三、火灾场景设计

　　设计火灾是对某一特定火灾场景的工程描述，可以用一些参数如热释放速率、火灾增长速率、物质分解物、物质分解率等或者其他与火灾有关的可以计量或计算的参数来表现其特征。

　　(一)火灾危险源辨识

　　设计火灾场景，首先应进行火灾危险源的辨识。分析建筑物里可能面临的火灾风险主要来自哪些方面。分析可燃物的种类，火灾荷载的密度，可燃物的燃烧特征等。火灾危险源识别是开展火灾场景设计的基础环节，只有充分、全面地把握建筑物所面临的火灾风险的来源，才能完整、准确地对各类火灾风险进行分析、评判，进行采取针对性的消防设计措施，确保将火灾风险控制在可接受的范围之内。

　　(二)火灾增长

　　火灾在点燃后热释放速率将不断增加，热释放速率增加的快慢与可燃物的性质、数量、摆放方式、通风条件等有关。原则上，在设计火灾增长曲线时可采用以下几种方法：①可燃物实际的燃烧实验数据;②类似可燃物实际的燃烧实验数据;③根据类似的可燃物燃烧实验数据推导出的预测算法;④基于物质的燃烧特性的计算方法;⑤火灾蔓延与发展数学模型。在性能化设计中，如果能够获得所分析可燃物的实际燃烧实验数据，那么采用实验数据进行火灾增长曲线的设计是最好的选择。

　　大量实验表明，多数火灾从点燃到发展到充分燃烧阶段，火灾中的热释放速率大体上按照时间的平方的关系增长，只是增长的速度有快有慢，因此在实际设计中我们常常采用这一种称为“t平方火”的火灾增长模型对实际火灾进行模拟。火灾的增长规律可用下面的方程描述：

　　t平方火的增长速度一般分为慢速、中速、快速、超快速四种类型，如图4-3-5-1所示，其火灾增长系数如表4-3-5-1所示。

图4-3-5-1 四种t平方火增长曲线

　　表4-3-5-1 四种标准t2火

　　实际火灾中，热释放速率的变化是个非常复杂的过程，上述设计的火灾增长曲线只是与实际火灾相似，为了使得设计的火灾曲线能够反映实际火灾的特性，应作适当的保守的考虑，如选择较快的增长速度，或较大的热释放速率等。

　　(三)设定火灾

　　安全目标不同，确定最大火灾规模的方法也不同。火灾规模是性能化设计中的重要参数，工程上通常参考以下三种方法来综合确定火灾的规模。

　　1.喷淋启动确定火灾规模

　　对于安装自动喷水灭火系统的区域，其火灾发展通常将受到自动喷水灭火系统的控制，一般情况下自动喷水灭火系统能够在火灾的起始阶段将火扑灭，至少是将火势控制在一定强度下。

　　假定自动喷水灭火系统启动后火势的规模将不再扩大，火源热释放速率保持在喷头启动时的水平。自动喷水灭火系统控制下的火灾规模可以使用DETACT分析软件进行预测。

　　考虑到同一类型喷头之间RTI值之间的差异，在采用上述方法预测火灾规模时建议取最大的RTI值。比如，ESFR喷头取28(m· s)0.5，快速响应喷头取50(m· s)0.5，普通喷头取350 (m· s)0.5。

　　2.相关设计规范或指南

　　上海市工程建设规范《民用建筑防排烟技术规程》DGJ 08-88“火灾模型的确定和排烟量”给出了各类场所的火灾模型，有关商业建筑的火灾规模参见下表4-3-5-2。

　　表4-3-5-2 热释放量

　　注：设有快速响应喷头的场所可按本表减小40%。

　　3.根据燃烧实验数据确定

　　根据物品的实际燃烧实验数据来确定最大热释放速率是最直接和最准确的方法，一些物品的最大热释放速率可以通过一些科技文献或火灾试验数据库得到。例如，表4-3-5-3是NFPA92B中提供的部分物品燃烧时最大热释放速率的数据，图4-3-5-2为美国国家技术与标准研究院(NIST)火灾试验数据库FASTDAT中提供的席梦思床垫的火灾实验热释放速率曲线。

　　表4-3-5-3 NFPA92B中提供的最大热释放速率的数据

图4-3-5-2 席梦思床垫燃烧热释放速率曲线

　　4.根据轰然条件确定

　　轰燃是火灾从初期的增长阶段向充分发展阶段转变的一个相对短暂的过程。发生轰然时室内的大部分物品开始剧烈燃烧，可以认为此时的火灾的功率，即热释放速率，达到最大值。根据英国学者托马斯(Thomas)的研究结果，室内火灾发生轰燃时的临界热释放速率可以用下面的公式表示：

(4-3-5-2)

　　式中 Qfo—房间达到轰燃所需的临界火灾功率， kW;

　　AT—房间内扣除开口后的总表面积， m2;

　　Av—开口的面积，m2;

　　Hv—开口的高度，m。

　　由于上述结果是以一个面积为16m2大小的房间内的火灾实验数据得出的，因此对于小房间的情况预测结果能够比较好地反映实际情况，而对于较大的房间上述公式可能会有较大的误差。另外有一些学者通过木材和聚亚安酯(polyurethane)实验得出轰燃时的平均热释放速率为：

　　(4-3-5-3)

　　式中 Qfo—房间达到轰燃所需的临界火灾功率， kW;

　　Av—开口的面积，m2;

　　Hv—开口的高度，m。

　　这里

　　称为通风因子，是分析室内火灾发展的重要参数。在通风因子的一定范围内，可燃物的燃烧速率主要由进入燃烧区域的空气流量决定，这种燃烧状况称为通风控制。如果房间的开口逐渐增大，可燃物的燃烧速率对空气的依赖逐渐减弱，当开口达到一定程度后可燃物的燃烧主要由可燃物的性质决定，此时的燃烧状况称为燃料控制。对于木质纤维物质的燃烧，可用下面的条件判断燃烧的状态：通风控制：

　　式中 AF——可燃物燃烧的表面积，m2。

　　5.燃料控制型火灾的计算方法

　　对于燃料控制型火灾,即火灾的燃烧速度由燃料的性质和数量决定时，如果知道燃料燃烧时单位面积的热释放速率，那么可以根据火灾发生时的燃烧面积乘以该燃料单位面积的热释放速率得到最大的热释放速率，表4-3-5-4 是NFPA92B中提供的部分物质单位地面面积热释放速率。如果不能确定具体的可燃物及其单位地面面积的热释放速率，也可根据建筑物的使用性质和相关的统计数据，来预测火灾的规模，例如NFPA92B中建议对于零售商店火灾单位面积热释放速率可取为500kW/m2，办公室内火灾可取为250kW/m2。

　　表4-3-5-4 NFPA92B中提供的单位地面面积热释放速率