病房樓安全疏散可靠性評價

●袁松如

(北京海淀區消防支隊,北京 100193)

大型醫院病房樓作為公共聚集場所,既具有一般公共聚集場所人員密度和火災荷載大等特點,同時由于其使用者的特殊性,老弱病殘人員比例較大,這給人員疏散帶來很大困難,大量的精密儀器和電氣設備更是大大增加了火災危險性。如 2004年 1月 22日,武漢市商業職工醫院病房樓發生火災,270余名嬰兒、產婦、危重病人及其家屬被困,7人死亡,11人受傷,過火面積 210m2,直接經濟損失 14.7萬元。2005年 12月 15日,吉林省遼源市中心醫院發生特大火災,致使 37人死亡,95人受傷,著火面積5 700m2,造成直接財產損失 821萬余元。所以,搞好醫院病房樓安全疏散評價,并制定切實可行的對策意義重大。

1 醫院病房樓安全疏散難點

1.1 建筑面積大,人員密集

醫院病房樓一般都比較大,一旦發生火災,火勢蔓延迅速,加上水帶鋪設距離長、消防用水量大等因素的影響,使得醫院內人員的安全疏散和消防人員的救援活動十分困難。同時,有的病房樓長時間處于滿員狀態,甚至樓道內也設有臨時床位,人員密度非常大,給疏散帶來了很大問題,給滅火戰斗帶來十分不利的影響。

1.2 使用人員特殊,疏散困難

醫院病房樓與普通建筑比較,其樓內人員多是體弱病殘人員,大多行動不便,疏散能力很弱。且有許多重癥患者,需要在醫護人員的幫助下才能進行疏散,只有一小部分人員可自行疏散。病殘人員不僅在生理上存在缺陷,心理也較脆弱,在遇到緊急情況時更易出現心理和行為的異常,會進一步加重疏散和救援的難度。例如 1998年常州市第一人民醫院“8·26”特大火災中,在四樓有許多病人被房間內的煙火逼到了窗口,在走投無路、得不到及時救助的情況下,他們耐不住煙火的熏烤,不顧消防員的勸阻,竟有 14人跳樓身亡。

1.3 人員流動性強,安全教育難以開展

醫院病房樓由于其用途的特殊性,其人員流動性較強,安全教育難以開展,且大部分人員的防火和疏散知識欠缺,許多病房樓內存在私接電爐煮飯,私拉電熱毯等現象,這就大大增加了病房樓建筑的火災危險性。且許多病人入住后,對病房樓疏散通道的位置等情況掌握甚少,以至發生火災后不知所措,找不到逃生路線,從而使疏散時間大大增長。

2 某醫院病房樓安全疏散評價

2.1 病房樓的設計概況

該病房樓為四層磚混結構建筑,簡化的結構與設計參數如表 1所示,其標準層平面圖如圖 1所示。

表1 建筑平面結構參數

門(15個/層) 高度/m寬度/m 3.0 1.2水平開口樓梯間開口(1個/層) 高度/m寬度/m 3.0 3.3安全出口(1個) 高度/m寬度/m 3.6 4.8

圖1 標準層平面圖

2.2 RSET的工程計算

對計算參數設定與修正的幾點說明：(1)該棟四層醫院病房樓中,假定最不利疏散條件下每間房間能容納 3人,樓道護士站有 14人,清潔環衛人員 4人,每一層共需疏散 60人。(2)計算疏散時間必須考慮最不利疏散情況,故設定起火源在底層 1號房間內,第四層 1號房間為最不利疏散房間,將其作為研究對象。(3)對于該建筑內人員從發現著火到開始疏散的反應滯后時間,因為有大量傷病人員,所有參數擴大 2倍,即將正常情況下給出的 180s反應滯后時間修正為 Td=360s。

人員的整個疏散時間可分為疏散前的滯后時間和在某些出口處的擁塞、等待時間三部分,根據建筑物的結構特點,可將人員的疏散通道分成若干小段。在某些小段的出口處,人群通過時可能需要一定的擁擠、排隊時間。于是第 i個人的疏散時間 ti可表示為為疏散前的滯后時間,包括察覺火災和確認火災所用的時間 ,di·n為第 n段的長度 ,vi·n為第 i個人在第 n段的平均行走速度,Δtn·queue為第 n段出口處的排隊等候時間。最后一個離開醫院的人員所用的時間就是該醫院人員疏散所需的疏散時間[9]。

人的行走速度根據不同的人流密度選取。當人流密度大于 1人·m-2時,采用 0.58m·s-1的疏散速度,當人流密度小于 1人·m-2時,疏散速度取 1m·s-1,考慮到醫院傷病人員疏散不便,應對上述疏散速度加以修正,即縮小 1.5倍,則該醫院在不同人流密度下的疏散速度如表 2所示。

表2 不同人流密度下的疏散速度

圖2 人員疏散路線圖

Pauls提出,下樓梯的人員流量 f與樓梯的有效寬度 w和使用樓梯的人數 p有關,其計算公式為：f=(w/8040)0.73×p0.27,流量 f的單位為人·s-1,w的單位為 mm。此公式的應用范圍為 0.1＜p/w＜0.55。如此按圖 2的疏散路線,計算過程如下：

在第①區域：疏散距離以門的寬度計算,人流密度 ＜1人 · m-2,則 T1=1.2/0.667=1.8s;

在第②區域：疏散人流密度 =12/[2.7×(3.3+3.3-1.2)]=0.823＜1人· m-2,則 T2=(3.3+3.3-1.2)/0.667=8.1s;

在第③區域：疏散人流密度 =21/[2.7×(1.2+3.3+1.5)]=1.296＞1人· m-2,則 T3=(1.2+3.3+1.5)/0.387=15.52s;

在第④區域：四層至三層的樓梯段,p/w=60/330=0.181 8,符合公式計算要求,則 f1=(330/8040)0.73×600.27=0.293 6人· s-1,t1=60/0.2936=204.35s;

三層至二層的樓梯段,p/w=120/330=0.363 6,符合公式計算要求,則 f2=(330/8040)0.73×1200.27=0.354人 ·s-1,t2=120/0.354=338.94s;

二層至一層的樓梯段,p/w=180/330=0.545,符合公式計算要求,則 f3=(330/8040)0.73×1800.27=0.395人·s-1,t3=180/0.395=455.69s;

則樓梯段的疏散時間 T4=t1+t2+t3=204.35+338.94+455.69=998.98s;

進入一樓大廳后,因為大廳面積足夠大且醫院大門開口足夠大,所以疏散人員到此后很容易迅速疏散至樓外安全區域,故設定由樓梯進入大廳到走出大門疏散完畢的時間為 15s。

綜上,總疏散時間：

T0=Td+T1+T2+T3+T4+15=360+1.8+8.1+15.52+998.98+15=1399.4s=23.32min;即RSET=23.32min

2.3 CFAST模擬場景設計及 ASET的計算

2.3.1 模擬火災場景設計

火災模擬的起火源位于一樓的①～②位置的一個房間(保健室)內,模擬的起火源是實體家具。火災的增長近似按 t2發展。本模擬火災采用快速火災,即 b=0.046 9。該火災模擬是在最不利條件下(安全出口關閉、無機械通風)進行的。設計火災模擬時間為 1 800s(30min)。

2.3.2 火災模擬結果及分析

前文通過工程計算的方法得出該建筑必需的安全疏散時間 RSET為 23.32min,即 1 399.4s。由圖3、圖 4、圖 5中模擬結果的數據可知,在 1 399.4s處,煙氣層高度為 2.3m,煙氣層溫度為 423K(150℃),此時煙氣還未達到對人員造成危害的條件。煙氣層溫度達到對人員造成危害的 453K,即 180℃所需時間為 1 847s,煙氣層高度下降到危險臨界高度 2.1m所需時間為 1 595s。可見,實際允許疏散時間 ASET=1 595s,該醫院病房樓滿足安全疏散可靠性要求。

3 結束語

本文選取某醫院病房樓為研究對象,利用工程計算方法,對疏散最不利的房間在最不利情況下的疏散時間做出計算分析,得出必需的疏散時間RSET,且進一步利用 CFAST火災區域模擬軟件針對此病房樓在發生火災情況下的煙氣層高度、煙氣溫度以及 CO濃度三個方面做出模擬并與安全臨界條件做比較得出實際允許疏散時間 ASET。最后,將必需疏散時間RSET與實際允許疏散時間ASET作比較,得出該醫院病房樓滿足安全疏散可靠性要求的結論。

圖3 煙氣層高度隨時間變化圖

圖4 煙氣溫度隨時間變化圖

圖5 起火房間下部 CO濃度隨時間的變化曲線

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