距地板2.5m內(nèi)空氣中O2體積份數(shù)、CO2體積份數(shù)、CO體積份數(shù)和溫度四個參數(shù)的極限值取熱煙氣層中的相應(yīng)數(shù)值。
表1生命危險計算判據(jù)
設(shè)計棉庫的火災(zāi)場景
火災(zāi)場景是對可能發(fā)生的火災(zāi)事件的描述，它包括火災(zāi)特征、建筑物特征和人員特征。設(shè)計火災(zāi)場景即確定建筑或建筑物某部分內(nèi)火災(zāi)發(fā)展和燃燒物蔓延的一組條件。
根據(jù)棉庫這種工業(yè)倉庫的特點，它的火災(zāi)場景包括建立棉花燃燒的火災(zāi)模型，確定火災(zāi)的發(fā)展蔓延速度，設(shè)計火災(zāi)和不同條件下消防隊的救援時間。
1 火災(zāi)模型
采用t2模型來描述棉花火災(zāi)過程中熱釋放速率隨時間的變化過程，其模型如下：
Q=b·t2
t 火災(zāi)的發(fā)展時間，S
火災(zāi)發(fā)展系數(shù)b表征火災(zāi)蔓延的快慢，根據(jù)NFPA的分類，火災(zāi)發(fā)展階段可分為極快、快速、中等和緩慢四種類型。針對棉花燃燒特性，確定棉花燃燒為快速燃燒類型，取b值為0.0469。
2 火災(zāi)發(fā)展時間的設(shè)定
文獻(xiàn)中有關(guān)火災(zāi)發(fā)展時間的規(guī)定如表2所示，考慮到我國棉庫建設(shè)的實際情況以及棉花的燃燒特點，并留有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，在棉庫火災(zāi)模擬計算時取火災(zāi)發(fā)展時間為30min。火災(zāi)發(fā)展30min內(nèi)生命危險的計算判據(jù)（安全判據(jù)）如表1所示。
3 最大熱釋放速率
表2 DIN18232中有關(guān)火災(zāi)發(fā)展時間的規(guī)定
根據(jù)DIN18232第二部分，，按火災(zāi)的發(fā)展時間和發(fā)展快慢，對火災(zāi)的組別進(jìn)行了分類，不同火災(zāi)組別對應(yīng)的最大熱釋放速率如表3所示。共分五組，最大熱釋放速率分別為6MW、12MW、24MW、48MW、90MW，以此作為模擬計算的火源條件。
所確定的火源熱釋放速率模型如圖1所示，該圖反映了火災(zāi)模擬中熱釋放速率隨著模擬時間的變化規(guī)律，以及達(dá)到設(shè)定最大熱釋放時所經(jīng)歷的時間，即消防隊員控制火災(zāi)達(dá)到最大設(shè)定熱釋放速率時所允許的時間。
表3不同火災(zāi)組別的最大熱釋放速率
本文運用目前較為成熟的區(qū)域火災(zāi)模擬軟件CFAST3.17，模擬計算了各種開口條件和不同最大熱釋放速率情況下冷空氣層高度、熱煙氣層溫度、冷空氣層溫度、熱煙氣層中有毒氣體（CO、CO2）的體積份數(shù)、冷空氣層中O2體積份數(shù)等火災(zāi)狀態(tài)參數(shù)。
1 計算條件
（1）設(shè)定開窗面積
模擬火災(zāi)時設(shè)定開啟外窗面積（有效排煙面積）分別為地板面積的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，即計算在排煙口的面積分別為10m2、20m2、30m2、40m2、502時不同火源情況下的火災(zāi)狀態(tài)參數(shù)。
（2）設(shè)定開門數(shù)量
徐州棉庫的每棟標(biāo)準(zhǔn)庫房在4個立面有6個面積相同的門（寬×高3.5×4m=14m2），設(shè)定分別開戶1個、2個、3個、4個外門，即模擬計算開啟門的面積分別為14m2、28m2、42m2、56m2時的火災(zāi)狀態(tài)參數(shù)。
2 不同條件下有關(guān)狀態(tài)參數(shù)的模擬計算
根據(jù)前述的設(shè)定，火源有5種變化，開窗條件有5種變化，開門的條件有4種變化，共有5×5×4=100個算例。
將計算所需的各種參數(shù)定完成，形成一個計算模型數(shù)據(jù)庫，對這100個算例運用CFAST軟件進(jìn)行火災(zāi)模擬，對于需要考察的狀態(tài)參數(shù)：冷空氣層高度、熱煙氣層溫度、冷空氣層溫度、有毒氣體濃度等6項指標(biāo)，每一個指標(biāo)在火災(zāi)模擬的作任一時刻點都有100個計算結(jié)果（5種火源條件×5種開窗面積×4種開門情況=100個）。然后將計算結(jié)果輸出到一個結(jié)果文件中。計算完成后運用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出各種火源條件、開窗條件、開門條件下冷空氣層高度、熱煙氣層溫度、冷空氣層溫度、熱煙氣層中有毒氣體（CO、CO2）的體積份數(shù)、冷空氣層中有毒氣體（CO、CO2）的體積份數(shù)，冷空氣層中O2體積份數(shù)的值。然后在Excel軟件下將計算數(shù)據(jù)自動繪成方便對比分析的圖形和表格（當(dāng)冷空氣層高度低于2.5m時，冷空氣層中CO體積份數(shù)取當(dāng)時相應(yīng)的熱煙氣層中CO的體積份數(shù)值）。
圖2為最大熱釋放速率48MW、開1個門時冷空氣層高度隨時間和開窗面積變化的曲線，圖3為開4個門、25min時熱煙氣層溫度隨開窗面積和最大熱釋放速率變化的曲線，圖4為最大熱釋放速率90MW、開1個門時冷空氣層CO的體積分?jǐn)?shù)隨時間和開窗面積變化的曲線。（限于篇幅只繪出一組圖形）。
對根據(jù)計算結(jié)果匯集而成的圖形進(jìn)行對比分析，可以明晰地看出各種狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律以及相互之間的關(guān)系。
把計算數(shù)據(jù)與表1中生命危險的計算判據(jù)進(jìn)行對比，當(dāng)冷空氣層高度、熱煙氣層溫度、冷空氣層溫度、冷空氣層中CO的體積分?jǐn)?shù)4項生命安全指標(biāo)中有一項達(dá)到或超過計算數(shù)據(jù)，我們即認(rèn)為置身于其中的消防隊員的生命安全受到嚴(yán)重威脅，已不能進(jìn)行滅火撲救活動。通過分析可以得到以下定量的認(rèn)識：
（1）當(dāng)?shù)?組火災(zāi)（最大熱釋放速率90MW）運行至25min時，所有通風(fēng)條件下庫內(nèi)環(huán)境均超過生命危險的計算判據(jù)（如圖3），即消防隊員此時已不能在庫內(nèi)進(jìn)行滅火活動；
（2）當(dāng)?shù)?組火災(zāi)（最大熱釋放速率48MW）發(fā)展至25min時，在排煙口面積為地板面積的0.5%、開啟1個或2個庫門的情況下，庫內(nèi)環(huán)境已超過生命危險的計算判據(jù)（如圖2），但此時消防隊員可以通過增加排煙口和進(jìn)風(fēng)口面積來改善這種環(huán)境，從而繼續(xù)滅火行動；
（3）其余的火災(zāi)情況在25min時均達(dá)不到生命危險的計算判據(jù)，即火勢都在消防隊的可控制范圍以內(nèi)；
（4）消防隊有能力控制的棉庫火災(zāi)最大為第4組的情況，即最大熱釋放速率不超過48MW的火災(zāi)；
（5）對照DIN18232對火災(zāi)的組別的劃分和表3中不同火災(zāi)組別的最大熱釋放速率，而當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到20min時最大熱釋放速率即已達(dá)到48MW，因此棉庫火災(zāi)的允許控火時間不超過20min，即一旦火災(zāi)不能在20min內(nèi)得到有效控制，火勢將超過消防隊的控制能力，從而釀成大火。
通過本文研究得到以下結(jié)論：
（1）在設(shè)計棉庫等大型丙類物品倉庫時，應(yīng)對此類倉庫的排煙設(shè)計提出明確的要求，明確開門、開窗面積指標(biāo)和開啟方式，有條件時應(yīng)考慮采取機(jī)械排煙方式。從經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，建議排煙口有效面積采用地板面積的2.0%為宜；
（2）此類標(biāo)準(zhǔn)棉庫火災(zāi)，消防隊的最大控火能力為48MW，即消防隊有能力控制火災(zāi)穩(wěn)定燃燒并成功撲救的時間不超過20min。如在這個時間內(nèi)不能控制住火勢，火災(zāi)的撲救將十分艱難，火場情況難以預(yù)料。因此，在設(shè)計建設(shè)大型棉庫時應(yīng)設(shè)置專職消防隊，以縮短第一出動到達(dá)火場的時間，從而有效地控制火源的最大熱釋放速率，減小撲救難度和火災(zāi)損失。按照開啟4個庫門控火、滅火的目標(biāo)，專職隊員每個班組應(yīng)不少于8人；
（3）在本文模擬計算的條件下，棉庫在起火30min內(nèi)不會發(fā)生轟燃現(xiàn)象。因此，在撲救類似于棉庫這種大空間工業(yè)倉庫的火災(zāi)時，消防指揮員應(yīng)改變對轟燃現(xiàn)象理解的定式，到達(dá)火場后首先應(yīng)指揮有關(guān)人員最大限度地打開排煙口進(jìn)行排煙，疏導(dǎo)煙氣，然后開啟庫門、庫門的開啟數(shù)量不少于4個（根據(jù)實際情況，盡可能多開啟），選擇從多個方向布置水槍手，迅速控制火災(zāi)使之穩(wěn)定燃燒。為保證冷空氣層高度的穩(wěn)定，建議開門的面積（進(jìn)風(fēng)口面積）宜不小于開窗的面積（排煙口面積）的2倍。
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