注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義第1頁(yè)信息機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)如何配置消防設(shè)施？信息機(jī)房應(yīng)根據(jù)機(jī)房的等級(jí)設(shè)置相應(yīng)的消防設(shè)施，并應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016和《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50370的要求執(zhí)行。（一）滅火系統(tǒng)1．一般規(guī)定A級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房的主機(jī)房應(yīng)設(shè)置潔凈氣體滅火系統(tǒng)。B級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房的主機(jī)房，以及A級(jí)和B級(jí)機(jī)房中的變配電、不間斷電源系統(tǒng)和電池室，宜設(shè)置潔凈氣體滅火系統(tǒng)，也可設(shè)置高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。C級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房及其他區(qū)域，可設(shè)置高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)宜采用預(yù)作用系統(tǒng)。凡設(shè)置固定滅火系統(tǒng)及火災(zāi)探測(cè)器的計(jì)算機(jī)房，其吊頂?shù)纳舷录盎顒?dòng)地板下，均應(yīng)設(shè)置探測(cè)器和噴嘴。2．室內(nèi)消火栓系統(tǒng)當(dāng)機(jī)房進(jìn)深大于25m時(shí)，應(yīng)在機(jī)房?jī)蓚?cè)設(shè)置公共走道，并在走道上設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。3．氣體滅火系統(tǒng)卡片穿孔室、紙帶穿孔室、已記錄的磁介質(zhì)庫(kù)和已記錄的紙介質(zhì)庫(kù)、高低壓配電室、變壓器室、變頻機(jī)室、穩(wěn)壓穩(wěn)頻室、發(fā)電機(jī)房等不能用水撲救的房間，應(yīng)設(shè)置除二氧化碳以外的氣體滅火系統(tǒng)。當(dāng)單個(gè)防護(hù)區(qū)面積小于800㎡、體積小于3600m3時(shí)，可考慮采用氣體滅火系統(tǒng)。對(duì)面積大于800㎡、體積大于3600m3的機(jī)房設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）泄壓措施?？紤]到氣體釋放后，防護(hù)區(qū)內(nèi)瞬間增壓，所以在防護(hù)區(qū)機(jī)房?jī)?nèi)各防火分區(qū)隔墻均有對(duì)外泄壓口，泄壓口采用重力式，即設(shè)定一個(gè)壓力值，當(dāng)防護(hù)區(qū)內(nèi)壓力超過(guò)該值，泄壓口關(guān)閉。這樣既可以有效地消除防護(hù)區(qū)的增壓，又可以保護(hù)氣體的過(guò)多泄漏。泄壓口的過(guò)壓峰值一般為500MPa。（2）同步性、均衡性的技術(shù)措施。為了保證大面積機(jī)房氣體滅火系統(tǒng)能夠同時(shí)且有效地進(jìn)行，必須使用多個(gè)選擇閥并聯(lián)保護(hù)即多根主管同步進(jìn)入該保護(hù)區(qū)，而軟件計(jì)算只能分組計(jì)算，由此帶來(lái)以下兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)行解決并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，一是多個(gè)選擇閥同步性；二是分組計(jì)算時(shí)組與組之間界面處噴頭壓力、時(shí)間、濃度的平衡性。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。（3）防止意外的措施。利用控制系統(tǒng)對(duì)所有的信號(hào)進(jìn)行控制，對(duì)電源回路進(jìn)行監(jiān)控，任何回路出現(xiàn)短路、斷路、接地故障時(shí)，控制系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)行反饋和報(bào)警，排除各回路工作不正常的可能性。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)具有三路供電，即消防電源主、備用供電和蓄電池供電，當(dāng)消防水源被切斷時(shí)，控制系統(tǒng)蓄電池可保證供電24小時(shí)。為防止人為造成誤噴的情況，在電氣式手拉開(kāi)關(guān)上設(shè)防護(hù)罩。4．其他滅火系統(tǒng)信息機(jī)房主機(jī)房及基本工作間內(nèi)宜使用對(duì)設(shè)備無(wú)損壞，且環(huán)保、安全無(wú)毒性的IG541滅火系統(tǒng)或細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。當(dāng)防護(hù)區(qū)面積、體積大于上述標(biāo)準(zhǔn)或防護(hù)區(qū)個(gè)數(shù)大于8個(gè)時(shí)，為了經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可采用細(xì)水霧系統(tǒng)或其他新型、環(huán)保的哈龍?zhí)娲夹g(shù)。（二）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)信息機(jī)房的重要程度、火災(zāi)危害性、疏散和撲救難度等因素，大型數(shù)據(jù)中心、計(jì)算中心的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)按特級(jí)保護(hù)對(duì)象的要求進(jìn)行設(shè)置。A級(jí)計(jì)算機(jī)房及面積大于140㎡的信息機(jī)房的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)按一級(jí)保護(hù)對(duì)象的要求進(jìn)行設(shè)置，面積小于140㎡的B級(jí)計(jì)算機(jī)房的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)按二級(jí)保護(hù)對(duì)象的要求進(jìn)行設(shè)置?；馂?zāi)探測(cè)報(bào)警裝置的選擇，可根據(jù)信息機(jī)房的重要程度和火災(zāi)特點(diǎn)選擇，具體如下：1．傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器2．空氣采樣煙霧報(bào)警器3．分布式感溫光纜4．火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置、聯(lián)動(dòng)中的特殊要求注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。性能化防火設(shè)計(jì)產(chǎn)生的背景

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)財(cái)富的積累，火災(zāi)發(fā)生的頻率和造成的損失越來(lái)越大，火災(zāi)的防治技術(shù)也越來(lái)越受到人們的重視。1666年9月英國(guó)倫敦發(fā)生火災(zāi)，大火持續(xù)了4天，約80%的城市被燒毀。為了防止建筑物之間火災(zāi)的蔓延，英國(guó)制定了第一部有關(guān)消防的建筑規(guī)范，規(guī)定了建筑物之間的最小間距，并對(duì)建筑材料的使用進(jìn)行了限制性規(guī)定。同樣，世界各國(guó)的建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范都是長(zhǎng)期以來(lái)人們與火災(zāi)斗爭(zhēng)過(guò)程中總結(jié)出來(lái)的防火滅火經(jīng)驗(yàn)的體現(xiàn)，同時(shí)綜合考慮了當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、科技水平以及其他國(guó)家的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。這些規(guī)范中大多數(shù)規(guī)定是依照建筑物的用途、規(guī)模和結(jié)構(gòu)形式等提出的，并且詳細(xì)地規(guī)定了防火設(shè)計(jì)必須滿足的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)或參數(shù)，設(shè)計(jì)人員不需要復(fù)雜的計(jì)算和分析過(guò)程，容易理解和掌握。

由于每座建筑的結(jié)構(gòu)、用途及內(nèi)部可燃物的數(shù)量和分布情況千差萬(wàn)別，因此按照規(guī)范統(tǒng)一給定的設(shè)計(jì)參數(shù)得到的設(shè)計(jì)方案，不一定是最合理和最有效的。特別是隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種復(fù)雜的、多功能的建筑迅速增多，新材料、新工藝、新技術(shù)和新的建筑結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，這些都對(duì)建筑的消防設(shè)計(jì)提出了新的要求，出現(xiàn)了許多規(guī)范難以解決的消防設(shè)計(jì)問(wèn)題。在這種形勢(shì)下，上世紀(jì)70年代出現(xiàn)了性能化防火設(shè)計(jì)的概念，到現(xiàn)在為止，已被10多個(gè)國(guó)家所接受，并成為當(dāng)前國(guó)際建筑防火設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。所謂性能化防火設(shè)計(jì)，是指根據(jù)建設(shè)工程使用功能和消防安全要求，運(yùn)用消防安全工程學(xué)原理，采用先進(jìn)適用的計(jì)算分析工具和方法，為建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參數(shù)、方案，或?qū)ㄔO(shè)工程消防設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合分析評(píng)估，完成相關(guān)技術(shù)文件的工作過(guò)程。

雖然性能化防火設(shè)計(jì)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但性能化防火設(shè)計(jì)的出現(xiàn)與火災(zāi)科學(xué)和消防安全工程學(xué)的發(fā)展是分不開(kāi)的。從19世紀(jì)末英國(guó)出現(xiàn)了利用金屬受熱膨脹原理制成的感溫火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)裝置以來(lái)，消防工程技術(shù)的發(fā)展已有100多年的歷史。

1946年第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)在美國(guó)研制成功，半導(dǎo)體和微電子技術(shù)發(fā)展迅速，計(jì)算機(jī)技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用，消防工程技術(shù)也得到快速提升，各種智能化的火災(zāi)探測(cè)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。特別是大容量高性能計(jì)算工作站的出現(xiàn)，科學(xué)計(jì)算的能力越來(lái)越強(qiáng)大，使得大量復(fù)雜的火災(zāi)數(shù)據(jù)分析和處理成為現(xiàn)實(shí)，這些都為性能化防火設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)?；馂?zāi)科學(xué)與消防工程是一門(mén)以火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展規(guī)律和火災(zāi)預(yù)防與撲救技術(shù)為研究對(duì)象的新興綜合性學(xué)科，是綜合反映火災(zāi)防治科學(xué)技術(shù)的知識(shí)體系。火災(zāi)科學(xué)是反應(yīng)火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展規(guī)律的知識(shí)，如物質(zhì)的燃燒與爆炸機(jī)理、火焰的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、燃燒抑制與滅火機(jī)理、煙氣的生成及其毒性，以及火災(zāi)的發(fā)展、蔓延與控制等基礎(chǔ)理論內(nèi)容。

消防工程是反映應(yīng)用科學(xué)與工程原理防治火災(zāi)的知識(shí)，如對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)性和危害性的分析評(píng)估、火災(zāi)模化、建筑防火技術(shù)、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)、自動(dòng)滅火技術(shù)、阻燃與耐火技術(shù)、火災(zāi)原因鑒定技術(shù)、火場(chǎng)通信指揮技術(shù)，以及人在火災(zāi)中的行為和反應(yīng)，包括體能、心理和生理等，是應(yīng)用基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)部分。可見(jiàn)，性能化防火設(shè)計(jì)是建立在火災(zāi)科學(xué)和消防工程學(xué)基礎(chǔ)之上的一門(mén)應(yīng)用技術(shù)，它的出現(xiàn)是火災(zāi)科學(xué)和消防工程學(xué)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。

美國(guó)、英國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)從20世紀(jì)70年代起就開(kāi)展了性能化防火設(shè)計(jì)的相關(guān)研究，如火災(zāi)增長(zhǎng)分析、煙氣運(yùn)動(dòng)分析、人員安全疏散分析、建筑結(jié)構(gòu)耐火分析和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，并取得了一些比較實(shí)用化的成果，各國(guó)紛紛制定各自的性能化防火設(shè)計(jì)規(guī)范和指南等文件。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。性能化防火設(shè)計(jì)核心內(nèi)容

（一）整體評(píng)估

建筑物的性能化防火設(shè)計(jì)是通過(guò)采用至少與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定等效的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物的消防安全目標(biāo)，以解決現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求不相適應(yīng)或某些不完善的規(guī)定所帶來(lái)的問(wèn)題。消防安全評(píng)估既是為了驗(yàn)證其設(shè)計(jì)方法及其結(jié)果是否與現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定等效或者是否能達(dá)到與該建筑相適應(yīng)的消防安全水平，也是為了便于進(jìn)一步修改和完善現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案。

因此，任何一項(xiàng)性能化防火設(shè)計(jì)均必須在設(shè)計(jì)后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的消防安全性能評(píng)估程序。此外，消防安全評(píng)估不僅局限于對(duì)新建建筑設(shè)計(jì)的安全性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，而且還可以單獨(dú)對(duì)現(xiàn)有建筑或新建筑設(shè)計(jì)中采用的新材料等的消防安全性能進(jìn)行評(píng)估，以確定其是否需要改造以及如何改造。

建筑物的性能化防火設(shè)計(jì)應(yīng)包括設(shè)計(jì)、消防安全性能評(píng)估和方案改進(jìn)與完善，設(shè)計(jì)與消防安全性能評(píng)估是一個(gè)相互有機(jī)結(jié)合的整體。但建筑物的消防安全性能技術(shù)評(píng)估也可以由第三方中介技術(shù)組織獨(dú)立進(jìn)行。在驗(yàn)證其等效性時(shí)，不得從其他國(guó)家的規(guī)范中斷章取義引用條文，而應(yīng)以我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為基礎(chǔ)進(jìn)行等效性驗(yàn)證。

而且能比較準(zhǔn)確地確定和描述設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景和設(shè)定火災(zāi)，采用合適的方法（如選擇或建立建筑物內(nèi)火災(zāi)蔓延和煙氣運(yùn)動(dòng)等的物理模型和數(shù)學(xué)模型等），選擇和使用適當(dāng)?shù)姆治鲱A(yù)測(cè)工具，對(duì)火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等消防系統(tǒng)有相當(dāng)了解，能夠預(yù)測(cè)和分析、評(píng)價(jià)其可行性、有效性與可靠性。（二）專業(yè)人員

建筑物性能化防火設(shè)計(jì)是一門(mén)專業(yè)要求較高的技術(shù)性工作，是火災(zāi)科學(xué)和消防安全工程涉及到的多門(mén)學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用。從業(yè)人員不僅應(yīng)該熟悉消防技術(shù)法規(guī)，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的功能與用途、高度和內(nèi)部建筑特征確定其消防設(shè)計(jì)目標(biāo)（如保證建筑物內(nèi)使用人員的人身安全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等）以及相關(guān)的定量性能標(biāo)準(zhǔn)，

此外，建筑物的消防安全水平的高低與建筑消防投資密切相關(guān)，合理確定該指標(biāo)也是性能化防火設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。（三）程序控制

遵循一定的設(shè)計(jì)程序是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提，特別是在進(jìn)行性能化試設(shè)計(jì)和評(píng)估驗(yàn)證階段。建筑物性能化設(shè)計(jì)一般在設(shè)計(jì)方案或擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，由設(shè)計(jì)師、業(yè)主、消防工程咨詢專家等共同參與實(shí)施。建筑物性能化防火設(shè)計(jì)的一般程序?yàn)椋?/p>

1.確定建筑物的使用功能、建筑設(shè)計(jì)的適用標(biāo)準(zhǔn)；

2.檢查為實(shí)現(xiàn)建筑師的設(shè)計(jì)思想與業(yè)主的要求，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中哪些規(guī)定無(wú)法按規(guī)定要求實(shí)施，從而確定需要采用性能化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的問(wèn)題；

3.進(jìn)行性能化試設(shè)計(jì)和評(píng)估驗(yàn)證；

4.修改完善設(shè)計(jì)并進(jìn)一步評(píng)估驗(yàn)證確定是否滿足所確定的消防安全目標(biāo)；

5.提交審查與批準(zhǔn)。

因此，設(shè)計(jì)或評(píng)估人員應(yīng)明白性能化防火設(shè)計(jì)的基本步驟、每一步驟中涉及的主要問(wèn)題和內(nèi)容以及各步驟之間的相互關(guān)系與影響。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。性能化防火設(shè)計(jì)問(wèn)題

實(shí)際建筑工程的情況千差萬(wàn)別，應(yīng)積極分析研究國(guó)外的相關(guān)火災(zāi)發(fā)展與蔓延、煙氣運(yùn)動(dòng)、人員安全疏散和結(jié)構(gòu)耐火分析方面的模型與方法，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析與計(jì)算工具。廣泛進(jìn)行各類場(chǎng)所內(nèi)火災(zāi)荷載調(diào)查和各種典型火災(zāi)場(chǎng)景的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，豐富補(bǔ)充目前的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（一）研究各類常見(jiàn)公共建筑內(nèi)的人員荷載和人在火災(zāi)中的行為特征與心理，研究人員的疏散過(guò)程

商場(chǎng)、會(huì)展建筑、復(fù)雜的高層建筑、體育館等公眾聚集場(chǎng)所是消防安全管理的重點(diǎn)。由于地域差異對(duì)人員密度的影響、人員個(gè)體之間的行為和心理、社會(huì)背景以及建筑火災(zāi)本身等給人員疏散所帶來(lái)的不確定性，使得這一過(guò)程變得復(fù)雜。這也是導(dǎo)致當(dāng)前疏散模型較多的主要因素。當(dāng)前急需研究開(kāi)發(fā)與我國(guó)人體特征和行為習(xí)慣相適應(yīng)的分析模型。（二）研究滅火系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)蔓延、煙氣運(yùn)動(dòng)的影響，建立定量分析滅火系統(tǒng)對(duì)火反應(yīng)模型

目前，主動(dòng)消防設(shè)施對(duì)火反應(yīng)的分析僅限于其響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算和對(duì)火災(zāi)發(fā)展的定性描述。事實(shí)上，不同環(huán)境和不同類型的火災(zāi)在不同滅火設(shè)施的作用下，其效果具有顯著的差異。只有定量地分析和評(píng)價(jià)滅火系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)發(fā)展的影響，才能準(zhǔn)確分析火災(zāi)的蔓延與煙氣生成量、煙氣運(yùn)動(dòng)情況、合理地選擇需要設(shè)置的滅火系統(tǒng)類型。（三）研究結(jié)構(gòu)耐火性能化設(shè)計(jì)的方法

根據(jù)建筑物的高度、使用性質(zhì)和規(guī)模、體量、火災(zāi)場(chǎng)景等考慮其耐火等級(jí)并進(jìn)行相應(yīng)的建筑構(gòu)件耐火設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的途徑之一。但目前建筑結(jié)構(gòu)耐火性能方面的研究主要集中于材料在受火高溫作用下的性能和構(gòu)件耐火性能的研究。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織等機(jī)構(gòu)的相關(guān)工作也仍在進(jìn)行中。在這方面，既要進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)耐火性能研究，又要重視其設(shè)計(jì)方法的開(kāi)發(fā)。（四）培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)人員，規(guī)范性能化防火設(shè)計(jì)與評(píng)估人員的資質(zhì)和職業(yè)道德

從事性能化防火設(shè)計(jì)與評(píng)估的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)火災(zāi)科學(xué)、火災(zāi)安全工程、消防法規(guī)等專業(yè)課程，具有火災(zāi)燃燒方面的知識(shí)和火災(zāi)危險(xiǎn)分析能力，具有良好的職業(yè)操守。建議政府的消防主管部門(mén)充分發(fā)揮消防研究所、高等院校的力量，組織開(kāi)展相關(guān)教育和培訓(xùn)，制定相關(guān)資質(zhì)認(rèn)證要求和程序，進(jìn)行資質(zhì)審查與監(jiān)督管理。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。隨著消防安全工程的快速發(fā)展，消防安全工程學(xué)已隨著其潛力、復(fù)雜性以及應(yīng)用性而在基礎(chǔ)理論、方法學(xué)和實(shí)用工具領(lǐng)域得到較大的發(fā)展，性能化的防火設(shè)計(jì)方法也會(huì)越來(lái)越完善。

建筑物性能化防火設(shè)計(jì)與評(píng)估為實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的多樣化，更好地滿足建筑功能需要提供了一條新的途徑。但我國(guó)要推廣建筑物性能化防火設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)還需要開(kāi)展大量工作，既要循序漸進(jìn)、積極探索、發(fā)展和完善這一技術(shù)，也要充分認(rèn)識(shí)到現(xiàn)行建筑防火設(shè)計(jì)方法的重要性。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。性能化防火設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的規(guī)范做法對(duì)比

傳統(tǒng)規(guī)范的技術(shù)要求是建立在部分火災(zāi)案例的經(jīng)驗(yàn)和火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)等研究基礎(chǔ)之上。歷史上防火規(guī)范的出現(xiàn)和發(fā)展有著其相關(guān)的社會(huì)背景。當(dāng)時(shí)人們掌握的科學(xué)技術(shù)水平尚無(wú)法透徹、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)所處的客觀社會(huì)，因此人類的技術(shù)行為難免呈現(xiàn)出多樣性和不確定性。而為了保證工程最基本的安全度，有關(guān)的社會(huì)組織便通過(guò)一些成功的經(jīng)驗(yàn)和理論描述，制定出了一些規(guī)范條文去約束相應(yīng)人員的技術(shù)行為。傳統(tǒng)的規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)方面做了具體規(guī)定，但難以定量確定設(shè)計(jì)方案所能達(dá)到的安全水平。傳統(tǒng)規(guī)范具有以下的特點(diǎn)：

（1）沒(méi)有細(xì)化的設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（2）所使用的方法是確定的；

（3）不需要再對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)。應(yīng)該說(shuō)，傳統(tǒng)的防火設(shè)計(jì)規(guī)范為社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)，但從社會(huì)進(jìn)步的角度看，也存在著一些不足之處：

（1）無(wú)法給出一個(gè)統(tǒng)一、清晰的整體安全度水準(zhǔn)?，F(xiàn)行規(guī)范適用于各類建筑，而各種建筑風(fēng)格、類型和使用功能的差異，則無(wú)法在現(xiàn)行規(guī)范中給予明確的區(qū)別。因此，現(xiàn)行規(guī)范給出的設(shè)計(jì)結(jié)果無(wú)法告訴人們各建筑所達(dá)到的安全水準(zhǔn)是否一致，當(dāng)然也無(wú)法回答一幢建筑內(nèi)各種安全設(shè)施之間是否能協(xié)調(diào)工作以及綜合作用的安全程度如何。

（2）是經(jīng)驗(yàn)及科研技術(shù)的總結(jié)，難以跟上新技術(shù)、新工藝和新材料的發(fā)展。規(guī)范嚴(yán)格的定量規(guī)定妨礙設(shè)計(jì)人員使用新的研究成果進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡管這樣的設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全程度的提高和投入的減少，但很可能會(huì)與規(guī)范不符。大多數(shù)的規(guī)范條款來(lái)源于對(duì)歷次火災(zāi)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)，這種經(jīng)驗(yàn)總結(jié)不可能涵蓋所有的影響因素，尤其是隨著建筑形式的發(fā)展而出現(xiàn)的新問(wèn)題，更不可能是規(guī)范編寫(xiě)者在幾年，甚至十幾年前編寫(xiě)規(guī)范時(shí)就能全部考慮到的。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。（3）限制了設(shè)計(jì)人員主觀創(chuàng)造力的發(fā)展。非靈活的、太過(guò)具體的規(guī)范條文，常常桎梏設(shè)計(jì)人員的想象力，無(wú)形中僵化了人們的思維。與此同時(shí)設(shè)計(jì)者對(duì)規(guī)范中未規(guī)定或規(guī)定不具體的地方，也會(huì)因盲目性而導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果的失誤。比如人們可以這樣認(rèn)為：符合規(guī)范條文要求的設(shè)計(jì)就是合格的，而對(duì)于規(guī)范沒(méi)有規(guī)定的因素，設(shè)計(jì)人員就無(wú)從著手了。因此對(duì)任何小的細(xì)節(jié)考慮不周都可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效，完全背離設(shè)計(jì)的宗旨。

（4）無(wú)法充分體現(xiàn)人的因素對(duì)整體安全度的影響。建筑是為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)的，人的素質(zhì)無(wú)疑在很大程度上影響著建筑防火安全的水平。比如人的生產(chǎn)、生活習(xí)慣，樓宇物業(yè)管理水平，人在火災(zāi)中的心理狀態(tài)等都在事實(shí)上成為安全設(shè)計(jì)的主要考慮因素之一。然而，現(xiàn)行規(guī)范中無(wú)法充分體現(xiàn)該類因素的作用。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。當(dāng)前，建筑防火相關(guān)領(lǐng)域新成果的不斷涌現(xiàn)和現(xiàn)代信息處理技術(shù)，在不斷充實(shí)現(xiàn)行的規(guī)范體系。與傳統(tǒng)的防火設(shè)計(jì)規(guī)范相對(duì)比，性能化的防火設(shè)計(jì)規(guī)范具有以下特點(diǎn)：

（1）加速技術(shù)革新。在性能化的規(guī)范的體系中，對(duì)設(shè)計(jì)方案不做具體規(guī)定，只要能夠達(dá)到性能目標(biāo)，任何方法都可以使用，這樣就加快了新技術(shù)在實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不必考慮應(yīng)用新設(shè)計(jì)方法可能導(dǎo)致與規(guī)范的沖突。性能化的規(guī)范給防火領(lǐng)域的新思想、新技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用空間。

（2）提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。性能化設(shè)計(jì)的靈活性和技術(shù)的多樣化給設(shè)計(jì)人員提供更多的選擇，在保證安全性能的前提下，通過(guò)設(shè)計(jì)方案的選擇可以采用投入效益比更優(yōu)化的系統(tǒng)。

（3）加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的責(zé)任感。性能設(shè)計(jì)以系統(tǒng)的實(shí)際工作效果為目標(biāo)，要求設(shè)計(jì)人員通盤(pán)考慮系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，減小對(duì)規(guī)范的依賴，不能以規(guī)范規(guī)定不足為理由忽視一些重要因素。這對(duì)于提高建筑防火系統(tǒng)的可靠性和提高設(shè)計(jì)人員技術(shù)水平都是很重要的。由于是一種新的設(shè)計(jì)方法，工程應(yīng)用范圍并不廣泛，許多性能化防火設(shè)計(jì)案例尚缺乏火災(zāi)驗(yàn)證。目前使用的性能化方法還存在以下一些技術(shù)問(wèn)題：

（1）性能評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)尚未得到一致認(rèn)可。

（2）設(shè)計(jì)火災(zāi)的選擇過(guò)程確定性不夠。

（3）對(duì)火災(zāi)中人員的行為假設(shè)的成分過(guò)多。

（4）預(yù)測(cè)性火災(zāi)模型中存在未得到很好證明或者沒(méi)有被廣泛理解的局限性。

（5）火災(zāi)模型的結(jié)果是點(diǎn)值，沒(méi)有將不確定性因素考慮進(jìn)去。

（6）設(shè)計(jì)過(guò)程常常要求工程師在超出他們專業(yè)之外的領(lǐng)域工作。需要注意的是，傳統(tǒng)的防火設(shè)計(jì)規(guī)范與性能化的防火設(shè)計(jì)規(guī)范并不是對(duì)立的關(guān)系，恰恰相反，建筑設(shè)計(jì)既可以完全按照性能化消防規(guī)范進(jìn)行或與現(xiàn)行規(guī)格式規(guī)范一起使用，也可以獨(dú)立按照消防安全工程的性能化判據(jù)與要求進(jìn)行。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，并不是所有的建筑物都應(yīng)該或有必要按照性能化的工程方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。事實(shí)上，目前在一些開(kāi)展這方面工作較早的國(guó)家也只有1%～5%的建筑項(xiàng)目需要采用性能化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，如美國(guó)，約1%；新西蘭和澳大利亞，約3%～5%；德國(guó)，約1.5%。在我國(guó)，部分地區(qū)可能達(dá)到3%～5%，但總體應(yīng)不會(huì)超過(guò)0.5%。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。建筑物的消防設(shè)計(jì)必須依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行的防火規(guī)范及相關(guān)的工程建設(shè)規(guī)范進(jìn)行。只有現(xiàn)行規(guī)范中未明確規(guī)定、按照現(xiàn)行規(guī)范比照施行有困難或雖有明確規(guī)定但執(zhí)行該規(guī)定確有困難的問(wèn)題，才采用性能化防火設(shè)計(jì)方法。即使如此，所設(shè)計(jì)的建筑物的消防安全性能仍不應(yīng)低于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的安全水平。

任何建筑的消防安全都是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)其消防安全性能能夠達(dá)到一定安全水平，必須根據(jù)采用性能化設(shè)計(jì)的部分出發(fā)，從整體設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。即使這樣，也只能通過(guò)改善建筑環(huán)境來(lái)控制和降低其發(fā)生火災(zāi)的可能性及其火災(zāi)危害，而無(wú)法完全消除其火災(zāi)危險(xiǎn)。不同功能的建筑物，需要采用性能化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的問(wèn)題略有差異。

但從總體上看，主要有人員安全疏散設(shè)施、防火分區(qū)面積、鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)以及建筑防排煙幾個(gè)方面的問(wèn)題。對(duì)于設(shè)計(jì)者提出需要進(jìn)行性能化防火設(shè)計(jì)的問(wèn)題，還必須由省級(jí)公安機(jī)關(guān)消防機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)。必要時(shí)，如某些重大或較復(fù)雜的工程建設(shè)項(xiàng)目，還應(yīng)組織相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理機(jī)構(gòu)共同復(fù)審確定。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。性能化防火設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

（一）確定設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景與設(shè)定火災(zāi)

火災(zāi)場(chǎng)景的特征必須包括對(duì)火災(zāi)引燃、增長(zhǎng)和熄滅的描述，同時(shí)伴隨煙和火蔓延的可能途徑以及任何滅火設(shè)施的作用。此外，還要考慮每一個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景的可能后果。

設(shè)定火災(zāi)采用描述火災(zāi)增長(zhǎng)的模型。目前主要有火災(zāi)模型的溫度描述和火災(zāi)模型的熱釋放速率描述兩類。時(shí)間溫度曲線主要用于計(jì)算構(gòu)件溫度，熱釋放速率模型主要用于計(jì)算煙氣溫度、構(gòu)件溫度和運(yùn)用區(qū)域模型進(jìn)行火災(zāi)模擬等。

在運(yùn)用火災(zāi)模擬模型進(jìn)行性能化防火設(shè)計(jì)與評(píng)估時(shí)，主要依據(jù)火災(zāi)的熱釋放速率模型?；馂?zāi)的熱釋放速率曲線能否代表火災(zāi)的真實(shí)情況直接影響性能化防火設(shè)計(jì)與評(píng)估的可靠性及其應(yīng)用。熱釋放速率曲線可直接通過(guò)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)獲得，但由于實(shí)尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用較大，此類可用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，而較多的是中型火災(zāi)實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如錐形量熱計(jì)、墻角實(shí)驗(yàn)、單體燃燒實(shí)驗(yàn)、大型錐形量熱計(jì)和基于質(zhì)量損失速率的測(cè)試方法）。當(dāng)無(wú)法找到有待考慮的可燃組件的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用類似的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)替代。

在一定種類可燃物分布和相應(yīng)的通風(fēng)條件下，火災(zāi)發(fā)展的最大熱釋放速率主要受最大的火源面積控制。點(diǎn)火初期火源的面積對(duì)火災(zāi)的增長(zhǎng)將產(chǎn)生較大影響，可以將點(diǎn)火初期的火源面積理解為點(diǎn)火源的能量。

可燃物的火焰蔓延速度是指可燃物點(diǎn)火后沿水平和空間方向的蔓延速度，由于可燃物在空間上的蔓延速度及其對(duì)火災(zāi)蔓延的影響十分復(fù)雜，目前多采用水平方向的蔓延速度描述火災(zāi)發(fā)展的面積。（二）不同類型建筑的火災(zāi)荷載密度確定

火災(zāi)荷載密度是可以比較準(zhǔn)確地衡量建筑物室內(nèi)所容納可燃物數(shù)量多少的一個(gè)參數(shù)，是研究火災(zāi)全面發(fā)展階段性狀的基本要素。在建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)荷載密度直接決定著火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短和室內(nèi)溫度的變化情況。建筑物內(nèi)的可燃物可分為固定可燃物和容載可燃物兩類。固定可燃物的數(shù)量很容易通過(guò)建筑物的設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確地求得。容載可燃物數(shù)量很難準(zhǔn)確計(jì)算，一般由調(diào)查統(tǒng)計(jì)確定。

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)火災(zāi)荷載密度方面的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、加拿大、日本等有一些這方面的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。（三）煙氣運(yùn)動(dòng)的分析方法

在一定的建筑空間和火災(zāi)規(guī)模條件下，煙氣的生成量主要取決于羽流的質(zhì)量流量，它是進(jìn)行火災(zāi)模擬、火災(zāi)及煙氣發(fā)展評(píng)價(jià)和防排煙設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由于火災(zāi)煙氣的復(fù)雜性，目前的羽流計(jì)算多采用基于實(shí)際火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的半經(jīng)驗(yàn)公式，比較著名的有Zukoski模型、Thomas-Hinkley模型、McCaffrey模型等，但這些模型有著各自不同的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和適用條件，對(duì)同一問(wèn)題各模型得出的結(jié)果往往存在著差異，世界上幾個(gè)著名的建筑火災(zāi)區(qū)域模擬軟件（如CFAST、MRFC等）都采用了不同的羽流模型，這給火災(zāi)的煙氣運(yùn)動(dòng)分析帶來(lái)困難。

Zukoski（1）、Zukoski（2）和NFPA模型適用于小面積火源條件下的羽流質(zhì)量流量計(jì)算，Thomas-Hinkley模型適用于大面積火源條件下的羽流質(zhì)量流量計(jì)算，McCaffrey模型既適用于小面積火源也適用于大面積火源條件下的羽流質(zhì)量流量計(jì)算。另外，各國(guó)還在積極開(kāi)發(fā)新的煙氣運(yùn)動(dòng)分析模型，如場(chǎng)模型、場(chǎng)-區(qū)-網(wǎng)模型等。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。（四）人員安全疏散分析

各國(guó)對(duì)于建筑物內(nèi)消防安全疏散中人員的疏散時(shí)間的計(jì)算方法，在理論上基本一致，但具體時(shí)間確定和疏散指標(biāo)方面存在一定差異。人員安全疏散設(shè)計(jì)與評(píng)估必須考慮我國(guó)的實(shí)際情況和分析影響人員疏散時(shí)間的主要因素，根據(jù)建筑物的內(nèi)部特征、使用人員特性和建筑物內(nèi)消防設(shè)施情況及其影響等，確定安全疏散設(shè)計(jì)原則和疏散的模擬計(jì)算方法，并在預(yù)測(cè)計(jì)算的基礎(chǔ)上與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行比較，最后確定一個(gè)合理的人員疏散時(shí)間。

在該部分的設(shè)計(jì)與評(píng)估中，重點(diǎn)要解決疏散安全的評(píng)估（驗(yàn)證）方法，根據(jù)模型的假設(shè)條件、不同建筑內(nèi)人員在火災(zāi)中的行為與心理特征，比較準(zhǔn)確地考慮相關(guān)不確定性所帶來(lái)的影響。（五）主動(dòng)消防設(shè)施的對(duì)火反應(yīng)特性分析

在很多建筑物中設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或其他自動(dòng)滅火系統(tǒng)（如干粉、氣體、泡沫和細(xì)水霧等），火災(zāi)發(fā)生后一定時(shí)間內(nèi)，這些滅火系統(tǒng)將動(dòng)作并向可燃物噴灑滅火劑，可燃物的燃燒狀態(tài)將被改變，可燃物的熱釋放速率將減小，直到最終火災(zāi)熄滅。不同的滅火劑、滅火系統(tǒng)和噴灑強(qiáng)度等均對(duì)可燃物的燃燒狀態(tài)產(chǎn)生不同的影響?？扇嘉镌诓扇缁鸫胧┖蟮娜紵隣顟B(tài)是評(píng)價(jià)滅火系統(tǒng)滅火有效性的基礎(chǔ)。

目前，已有一些描述采取滅火措施后可燃物燃燒狀態(tài)的模型，一些區(qū)域火災(zāi)模擬軟件也能模擬采取滅火措施后的火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r，但效果不理想。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。（六）火災(zāi)危害和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的分析與評(píng)估

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)與評(píng)估的主要目標(biāo)是準(zhǔn)確辨識(shí)系統(tǒng)中存在的火災(zāi)危險(xiǎn)因素，對(duì)這些因素的影響程度做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程及其危害做出預(yù)測(cè)，提出控制與處理事故的措施和方案。

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的判定標(biāo)準(zhǔn)是社會(huì)或者決策者的價(jià)值表述，它可以是一個(gè)極限值、極限值范圍或者一個(gè)數(shù)值分布，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)象都有屬于自己的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估判定標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估判定標(biāo)準(zhǔn)的確定與風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平有關(guān)。因此，在確定火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估判定標(biāo)準(zhǔn)之前，應(yīng)知曉對(duì)風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者可接受的損害和傷亡水。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一般應(yīng)確定火災(zāi)危害并對(duì)火災(zāi)危害的概率和危害后果進(jìn)行量化、確定危害控制方案，進(jìn)而量化火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和選擇合適的保護(hù)措施。

（七）性能化設(shè)計(jì)與評(píng)估中所用方法的有效性分析

設(shè)計(jì)者之間的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平有很大差別，應(yīng)注對(duì)所用分析方法的準(zhǔn)確性和有效性進(jìn)行科學(xué)的分析和驗(yàn)證。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。煙氣層有關(guān)參數(shù)計(jì)算

煙層高度對(duì)人員疏散是一個(gè)重要的影響因素，人員在到達(dá)安全位置之前，應(yīng)希望疏散過(guò)程中不會(huì)在建筑煙氣中穿過(guò)。

封閉空間的煙氣填充過(guò)程

直到煙氣層界面下移到垂直開(kāi)口的上邊緣為止，煙氣始終在封閉空間的上部累積，如下圖所示。由于熱膨脹，過(guò)量的空氣被擠出封閉空間。當(dāng)煙氣層降低到開(kāi)口上界面以下位置時(shí)，隨著新鮮空氣的進(jìn)入，煙會(huì)流出封閉空間。

圖中：1——由于熱膨脹而過(guò)量的空氣；

2——底部面積。

圖5-4-7在煙氣充填過(guò)程中的質(zhì)量守恒熱釋放速率的公式為：

當(dāng)n＝0時(shí)，表示穩(wěn)定燃燒的火；n＝2時(shí)，表示正在增大的火與時(shí)間成平方關(guān)系。

火源上方高度為z處的火羽流質(zhì)量流速公式為：

某時(shí)刻下的煙氣層界面位置（煙氣層高度）的計(jì)算：

為了計(jì)算煙氣層界面位置，必須設(shè)定煙密度。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)封閉大空間初期的煙氣充填過(guò)程取ρs＝1.0會(huì)得到較為保守的結(jié)果。在隨后的煙氣充填過(guò)程中，熱膨脹現(xiàn)象非常明顯。在這種情況下，下列公式適用于t2型火，即。

以上公式中，Z為煙層界面高度（m）；A為封閉空間的地面面積（㎡）；H為封閉空間的高度（m）；t為火源燃燒時(shí)間（s）；x為火源熱釋放速率中熱輻射所占的比例；λ為煙氣在封閉空間內(nèi)充填過(guò)程中的熱吸收系數(shù)（kg.m-3）；α為火源增長(zhǎng)速率（kW.s-2）；sρ為煙密度（kg.m-3）。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。煙氣流動(dòng)的計(jì)算方法及模型選用原則

（一）概述

在火災(zāi)科學(xué)的研究方法中，采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)過(guò)程或某火災(zāi)分過(guò)程階段的模擬研究是一個(gè)飛躍。它具有信息代價(jià)少、模擬工況靈活、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，流體數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)一步完善，將成為未來(lái)研究火災(zāi)問(wèn)題的主要手段?；馂?zāi)的計(jì)算機(jī)模擬方法的核心是火災(zāi)模型，火災(zāi)模型是由火災(zāi)各分過(guò)程子模型在特定的模擬平臺(tái)上融合而成的。

運(yùn)用數(shù)學(xué)模型模擬計(jì)算防火的發(fā)展過(guò)程，是認(rèn)識(shí)火災(zāi)特點(diǎn)和開(kāi)展有關(guān)消防安全水平評(píng)估的重要手段，尤其對(duì)建筑物的性能和設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)尤為重要。經(jīng)過(guò)最近二、三十年的研究，在火災(zāi)煙氣流動(dòng)研究領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展出了多種分析火災(zāi)的數(shù)學(xué)模型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有大約60~70種比較完善的火災(zāi)模型可供使用。綜合實(shí)際計(jì)算要求和客觀條件限制，對(duì)火災(zāi)過(guò)程的同一個(gè)分過(guò)程進(jìn)行模擬時(shí)，各火災(zāi)模型采用的子模型形式往往是不同的。

各子模型形式從不同的角度、不同的程度對(duì)分過(guò)程采用合理的簡(jiǎn)化形式進(jìn)行?；Ｍ环诌^(guò)程采用不同的子模型形式時(shí)，其適用范圍內(nèi)的模擬結(jié)果可能都是合理的。有的模型適用于模擬計(jì)算火災(zāi)產(chǎn)生的環(huán)境，主要反映出建筑在火災(zāi)時(shí)室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化、火災(zāi)中煙氣的流動(dòng)、煙氣中有毒氣體的濃度、火災(zāi)中人員的可耐受時(shí)間等；有的模型適用于計(jì)算建筑、裝修材料的耐火性能、火災(zāi)探測(cè)器和自動(dòng)滅火設(shè)施的響應(yīng)時(shí)間等。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)?；馂?zāi)過(guò)程是可燃物在熱作用下發(fā)生的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程，與周圍的環(huán)境有著密切的相互作用。任何一種火災(zāi)模型都是以對(duì)實(shí)際火災(zāi)過(guò)程的分析為依據(jù)，各種火災(zāi)模型的有效性取決于對(duì)實(shí)際過(guò)程分析的合理性。火災(zāi)數(shù)值研究的困難主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：第一，火災(zāi)事件具有隨機(jī)性特點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)生活中可能出現(xiàn)的火災(zāi)場(chǎng)景數(shù)不勝數(shù)；

第二，對(duì)于大多數(shù)火災(zāi)過(guò)程很難進(jìn)行深入的機(jī)理方面的分析?；馂?zāi)研究涉及空氣動(dòng)力學(xué)、多相流、湍流的混合與燃燒、輻射以及導(dǎo)熱等多學(xué)科知識(shí)，許多相關(guān)內(nèi)容在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域還都是研究的熱點(diǎn)，其中某些現(xiàn)象至今仍無(wú)法建立成熟的理論對(duì)其進(jìn)行解釋；第三，火災(zāi)過(guò)程中可能發(fā)生燃燒的物質(zhì)多種多樣，因此無(wú)法應(yīng)用單一的數(shù)學(xué)模型及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述物質(zhì)由聚合狀態(tài)熱解為可燃?xì)怏w并發(fā)生燃燒的過(guò)程。

建筑火災(zāi)的計(jì)算機(jī)模型有隨機(jī)性模型和確定性模型兩類。隨機(jī)性模型把火災(zāi)的發(fā)展看成一系列連續(xù)的事件或狀態(tài)，由一個(gè)事件轉(zhuǎn)變到另一個(gè)事件，如由引燃到穩(wěn)定燃燒等。而由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)有一定的概率，在分析有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和火災(zāi)事故數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)這種事件概率的分析計(jì)算，可以得到出現(xiàn)某種結(jié)果狀態(tài)的概率分布，建立概率與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。而確定性模型是以物理和化學(xué)定律為基礎(chǔ)，如質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律等基本物理定律。用相互關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)公式來(lái)表示建筑物的火災(zāi)發(fā)展過(guò)程。如果給定有關(guān)空間的幾何尺寸、物性參數(shù)、相應(yīng)的邊界條件和初始條件，利用這種模型可以得到相當(dāng)準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

在開(kāi)展火災(zāi)危險(xiǎn)性分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮火災(zāi)發(fā)展的確定性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，單純依據(jù)任何一種模型都難以全面反映火災(zāi)的真實(shí)過(guò)程。出于火災(zāi)研究的定量分析和定性分析需要，大家更關(guān)心的是火災(zāi)過(guò)程的確定性數(shù)學(xué)模型。本節(jié)主要介紹火災(zāi)發(fā)展的確定性火災(zāi)模型，包括有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀^(qū)域模型、場(chǎng)模型和場(chǎng)區(qū)混合模型。（二）經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

多年來(lái)，人們?cè)谂c火災(zāi)斗爭(zhēng)的過(guò)程中收集了很多實(shí)際火場(chǎng)的資料，也開(kāi)展過(guò)大量的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了很多數(shù)據(jù)，并分析、整理出了不少關(guān)于火災(zāi)分過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)公式。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣t是指以實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)將實(shí)驗(yàn)研究的一些經(jīng)驗(yàn)性模型或是將一些經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图由现匾臒嵛镄詳?shù)據(jù)編制成的數(shù)學(xué)模型。

它是對(duì)火災(zāi)過(guò)程的較淺層次的經(jīng)驗(yàn)?zāi)M，應(yīng)用這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可以?duì)火災(zāi)的主要分過(guò)程有較清楚的了解。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌谄渌碚撃Ｐ湍軌驅(qū)鹪纯臻g以及關(guān)聯(lián)空間的火災(zāi)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行估計(jì)，現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔ＞窒抻诿枋龌鹪纯臻g的一些特征物理參數(shù)，如煙氣溫度、濃度、熱流密度等隨時(shí)間的變化，因此經(jīng)常被稱為“局部模型”，常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀忻绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）開(kāi)發(fā)的FPETOOL模型、計(jì)算煙羽流溫度的Alpert模型和計(jì)算火焰長(zhǎng)度的Hasemi模型。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。（三）區(qū)域模型

20世紀(jì)70年代，美國(guó)哈佛大學(xué)的Emmons教授提出了區(qū)域模擬思想：把所研究的受限空間劃分為不同的區(qū)域，并假設(shè)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)參數(shù)是均勻一致的，而質(zhì)量、能量的交換只發(fā)生在區(qū)域與區(qū)域之間、區(qū)域與邊界之間以及它們與火源之間。從這一思想出發(fā)，根據(jù)質(zhì)量、能量守恒原理可以推導(dǎo)出一組常微分方程；而區(qū)域、邊界及火源之間的質(zhì)量、能量交換則是通過(guò)方程中所出現(xiàn)的各源項(xiàng)體現(xiàn)出來(lái)。區(qū)域模型一般還有如下的假設(shè)：

①各個(gè)控制體內(nèi)的氣體被認(rèn)為是理想氣體，并且氣體的相對(duì)分子質(zhì)量與比熱視為常數(shù)；

②受限空間內(nèi)部壓力均勻分布；

③不同控制體之間的質(zhì)量交換主要由羽流傳遞作用與出口處卷吸作用造成；

④能量傳遞除部分由質(zhì)量交換造成外，還包括輻射與導(dǎo)熱；

⑤受限空間內(nèi)部物質(zhì)的質(zhì)量與熱容相對(duì)墻壁、頂棚與地板可以忽略；

⑥忽略煙氣運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，認(rèn)為一切運(yùn)動(dòng)過(guò)程在瞬間完成；

⑦忽略壁面對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的摩擦阻礙作用。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。區(qū)域模型通常把房間分為兩個(gè)控制體，如圖5-4-11所示，即上部熱煙氣層與下部冷空氣層。人們普遍認(rèn)為區(qū)域模型模擬給出的近似與相當(dāng)接近。區(qū)域模擬是一種半物理模擬，在一定程度上兼顧了計(jì)算機(jī)模擬的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在消防工程界具有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用區(qū)域模型既可以在一定程度上了解火災(zāi)的成長(zhǎng)過(guò)程，也可以分析火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散過(guò)程。

目前，區(qū)域模型在建筑室內(nèi)火災(zāi)的計(jì)算機(jī)模擬中具有重要地位。如果無(wú)需了解各種物理量在空間上的詳細(xì)分布以及隨時(shí)間的演化過(guò)程，模型中的假設(shè)十分趨近于火災(zāi)過(guò)程的實(shí)際情況，可以滿足工程需要。但是區(qū)域模擬忽略了區(qū)域內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，不能反映湍流等輸運(yùn)過(guò)程以及流場(chǎng)參數(shù)的變化，只抓住了火災(zāi)的宏觀特征，因而其近似結(jié)果也是較粗糙的。

圖5-4-11區(qū)域模擬示意圖

目前，世界各國(guó)的研究者建立了許多室內(nèi)火災(zāi)區(qū)域模擬的模型，以CFAST、ASET、BR12、CCFM-VENTS、CFIRE-X、COMPBRN、HAVARDMARD4以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的FAC3等為典型代表。常用的區(qū)域模型有ASET和ASET-B、HARVARD-V和FIRST、CFAST和HAZARD1模型。（四）場(chǎng)模型

火災(zāi)的場(chǎng)模擬研究是利用計(jì)算機(jī)求解火災(zāi)過(guò)程中各參數(shù)（如速度、溫度、組分濃度等）的空間分布及其隨時(shí)間的變化，是一種物理模擬。場(chǎng)是多種狀態(tài)參數(shù)（如速度、溫度與組份濃度）的空間分布，是通過(guò)計(jì)算這些狀態(tài)參數(shù)的空間分布隨著時(shí)間的變化來(lái)描述火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的數(shù)學(xué)方程集合。

隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ComputationalFluidDynamics，CFD）技術(shù)的不斷成熟以及計(jì)算機(jī)性能的提升，場(chǎng)模型越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到火災(zāi)研究領(lǐng)域?；馂?zāi)的孕育、發(fā)生、發(fā)展和蔓延過(guò)程包含了流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和相變，涉及質(zhì)量、動(dòng)量、能量和化學(xué)成分在復(fù)雜多變的環(huán)境條件下相互作用，其形式是三維、多相、多尺度、非定常、非線性、非穩(wěn)態(tài)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

場(chǎng)模型由于引入的簡(jiǎn)化條件少，因而是目前為止可獲取更高精確度的受限空間火災(zāi)數(shù)學(xué)模型。計(jì)算所得數(shù)據(jù)較細(xì)致，可以詳細(xì)了解空間中溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)等數(shù)據(jù)分布情況及其隨時(shí)間變化的詳細(xì)信息。但實(shí)際計(jì)算結(jié)果的正確與否還取決于適當(dāng)?shù)妮斎爰僭O(shè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。自從1983年Kumar首先建立火災(zāi)場(chǎng)模型以來(lái)，出現(xiàn)了許多場(chǎng)模擬的大型通用商業(yè)軟件和火災(zāi)專用軟件。通用商業(yè)軟件以PHOENICS、FLUENT、CFX、STAR-CD等為代表，都具有非常友好的用戶界面形式和方便的前后處理系統(tǒng)。用于火災(zāi)數(shù)值模擬的專用軟件有瑞典Lund大學(xué)的SOFIE、美國(guó)NIST開(kāi)發(fā)的FDS和英國(guó)的JASMINE等，它們的特點(diǎn)是針對(duì)性較強(qiáng)。場(chǎng)模擬可以得到比較詳細(xì)的物理量的時(shí)空分布，能精細(xì)地體現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)象。

但由于場(chǎng)模型是通過(guò)把一個(gè)房間劃分為幾千甚至上萬(wàn)個(gè)控制體，計(jì)算得出室內(nèi)各局部空間的有關(guān)參數(shù)的變化。計(jì)算時(shí)通常所使用的場(chǎng)模擬方法有有限差分法、有限元法、邊界元法等。導(dǎo)致這種模型的計(jì)算量很大，當(dāng)用三維不定常方式計(jì)算多室火災(zāi)時(shí)，需要占用很長(zhǎng)的機(jī)時(shí)，一般只在需要了解某些參數(shù)的詳細(xì)分布時(shí)才使用這種模型。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。（五）場(chǎng)區(qū)混合模型

對(duì)于復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通常是采用區(qū)域模擬的方法。然而，實(shí)驗(yàn)研究表明：煙氣層在著火區(qū)域或相對(duì)強(qiáng)流動(dòng)區(qū)域無(wú)明顯的分層現(xiàn)象，區(qū)域模擬的雙層假設(shè)不能成立，只有在附近相鄰的其它區(qū)域，煙氣層才有明顯的分層現(xiàn)象。這樣，若采用區(qū)域模擬的方法模擬復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程則不能真實(shí)地反映其火災(zāi)的特性。

如果使用場(chǎng)模擬的方法，由于場(chǎng)模擬是求解流體力學(xué)的基本控制方程，整場(chǎng)和多參量描述復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程，需要大量的計(jì)算機(jī)資源和時(shí)間，目前，由于計(jì)算機(jī)容量和運(yùn)算速度等客觀條件的限制，很難對(duì)復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程進(jìn)行場(chǎng)模擬，另外，在明顯的煙氣層分層區(qū)間采用場(chǎng)模型，也增加了計(jì)算機(jī)資源和時(shí)間的耗用。

因此，基于試驗(yàn)研究的結(jié)果和計(jì)算機(jī)客觀條件等限制，我們采用場(chǎng)模擬的方法來(lái)研究著火房間或強(qiáng)流動(dòng)區(qū)域，對(duì)其它非著火和非強(qiáng)流動(dòng)區(qū)間采用區(qū)域模擬的方法。這種混合模擬方法，兼顧場(chǎng)模擬和區(qū)域模擬兩者的優(yōu)點(diǎn)，并能更為準(zhǔn)確地反映火災(zāi)過(guò)程的特征，這種方法簡(jiǎn)稱為場(chǎng)區(qū)模擬方法。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。煙氣流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)作用

為了減少煙氣的危害，應(yīng)當(dāng)了解建筑煙氣流動(dòng)的各種驅(qū)動(dòng)作用，以便對(duì)火勢(shì)發(fā)展做出正確的判斷，在建筑設(shè)計(jì)中做好煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（一）煙囪效應(yīng)

當(dāng)外界溫度較低時(shí)，在諸如樓梯井、電梯井、垃圾井、機(jī)械管道、郵件滑運(yùn)槽等建筑物中的豎井內(nèi)，與外界空氣相比，由于溫度較高而使內(nèi)部空氣的密度比外界小，便產(chǎn)生了使氣體向上運(yùn)動(dòng)的浮力，導(dǎo)致氣體自然向上運(yùn)動(dòng)，這一現(xiàn)象就是煙囪效應(yīng)。當(dāng)外界溫度較高時(shí)，則在建筑物中的豎井內(nèi)存在向下的空氣流動(dòng)，這也是煙囪效應(yīng)，可稱之為逆向煙囪效應(yīng)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，由正、逆向煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的壓差為：

（式5-4-10）

上式中，△P為壓差（Pa）；Ks為修正系數(shù)（Pa·K/m），取3460；T0為外界空氣溫度（K）；Ti為豎井內(nèi)空氣溫度（K）；h為距中性面的距離（m）。此處的中性面指內(nèi)外靜壓相等的建筑橫截面，高于中性面為正，低于中性面為負(fù)。圖5-4-1給出了煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的豎井內(nèi)外壓差沿豎井高度的分布，其中正壓差表示豎井的氣壓高于外界氣壓，負(fù)壓差則相反。

圖5-4-1煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的豎井內(nèi)外壓差示意圖煙囪效應(yīng)通常是發(fā)生在建筑內(nèi)部和外界環(huán)境之間，圖5-4-2分別給出了正、逆向煙囪效應(yīng)引起的建筑物內(nèi)部空氣流動(dòng)示意圖。

圖5-4-2正、逆向煙囪效應(yīng)引起的建筑內(nèi)部空氣流動(dòng)示意圖

在考慮煙囪效應(yīng)時(shí)，如果建筑與外界之間空氣交換的通道沿高度分布較為均勻，則中性面位于建筑物高度的一半附近；否則，中性面的位置將有較大偏離。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。煙囪效應(yīng)是建筑火災(zāi)中豎向煙氣流動(dòng)的主要因素，煙氣蔓延在一定程度上依賴于煙囪效應(yīng)，在正向煙囪效應(yīng)的影響下，空氣流動(dòng)能夠促使煙氣從火區(qū)上升很大高度。如果火災(zāi)發(fā)生在中性面以下區(qū)域，則煙氣與建筑內(nèi)部空氣一道竄入豎井并迅速上升，由于煙氣溫度較高，其浮力大大強(qiáng)化了上升流動(dòng)，一旦超過(guò)中性面，煙氣將竄出豎井進(jìn)入樓道。若相對(duì)于這一過(guò)程，樓層間的煙氣蔓延可以忽略，則除起火樓層外，在中性面以下的所有樓層中相對(duì)無(wú)煙，直到著火區(qū)的發(fā)煙量超過(guò)煙囪效應(yīng)流動(dòng)所能排放的煙量。

如果火災(zāi)發(fā)生在中性面以上的樓層，則煙氣將由建筑內(nèi)的空氣氣流攜帶從建筑外表的開(kāi)口流出。若樓層之間的煙氣蔓延可以忽略，則除著火樓層以外的其它樓層均保持相對(duì)無(wú)煙，直到火區(qū)的煙生成量超過(guò)煙囪效應(yīng)流動(dòng)所能排放的煙量。若樓層之間的煙氣蔓延非常嚴(yán)重，則煙氣會(huì)從著火樓層向上蔓延。

逆向煙囪效應(yīng)對(duì)冷卻后的煙氣蔓延的影響與正向煙囪效應(yīng)相反，但在煙氣未完全冷卻時(shí)，其浮力還會(huì)很大，以至于甚至在理想煙囪效應(yīng)的條件下煙氣仍向上運(yùn)動(dòng)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。（二）浮力作用

著火區(qū)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥捎谄涿芏冉档投哂懈×?，著火房間與環(huán)境之間的壓差可用與公式（5-4-11）類似的形式來(lái)表示：

（5-4-11）

式中：△P為壓差（Pa）；Ks為修正系數(shù)，取3460（Pa·K/m）；T0、TF分別為周圍環(huán)境及著火房間的溫度（K）；h為中性面以上距離（m）。

Fung進(jìn)行了一系列的全尺寸室內(nèi)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定壓力的變化，試驗(yàn)結(jié)果指出對(duì)于高度約3.5m的著火房間，其頂部壁面內(nèi)外的最大壓差為16Pa。對(duì)于高度較大的著火房間，由于中性面以上的高度h較大，可能產(chǎn)生很大的壓差。如果著火房間溫度為700℃，則中性面以上10.7m高度上的壓差約為88Pa，這對(duì)應(yīng)于強(qiáng)度很高的火，所形成的壓力已超出了目前的煙氣控制水平。圖5-4-3給出了由煙氣浮力所引起的壓差曲線。

若著火房間頂棚上有開(kāi)口，則浮力作用產(chǎn)生的壓力會(huì)使煙氣經(jīng)此開(kāi)口向上面的樓層蔓延。同時(shí)浮力作用產(chǎn)生的壓力還會(huì)使煙氣從墻壁上的任何開(kāi)口及縫隙、或是門(mén)縫中泄露。當(dāng)煙氣離開(kāi)火區(qū)后，由于熱損失及與冷空氣摻混，其溫度會(huì)有所降低，因而，浮力的作用及其影響會(huì)隨著與火區(qū)之間距離的增大而逐漸減小。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。（三）氣體熱膨脹作用

燃料燃燒釋放的熱量會(huì)使氣體明顯膨脹并引起氣體運(yùn)動(dòng)。若考慮著火房間只有一個(gè)墻壁開(kāi)口與建筑物其它部分相連，則在火災(zāi)過(guò)程中，建筑內(nèi)部的空氣會(huì)從開(kāi)口下半部流入該著火房間，而熱煙氣也會(huì)經(jīng)開(kāi)口的上半部從著火房間流出。因燃料熱解、燃燒過(guò)程所增加的質(zhì)量與流入的空氣相比很小，可將其忽略，則著火房間流入與流出的體積流量之比可簡(jiǎn)單地表示為溫度之比：

（式5-4-12）

式中：分別為著火房間流出煙氣的體積流量和流入著火房間空氣的體積流量（m3/s），

分別為相應(yīng)的煙氣和空氣的平均溫度（K）。

若建筑內(nèi)部空氣溫度為20℃，當(dāng)空氣溫度達(dá)到600℃時(shí)，其體積約膨脹到原來(lái)的三倍。對(duì)有多個(gè)門(mén)或窗敞開(kāi)的著火房間，由于流動(dòng)面積較大，因氣體膨脹在開(kāi)口處引起的壓差較小而可以忽略，但對(duì)于密閉性較好或開(kāi)口很小的著火房間，如燃燒能夠持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，則因氣體膨脹作用產(chǎn)生的壓差將非常重要。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。（四）外部風(fēng)向作用

在許多情況下，外部風(fēng)可在建筑的周圍產(chǎn)生壓力分布，這種壓力分布可能對(duì)建筑物內(nèi)的煙氣運(yùn)動(dòng)及其蔓延產(chǎn)生明顯影響。一般，風(fēng)朝著建筑物吹過(guò)來(lái)會(huì)在建筑物的迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生較高的滯止壓力，這可增加建筑物內(nèi)的煙氣向下風(fēng)方向流動(dòng)。風(fēng)作用于某一表面上的壓力可表示為：

（式5-4-13）

式中：Pw為風(fēng)作用于建筑物表面的壓力（Pa），Cw為無(wú)量綱壓力系數(shù)，為環(huán)境空氣密度（kg/m3），V為風(fēng)速（m/s）。若采用空氣溫度T0（K）來(lái)表示，式5-4-13可改寫(xiě)為：

（式5-4-14）在上式（5-4-13）、（5-4-14）中，無(wú)量綱壓力系數(shù)Cw的取值范圍為-0.8～0.8，對(duì)于迎風(fēng)墻面其值為正，而對(duì)背風(fēng)墻面則為負(fù)，Cw的取值大小與建筑的幾何形狀有關(guān)并隨墻表面上的位置不同而變化。表5-4-2給出了附近無(wú)障礙物時(shí)，矩形建筑物墻面上壓力系數(shù)的平均值。

表5-4-2矩形建筑物各墻面上的平均壓力系數(shù)建筑物的高寬比建筑物的長(zhǎng)寬比風(fēng)向角

（α）不同墻面上的風(fēng)壓系數(shù)正面背面?zhèn)让鎮(zhèn)让鍴/W≤0.51＜Ｌ/W≤1.5

1.5＜Ｌ/W≤40°

90°

0°

90°＋0.7-0.2-0.5-0.5

-0.5-0.5＋0.7-0.2

＋0.7-0.25-0.6-0.6

-0.5-0.5＋0.7-0.10.5＜H/W≤1.51＜Ｌ/W≤1.5

1.5＜Ｌ/W≤40°

90°

0°

90°＋0.7-0.25-0.6-0.6

-0.6-0.5＋0.7-0.25

＋0.7-0.3-0.7-0.7

-0.5-0.5＋0.7-0.11.5＜H/W≤61＜Ｌ/W≤1.5

1.5＜Ｌ/W≤40°

90°

0°

90°＋0.8-0.25-0.8-0.8

-0.8-0.8＋0.8-0.25

＋0.7-0.4-0.7-0.7

-0.5-0.5＋0.8-0.1注：H為屋頂高度，L為建筑物的長(zhǎng)邊，W為建筑物的短邊。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。按以上兩式計(jì)算，風(fēng)速為7m/s、壓力系數(shù)Cw為0.8時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓約為52Pa。在門(mén)窗關(guān)閉、密封性較好的建筑中，風(fēng)壓對(duì)空氣流動(dòng)的影響很小，但對(duì)密閉性較差或門(mén)窗均敞開(kāi)的建筑，風(fēng)壓對(duì)其中空氣流動(dòng)的影響則很大。

一般而言，在距地表面最近的大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨高度增加而增大，而在垂直離開(kāi)地面一定高度的空中，風(fēng)速基本上不再隨高度增加，可以看作等速風(fēng)。在大氣邊界層內(nèi)，地勢(shì)或障礙物（如建筑物、樹(shù)木等）都會(huì)影響邊界層的均勻性，通常風(fēng)速和高度的關(guān)系可用指數(shù)關(guān)系來(lái)進(jìn)行描述：

（式5-4-15）

式中：V為實(shí)際風(fēng)速（m/s），V0為參考高度的風(fēng)速（m/s），Z為測(cè)量風(fēng)速V時(shí)的所在高度（m），Z0為參考高度（m），n為無(wú)量綱風(fēng)速指數(shù)。

圖5-4-4表示了不同地形條件下的風(fēng)速分布，從中可看出，在不同地區(qū)的大氣邊界層厚度差別較大，應(yīng)使用不同的風(fēng)速指數(shù)。在平坦地帶（如空曠的野外），風(fēng)速指數(shù)可取0.16左右；在不平坦的地帶（如周圍有樹(shù)木的村鎮(zhèn)），風(fēng)速指數(shù)可取0.28左右；在很不平坦的地帶（如市區(qū)），風(fēng)速指數(shù)可取0.4

圖5-4-4不同地形條件下的風(fēng)速分布

在建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)著火房間窗玻璃破碎的情況。如果破碎的窗戶處于建筑的背風(fēng)側(cè)，則外部風(fēng)作用產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)將煙氣從著火房間中抽出，這可以大大緩解煙氣在建筑內(nèi)部的蔓延；而如果破碎的窗戶處于建筑的迎風(fēng)側(cè)，則外部風(fēng)將驅(qū)動(dòng)煙氣在著火樓層內(nèi)迅速蔓延，甚至蔓延至其他樓層，這種情況下外部風(fēng)作用產(chǎn)生的壓力可能會(huì)很大，而且可以輕易地驅(qū)動(dòng)整個(gè)建筑內(nèi)的氣體流動(dòng)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。（五）供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)

許多現(xiàn)代建筑都安裝有供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)（HVAC），火災(zāi)過(guò)程中，HAVC能夠迅速傳送煙氣。在火災(zāi)的開(kāi)始階段，處于工作狀態(tài)的HVAC系統(tǒng)有助于火災(zāi)探測(cè)，當(dāng)火情發(fā)生在建筑中的無(wú)人區(qū)內(nèi)，HVAC系統(tǒng)能夠?qū)煔庋杆賯魉偷接腥说牡胤?，使人們能夠很快發(fā)現(xiàn)火情，及時(shí)報(bào)警和采取補(bǔ)救措施。然而，隨著火勢(shì)的增長(zhǎng)，HVAC系統(tǒng)也會(huì)將煙氣傳送到它能到達(dá)的任何地方，加速了煙氣的蔓延，同時(shí)，它還可將大量新鮮空氣輸入火區(qū)，促進(jìn)火勢(shì)發(fā)展。

為了降低HVAC在火災(zāi)過(guò)程中的不利作用，延緩火災(zāi)的蔓延，應(yīng)當(dāng)在HVAC系統(tǒng)中采取保護(hù)措施。例如在空氣控制系統(tǒng)的管道中安裝一些可由某種煙氣探測(cè)器控制的閥門(mén)，一旦某個(gè)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，它們便迅速關(guān)閉，切斷著火區(qū)域其他部分的聯(lián)系；或者根據(jù)對(duì)火災(zāi)的探測(cè)信號(hào)，設(shè)計(jì)可迅速關(guān)閉HVAC系統(tǒng)的裝置，不過(guò)即使及時(shí)關(guān)閉了HVAC系統(tǒng)可避免其向火區(qū)輸入大量新鮮空氣，然而卻無(wú)法避免煙氣的煙囪效應(yīng)、浮力或外部風(fēng)力的作用下通過(guò)其通風(fēng)管道和建筑中其他開(kāi)口四處蔓延。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。煙氣流動(dòng)分析

（一）火羽流的形成

在火災(zāi)中，火源上方的火焰及燃燒生成的煙氣通常稱為火羽流。實(shí)際上，所有的火災(zāi)都要經(jīng)歷這樣一個(gè)重要的初始階段：即在火焰上方由浮力驅(qū)動(dòng)的熱氣流持續(xù)地上升進(jìn)入新鮮空氣占據(jù)的環(huán)境空間，這一階段從著火（包括連續(xù)的陰燃）然后經(jīng)歷明火燃燒過(guò)程直至轟燃前結(jié)束。

圖5-4-5給出了包括中心線上溫度和流速分布在內(nèi)的火羽流示意圖，可燃揮發(fā)成份與環(huán)境空氣混合形成擴(kuò)散火焰，平均火焰高度為L(zhǎng)，火焰兩邊向上伸展的虛線表示羽流邊界，即由燃燒產(chǎn)物和卷吸空氣構(gòu)成的整個(gè)浮力羽流的邊界。圖5-4-5b為理想化的軸對(duì)稱火羽流模型，Z0表示虛點(diǎn)火源高度。

圖5-4-5火羽流示意圖

圖5-4-5中定性地給出了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)得到的火羽流中心線上溫度和縱向流速分布，其中溫度以相對(duì)于環(huán)境的溫差表示。從圖中可以看到，火焰的下部為持續(xù)火焰區(qū)，因而溫度較高且?guī)缀蹙S持不變；而火焰的上部為間歇火焰區(qū)，從此溫度開(kāi)始降低。這是由于燃燒反應(yīng)逐漸減弱并消逝，同時(shí)環(huán)境冷空氣被大量卷入的緣故?；鹧鎱^(qū)的上方為燃燒產(chǎn)物（煙氣）的羽流區(qū)，其流動(dòng)完全由浮力效應(yīng)控制，一般稱其為浮力羽流，或稱煙氣羽流。火羽流中心線上的速度在平均火焰高度以下逐漸趨于最大值，然后隨高度的增加而下降。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。（二）頂棚射流

頂棚射流是一種半無(wú)限的重力分層流，當(dāng)煙氣在水平頂棚下積累到一定厚度時(shí)，它便發(fā)生水平流動(dòng)，圖5-4-6表示了這種射流的發(fā)展過(guò)程。

圖5-4-6浮力羽流與頂棚的相互作用

羽流在頂棚上的撞擊區(qū)大體為圓形，剛離開(kāi)撞擊區(qū)邊緣的煙氣層不太厚，頂棚射流由此向四周擴(kuò)散。頂棚的存在將表現(xiàn)出固壁邊界對(duì)流動(dòng)的粘性影響，因此在十分貼近頂棚的薄層內(nèi)，煙氣的流速較低。隨著垂直向下離開(kāi)頂棚距離的增加，其速度不斷增大，而超過(guò)一定距離后，速度便逐步降低為零。這種速度分布使得射流前鋒的煙氣轉(zhuǎn)向下流，然而熱煙氣仍具有一定的浮力，還會(huì)很快上浮。于是頂棚射流中便形成一連串的漩渦，它們可將煙氣層下方的空氣卷吸進(jìn)來(lái)，因此頂棚射流的厚度逐漸增加而速度逐漸降低。

研究表明，許多情況下頂棚射流的厚度為頂棚高度的5%～12%，而在頂棚射流內(nèi)最大溫度和速度出現(xiàn)在頂棚以下頂棚高度的1%處。這對(duì)于火災(zāi)探測(cè)器和灑水淋頭等的設(shè)置有特殊意義，如果它們被設(shè)置在上述區(qū)域以外，則其實(shí)際感受到的煙氣溫度和速度將會(huì)低于預(yù)期值。

煙氣頂棚射流中的最大溫度和速度是估算火災(zāi)探測(cè)器和灑水淋頭響應(yīng)的重要基礎(chǔ)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)火，為了確定不同位置上頂棚射流的最大溫度和速度，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合可得到不同區(qū)域內(nèi)的關(guān)系式，應(yīng)該指出的是，這些實(shí)驗(yàn)是在不同可燃物（木垛、塑料、紙板箱等）、不同大小火源（668kW～98MW）和不同高度頂棚（4.6m～15.5m）情況下進(jìn)行的，得到的關(guān)系式僅適用于剛著火后的一段時(shí)期，這一時(shí)期內(nèi)熱煙氣層尚未形成，頂棚射流可以被認(rèn)為是非受限的。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。在撞擊頂棚點(diǎn)附近煙氣羽流轉(zhuǎn)向的區(qū)域，最大平均溫度和速度與以撞擊點(diǎn)為中心的徑向距離無(wú)關(guān)，Alpert推導(dǎo)出此時(shí)最大溫度和速度可按公式5-4-16、5-4-17計(jì)算：

煙氣流轉(zhuǎn)向后水平流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的最大溫度和速度可按式5-4-18、5-4-19計(jì)算：

上式中，△Tmax為最大平均溫度（℃），Vmax為最大平均速度（m/s），ZH為火源到頂棚的高度，Zv為火源基部以上虛點(diǎn)源的高度，r為以羽流撞擊點(diǎn)為中心的徑向距離（m），為火源對(duì)流熱釋放速率（kW），對(duì)流熱占總熱釋放速率的比值為0.7。

火羽流轉(zhuǎn)向區(qū)外頂棚以下，平均溫升ΔT隨垂直距離的變化的無(wú)量綱相關(guān)性，可按式5-4-20、5-4-19計(jì)算。

基于公式5-4-20中給出的溫度曲線，頂棚射流的最高溫升應(yīng)發(fā)生在公式（5-4-21）中頂棚以下垂直距離y上：

（式5-4-21）

火羽流轉(zhuǎn)向區(qū)外頂棚以下，頂棚射流平均速度隨垂直距離的變化的無(wú)量綱相關(guān)性，可按式5-4-22、5-4-23計(jì)算。

基于公式5-4-22中給出的速度曲線，頂棚射流的最大速度應(yīng)發(fā)生在公式（5-4-23）中頂棚以下垂直距離y上：

（式5-4-23）注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。以上公式組不適用于以下幾種情況。

1.火源是瞬時(shí)的而且（或者）受到滅火劑的影響；長(zhǎng)寬比大于等于2的矩形火源；空氣入口受限或者平均火焰高度小于等于火源高度的三維火源；由噴焰組成的火源（如管道或加壓燃料儲(chǔ)液罐小孔泄漏造成的）；火焰在火源以上分散到一定程度，具有多重火羽流的火源。

2.在無(wú)阻平面空間內(nèi)，火焰平均高度L高于頂棚高度的50%，而且（或者）火源直徑D大于火源最小寬度的10%。

3.受空氣動(dòng)力紊亂度的影響產(chǎn)生的頂棚射流?？諝鈩?dòng)力紊亂度是由氣流場(chǎng)中的障礙物而產(chǎn)生，或者受自然通風(fēng)及機(jī)械通風(fēng)的影響而產(chǎn)生。

4.含有梁、煙幕或其他分界面，能夠引起非軸對(duì)稱流或者導(dǎo)致熱氣層向下朝著火源流動(dòng)的頂棚，和（或）易燃的和（或）不水平的頂棚。

5.火源或者其火焰到分界面的距離在火源直徑D之內(nèi)；火羽流中軸線到分界面的距離在2zH（頂棚高度）之內(nèi)。注冊(cè)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)講義全文共29頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。（三）大空間窗口羽流

從墻壁上的開(kāi)口（如門(mén)、窗等）流出而進(jìn)入其他開(kāi)放空間中的煙流通常被稱為“窗口羽流”。一般情況下，在房間起火之后，火災(zāi)全面發(fā)展的性狀（即可燃物的燃燒速度、熱釋放速率等）是墻壁上的門(mén)窗等通風(fēng)開(kāi)口的空氣流速控制的，即熱釋放速率與通風(fēng)口的特性有關(guān)。根據(jù)木材及聚氨酯等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到平均熱釋放率的計(jì)算公式：

式中：Aw為開(kāi)口的面積（㎡），Hw為開(kāi)口的平均高度（m）。

大空間窗口羽流的質(zhì)量流率按下式計(jì)算：

式中，Zw為距離窗口頂端之上的高度（m），a為煙流高度修正系數(shù)。

在確定火源高度時(shí)，可以假定火源處于開(kāi)放空間中，并具有與窗口射流火焰頂端處的窗口射流相同卷吸量的火源高度。而且，假定位于火焰頂端處的空氣卷吸與開(kāi)放空間中的火災(zāi)相同。煙氣流動(dòng)幾種計(jì)算模型的選用原則是什么？答：1）經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌谄渌碚撃Ｐ湍軌驅(qū)鹪纯臻g以及關(guān)聯(lián)空間的火災(zāi)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行估計(jì)，現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔ＞窒抻诿枋龌鹪纯臻g的一些特征物理參數(shù)，如煙氣溫度、濃度、熱流密度等隨時(shí)間的變化，因此經(jīng)常被稱為“局部模型”，常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀忻绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）開(kāi)發(fā)的FPETOOL模型、計(jì)算煙羽流溫度的Alpert模型和計(jì)算火焰長(zhǎng)度的Hasemi模型。2）區(qū)域模型—區(qū)域模擬是一種半物理模擬，在一定程度上兼顧了計(jì)算機(jī)模擬的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在消防工程界具有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用區(qū)域模型既可以在一定程度上了解火災(zāi)的成長(zhǎng)過(guò)程，也可以分析火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散過(guò)程。目前，區(qū)域模型在建筑室內(nèi)火災(zāi)的計(jì)算機(jī)模擬中具有重要地位。如果無(wú)需了解各種物理量在空間上的詳細(xì)分布以及隨時(shí)間的演化過(guò)程，模型中的假設(shè)十分趨近于火災(zāi)過(guò)程的實(shí)際情況，可以滿足工程需要。但是區(qū)域模擬忽略了區(qū)域內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，不能反映湍流等輸運(yùn)過(guò)程以及流場(chǎng)參數(shù)的變化，只抓住了火災(zāi)的宏觀特征，因而其近似結(jié)果也是較粗糙的。目前，世界各國(guó)的研究者建立了許多室內(nèi)火災(zāi)區(qū)域模擬的模型，以CFAST、ASET、BR12、CCFM-VEN