对高层建筑进行火灾安全性能评价及建立火灾救灾决策支持系统

peonutpedro

  对高层建筑进行火灾安全性能评价及建立火灾救灾决策支持系统


　　我们的高层建筑从建设到管理，都严格执行现行消防规范的要求，但我们的宾馆的消防系统（自动报警、自动灭火、防排烟和人员疏散救生系统）到底能否按照设计要求正常发挥作用？我们宾馆的总体火灾安全性能到底怎么样？如何科学地制定应急预案？一旦发生火灾，火势和烟气究竟如何发展和蔓延？哪些地方在多长时间内是安全的？我们应该如何控制火势和烟气蔓延，如何疏散人群，如何快速灭火？

　　相信上述问题是所有高层建筑都极其关心的问题，而这些问题也恰恰是目前从理论、技术和实际应用来说都尚未很好解决的问题，因为目前缺乏对高层建筑进行总体火灾安全性能评价的系统的定量评价方法，缺乏建立火灾救灾决策支持系统的技术。本文的目的就是在详细阐明进行火灾安全性能评价及建立火灾救灾决策支持系统的必要性的基础上，向各高层建筑的决策管理层推荐我们研究成果，介绍我们解决上述问题的总体方案。

　　一、进行火灾安全性能评价的必要性

　　高层建筑一般都是典型的高层建筑，在这样的场所，人员密度大，可燃物多，安全出口较少，最大的安全隐患就是火灾。就火灾而言，烟气中毒和窒息是造成人员伤亡的主要原因。因烟囱作用的影响，高层建筑火灾烟气纵向蔓延速度很快，而另一方面其安全出口少人员疏散困难，扑救难度大，所以一旦发生火灾，容易造成群死群伤事故。

　　尽管对于所有的高层建筑，在设计、施工和验收的各个阶段，我国的消防主管部门（各级消防局）都会按照我国现行消防规范的要求严格把关，但是由于我们的消防规范是处方式规范，主要着眼于建筑物内各个局部环节的防火和排烟能力，而对于一个复杂的大型建筑而言，即使各个局部都满足消防规范的要求，也难以保证整个建筑物的总体消防安全性能能够满足设计要求。

　　本着“安全第一，预防为主”的原则，我们应该防患于未然，应该事先摸清楚，在典型的火灾情形下，我们的高层建筑的火灾自动报警系统能否尽早发现火灾，防排烟系统能否按照要求控制火灾烟气蔓延并将内部的烟气及时排出，人员疏散系统能否保证所有人员迅速安全地撤离现场，以及在现有消防硬件设施的基础上，我们如何进行布置和控制才能最大限度地防止火灾减少火灾造成的损失等等。这就需要对星级宾馆进行火灾安全性能评价，了解典型火灾情形下，火灾烟气的流动蔓延过程，借以评价我们消防工程的四大系统能否正常运做，及根据评价结果，制定应急预案。 二、进行火灾安全性能评价的核心技术及总体方案

　　利用专门的高层建筑火灾烟气流动数学模型和人员疏散数学模型，借助计算机仿真技术，对于特定的建筑结构，在给定火灾初始参数的情况下，可以比较准确直观地预测火势发展和烟气蔓延趋势及影响区域，提供分步启动各个防排烟系统以控制火势蔓延和烟气流动的策略，估算建筑物内的各通道可供人员安全通行的时间，为处于不同位置的人群分别确定最佳的避灾场所和疏散路线。结合模型和软件的预测结果，便可以评价现有消防系统设计和布置是否合理，如何将现有硬件设施优化布置，并据此制定科学有效的应急预案。

　　三、建立火灾救灾决策支持系统的必要性

　　通过上述火灾安全性能评价，可以知道建筑物的总体火灾安全性能，并可以据此制定相应火灾情形下的应急预案。但这种评价是一种对假定火灾情况的事先预测，它提供的只是一个静态的结果，而它所假定的火灾情况可能与实际发生的火灾情形有较大差别，因为我们不可能对所有可能发生的火灾情形进行预模拟。在真正发生火灾的时候，浓烟滚滚，人群惊慌失措，究竟什么地方最安全？处于不同的人群应该如何撤退？防排烟系统应启动和控制？这些问题是我们在火灾时期最关心的问题，而这也是我们的火灾安全性能评价和应急预案所无法回答和解决的。因为我们在进行火灾安全性能评价和制定应急预案时，所假想的火灾情形很可能与实际发生的火灾情况相去甚远，而且即使火灾情形相似，事先的评价和预案也无法提供最新的动态发展结果。这时候，我们最需要的是根据真实的火源和环境条件预测火势烟气的发展和蔓延范围，确定控制烟气蔓延、疏散人员和扑灭火灾的最佳方案。换言之，我们最需要的是救灾决策支持系统。

　　四、建立火灾救灾决策系统的方法及该系统的运行模式

　　有了前面的模型和技术，要建立火灾救灾决策系统便是水到渠成的事情。我们只需将根据火灾初期火灾探头的报警信号和/或人员报告的情况确定的火源条件作为输入数据，利用总体火灾安全性能评价中所用的模型和技术，便可以为救灾指挥人员提供救灾决策所需要的真实宝贵的信息。这便是我们对火灾救灾决策支持系统的基本设想。

　　该系统可以有两种运行模式。一种模式是该决策支持系统与自动报警系统和防排烟控制系统相互独立，（1）由人工根据探头报警信号和/或人员报告情况输入火源信息，启动该系统，（2）然后根据该系统的预测结果，确定防排烟控制和人员疏散策略，（3）由人工另行根据所确定控制策略对防排烟系统进行控制。其中第2步和第3步可能反复多次，因为对防排烟系统实施控制必然会引起烟气流动网络参数的变化，所以需要利用该决策支持系统进行跟踪预测，以便尽可能提供烟气流动和人员疏散的最新预测结果。

　　另一种模式是将该决策支持系统与自动报警系统和防排烟控制系统集成起来，由自动报警系统直接为该决策支持系统提供火源信息，而由该决策支持系统直接根据自己的预测结果去控制防排烟系统。同时，利用人机交互界面，在自动报警、决策支持、防排烟控制系统相互作用时可以人为进行判断选择。这种运行模式从软硬件上都要比第一种模式要求更高，如还需要火源自动定位模型和更先进的控制技术。从当前的技术成熟程度来看，第一种运行模式要更有效更可靠。

　　五、我们的理论和技术研究基础

　　北京城市重大危险源控制技术研究中心成立于1997年，是北京市的一个高技术实验室，其依托单位是成立于1955年的我国最早的专业劳动保护科研机构——北京市劳动保护科学研究所（文革前为劳动部劳保所）。建筑火灾计算机模拟和控制技术研究是危险源中心研究的核心内容之一，由研究中心下设的计算机仿真实验室具体负责。在北京市科学技术委员会支持下，本中心从2000年开始在国内率先对以西单文化广场为代表的城市典型公共场所进行环境安全隐患评价和控制对策研究，在此项目的研究过程中与英国格林威治大学火灾安全工程研究小组建立了良好的合作关系，在应用火灾模型和人员疏散模型评价大空间结构建筑的火灾安全性能方面积累了宝贵的实践经验。以姜传胜博士为首的课题组从1999年开始，用了两年时间，对高层建筑火灾烟气流动的总体模拟技术进行了预研性研究；并于2001年在北京市科技新星计划资助下，与公安部四川消防科学研究所合作开发适用于高层建筑的区域-网络混合火灾烟气流动模型和人员疏散模型，并将在四川消防所进行高层建筑实体火灾实验验证，这将是国内第一个经过实体火灾实验验证的专门的高层建筑火灾烟气流动模型和人员疏散模型。

　　我们的合作单位——公安部四川消防科学研究所，是国内最早成立的直属公安部的消防科研所，是我国从事建筑火灾研究的专业研究所。四川消防所自1963年成立以来，一直致力于建筑防火理论和技术研究，参与制定、修改和管理民用建筑防火规范和标准，是中国消防协会建筑防火专业委员会以及《高层民用建筑设计防火规范》和《自动喷水灭火系统施工及验收规范》管理工作的挂靠单位。

　　北京城市重大危险源控制技术研究中心和公安部四川消防科学研究所合作，应该说是国内目前进行以高层建筑为代表的高层建筑的火灾安全性能评价及建立火灾救灾决策支持系统的最佳组合，在有关单位的配合下，完全有能力开展上述工作。

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