基于改進古斯塔夫法的大型商場消防安全評價

張楠，董四輝

(大連交通大學 土木與安全工程學院，遼寧 大連 116028)

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基于改進古斯塔夫法的大型商場消防安全評價

張楠，董四輝

(大連交通大學 土木與安全工程學院，遼寧 大連 116028)

根據大型商場的火災特點分析了古斯塔夫法的不足，并對其進行了改進.首先，在古斯塔夫法的基礎上，考慮了大型商場建筑自身消防系統對火災危險度的影響，將原火災危險度分析圖四個區域的意義重新進行了定義；其次，設定了危險范圍，考慮了點火源、密閉性因子在火災時對建筑物自身破壞的影響，考慮了消防隊的裝備先進性、實戰水平、到達現場時間、消防車道、室外消火栓因素對消防隊滅火能力的影響；然后，將固有火災危險度與人員火災危險度進行了加權處理，最終得到了能綜合反映建筑火災危險等級的建筑火災危險度；最后將改進的古斯塔夫法應用于大連市某大型地下商場的消防安全評價，并根據分析結果提出了相應的建議措施.

大型商場;古斯塔夫法;固有火災危險;人員火災危險

0 引言

目前，我國經濟正處于迅猛發展的時代，人民生活水平不斷提高，為了滿足人民群眾對于購物和消費的需求，商場由原來經營單一、小規模的商店迅速發展成為集餐飲、超市、娛樂、休閑、購物于一體的大型商場[1-2].大型商場具有功能各異、人員流動量大且高度集中、火災荷載大以及密封性強等特點，一旦發生火災，火災撲救和人員物資疏散具有極大的困難，容易造成重大財產損失和群死群傷事故[3-4]，具有較大的火災危險性.因此，對大型商場進行消防安全評價，可以客觀準確地認識并發現火災危險性，了解消防安全狀態，從而為大型商場火災的預防與控制、防范措施的建設與改善提供科學的依據.

消防安全評價方法按評價結果可分成定性分析方法、半定量分析方法和定量分析方法，定性分析方法主要用于識別最危險的火災事件，但很難得出火災危險等級，分析結果較粗糙，定量分析方法則需要大量的數據資料才能展開評價工作[5].半定量方法則不需要大量的數據資料，并且可以將定性描述定量化，從而應用數學方法得到期望的評價結果[6].古斯塔夫法便是一種半定量分析方法，其在建筑火災方面已有一定的應用研究，陶亦然[7]應用古斯塔夫方法對北京某購物中心進行了火災風險評估，莊磊[8]等人對古斯塔夫法進行了改進使其適合于布達拉宮古建筑的火災風險分析，由此可見將古斯塔夫法用于大型商場的消防安全評價具有一定的可行性.鑒于大型商場的建筑和用途特點，無法直接應用古斯塔夫法進行消防安全評價，需根據大型商場的火災特點對古斯塔夫法進行改進.本文介紹并分析了古斯塔夫法的不足，對其不足之處進行相應的改進，使其更適合于對大型商場建筑消防安全評價的應用，最后將改進的古斯塔夫法應用到大連市某大型地下商場的消防安全評價中，并根據結果對該大型商場提出了相應的建議措施.

1 古斯塔夫火災危險度法簡介

古斯塔夫法是一種半定量分析方法，它將建筑火災危險源的影響分為兩方面，一方面是火災對建筑物本身的破壞，另一方面是火災對建筑物內人員和財產的損害.古斯塔夫法將火災對建筑物自身的破壞用GR表示，對建筑物內人員和財產的損害用IR表示，其表達式分別為：

(1)

其中,Qm為可移動的火災荷載因子；C為移動可燃物的易燃性因子；Qi為固定火災荷載因子；B為火災面積因子；L為滅火能力因子；W為建筑物耐火因子；Ri為火災蔓延減少因子.

IR=H·D·F

(2)

其中,H為人員危險因子；D為財產危險因子；F為煙氣因子，由煙氣的危險程度決定.

當GR和IR計算出結果后，就可以繪制出建筑火災危險度平面分析圖，如圖1所示.由圖可知，當GR和IR的值都很小時，建筑物不需要保護；當GR和IR的值都大時，建筑物需要滅火系統和報警系統的雙重保護；當GR的值較大，IR的值較小時，建筑物需要滅火系統來加以保護，反之，則需要報警系統的保護[9].

圖1 古斯塔夫火災危險度分析圖

古斯塔夫法的提出為建筑火災研究進展奠定了基礎，然而古斯塔夫法尚存在一些不足之處：

(1)古斯塔夫法在分析建筑火災危險性時排除了對建筑自身消防系統的考慮，其最后根據平面分析圖來得出建筑所需要的消防保護類型，然而大型商場具有較大的火災危險性，報警系統和滅火系統是必須具備的，因此古斯塔夫法的火災危險度分析圖對于大型商場是沒有意義的；

(2)考慮的火災影響因子不夠全面，沒有考慮商場的點火源、密閉性因子在火災時對建筑物自身破壞的影響；

(3)對于消防隊滅火能力因子的影響因素只考慮了消防隊的性質和距離，沒有全面的考慮消防隊的裝備先進性、實戰水平、到達現場時間、消防車道、室外消火栓因素的影響；

(4)火災危險度平面分析圖沒有給出危險范圍.

2 大型商場消防安全評價模型

通過對大型商場火災特點的分析可知，其一旦發生火災，后果不堪設想，因此大型商場必須具備相應的消防措施[1].然而古斯塔夫法設想的是，首先將建筑的消防系統排除在外，只考慮其它因素對建筑火災危險性的影響，最后根據火災危險度平面分析圖得出建筑所需要的消防系統.由此可見，古斯塔夫法不適用于對大型商場火災危險性的分析，因此需要對其進行改進.

影響大型商場火災危險度的因素包括建筑結構情況、火災荷載及可燃性、滅火設施設備、火災疏散能力、消防救援能力和商場內人員情況[10].根據古斯塔夫火災危險度法的思想可知，建筑火災危險性包括對建筑物本身的破壞以及建筑物內人員傷亡和財產損失，由此將影響建筑火災危險度的因素進行歸類，同時考慮到以人為本的原則，大型商場火災危險度包括建筑物固有火災危險度Rb和建筑內人員火災危險度Rp，對于大型商場，在古斯塔夫法的基礎上考慮了建筑的消防系統，并給出了危險范圍，則改進后的大型商場建筑的火災危險度平面分析圖見圖2.

他的堅持與努力，讓每一個人都受到了鼓舞，跟隨著他先后完成黑龍江省佳南實驗農場河道改移工程、黑龍江省佳南實驗農場道路改移工程、佳木斯站綜合改造工程和平街下穿工程、佳木斯市政道路學府街公鐵立交工程、佳木斯市政道路通江街及通園巷公鐵立交工程。在每一次的工程建設中，王維振經常熬到深夜，研究施工方案及倒行方案，攻堅克難解決拆遷等一系列卡脖子問題。隨后，身先士卒參與節點兌現，吃在現場、住在現場，連續奮戰助力工程開通。

圖2 大型商場建筑火災危險度分析圖

根據圖2可以知道，Rb和Rp的危險范圍均為2.9，當Rb和Rp的值都很小時，說明大型商場建筑的消防設備設施比較完善有效，起到了降低商場建筑火災危險性的作用，使其火災危險度在可接受的范圍內；當Rb和Rp的值都較大時，則說明整個消防系統存在問題，此時需要對商場建筑的滅火系統和報警系統及疏散系統均進行完善；當Rb值較大，Rp值較小時，則說明滅火系統需要完善，反之，則報警系統需要完善.

根據綜合評價方法的思想，將Rb與Rp進行加權處理，最后得出大型商場火災危險度Rs如下：

(3)

其中,α、β分別為Rb和Rp的權重，火災固有危險性和人員危險性共同決定了大型商場的火災危險性，對于建筑物來說，建筑的固有危險性在一定程度上影響了建筑內人員危險性，固有危險度至少要小于某個臨界值以保證商場人員全部撤離火災現場，或者在人員全部撤離到安全場所之前，建筑結構要保證不被火災所破壞.α、β的取值由大型商場的類型決定，一般在0～1之間.將火災危險等級劃分為5級，具體見表1.

表1 火災危險等級

2.1 固有火災危險度的計算

本文定義建筑固有火災危險度Rb，指的是火災時對商場建筑自身破壞的危險程度.大型商場功能的多元化在滿足現代人們消費需求的同時，也極大的增加了商場人員流動量和人員密度，從而導致了人為火災危險性的增加.再者大型商場建筑主要為室內采光，且通風能力差，具有一定的封閉性，加之商場多功能的特點，使得大型商場的照明設備、電器設備和變配電設備較多，而且線路錯綜復雜、耗電量大，所以大型商場很容易出現用電不慎而導致火災的發生，因此點火源對于大型商場建筑的火災危險性具有重要的影響[11].通過分析大型商場的特點，本文在古斯塔夫法的基礎上，考慮了影響大型商場固有火災危險性的點火源因子F和密閉性因子C，并且將滅火能力因子L分為消防隊滅火能力因子Lo和建筑自身滅火能力因子Li.

則通過對古斯塔夫法的改進可以得到大型商場固有火災風險Rb的表達式如下：

(4)

其中,Qm為可移動火災荷載因子；Qi為固定火災荷載因子；μ為移動可燃物的易燃性因子；F為點火源因子；S為商場建筑面積因子；C為密閉性因子；W為建筑物耐火因子；Ri為火災蔓延減少因子；Lo為消防隊滅火能力因子，Li為建筑消防設施設備滅火能力因子.

F、S、C、Lo和Li的取值分別見表2～表5，Qm、Qi、Ri取值參考文獻[9]，μ、W取值參考文獻[14].

表2 點火源因子F

表3 建筑面積因子S

表4 密閉性因子C

表5 消防隊滅火能力因子Lo和建筑消防設施設備滅火能力因子Li

2.2 建筑內人員火災危險度的計算

建筑內人員火災危險度Rp，指的是大型商場發生火災時，人員所受到的火災危險程度.不同于古斯塔夫法均考慮了火災對人員和財務的損害，本文根據以人為本的原則，只考慮大型商場發生火災時，首先要確保人員的安全，那么影響人員安全的因素主要有火災自動報警系統、疏散設施、防排煙能力、煙氣毒性和人群特性等[12-13].在古斯塔夫法的基礎上，可以得到大型商場建筑內人員火災危險度Rp的表達式如下：

(5)

其中，T為煙氣毒性因子；f為人群特性因子；K為火災自動報警系統因子；E為安全疏散能力因子；H為防排煙能力因子.

K、E、H取值見下表6～表8.T、f取值參考文獻[14].

表6 火災自動報警系統因子K

表7 安全疏散能力因子E

表8 防排煙能力因子H

3 實例分析

大連市某大型地下商場，是功能多元化的商業中心，總建筑面積為8.4萬平方米，建有地下三層，建筑結構為鋼混，耐火等級為一級，地面出入口67處.地下一層建筑面積3萬平方米(含通道)，經營業種為服裝、皮鞋箱包、旅游用品、餐飲和游藝廳；地下二層建筑面積2.7萬平方米，經營業種為服裝、靴鞋、禮品玩具、圖書音像、通訊設備、日式商品和水吧；地下三層建筑面積2.7萬平方米，經營業種為箱包、服飾、小百貨、特色小吃和保齡球.該大型地下商場位于大連市最繁華商圈，日客流量20～30萬人，2000家店面，6000從業人員，設有防火卷簾560處，防火分區72個，煙感2746個，溫感1 411個，應急燈300個，手動報警275個，水式消火栓280套，泡沫式消火栓48套，一個消防水池，兩個消防水箱，消防儲水量為740t，消防通道及疏散通道暢通，無堆積物.最近的消防隊到達該商場的時間大約為40 min.根據調查可得Qm=2.0，Qi=1.2，μ=1.5，F=1.71，S=4.0，C=1.5，W=2.0，Ri=1.0，Lo=2.48，Li=2.79；T=3.6，f=3.6，K=1.63，E=1.41，H=1.44，再根據專家調查法，α、β分別取值為0.58、0.42，最后計算得出Rb=2.82，Rp=3.91，Rs=3.27.

由分析計算結果可知，該大型地下商場人員火災危險度較大，固定火災危險度較小，根據大型商場火災危險度平面分析圖可知，該地下商場的報警系統及疏散設施設備需要完善、改進，即該地下商場發生火災時，人員受到火災的危害較大，主要原因是該商場的用途和建筑結構特點所致，其大部分可燃物燃燒的產物具有毒性，加之排煙能力差及人們對疏散路徑的不熟悉，容易導致嚴重的人員傷亡，甚至群死群傷；同時該地下商場的建筑固定火災危險度極其接近臨界值，這是由于地下商場建筑面積較大、可燃物較多，火災溫度升高快.最后綜合結果，該大型地下商場火災安全處于一般安全等級.為了保障人員的健康生命安全，建議該大型地下商場加強通風排煙的能力；將所有裝修材料涂料換為不燃或阻燃，以減少建筑內可燃物的數量；在商場的入口及內部多處醒目位置設置該商場的火災逃生路線圖，并定期更新；加強該商場消防管理人員的培訓教育，定期進行火災疏散演練.

4 結論

大型商場具有較大的火災危險性，一旦發生火災，便會造成嚴重的人員傷亡和財產損失，因此對大型商場進行消防安全評價是十分必要的.鑒于大型商場建筑的火災特點，可知古斯塔夫法對于分析大型商場建筑火災危險性具有不足之處，本文對古斯塔夫法進行了改進：

(1)在古斯塔夫法的基礎上，考慮了大型商場建筑自身的消防系統對火災危險度的影響，將原火災危險度分析圖四個區域的意義重新進行了定義，即A區為消防系統完善有效、B區為滅火系統需要完善改進、C區為報警系統和疏散系統需要完善改進、D區為消防系統需要完善改進；

(2)設定了Rb和Rp的危險范圍均為2.9；

(3)在考慮原火災影響因子的基礎上，增加考慮了商場的點火源、密閉性因子在火災時對大型商場建筑物自身破壞的影響；

(4)對于消防隊滅火能力因子的影響因素，考慮了消防隊的裝備先進性、實戰水平、到達現場時間、消防車道、室外消火栓因素的影響.

(5)根據綜合評價的思想，將固有火災危險度Rb和人員火災危險度Rp進行了加權處理，最后得到了一個能綜合反映建筑火災危險等級的建筑火災危險度Rs.

最后將該方法應用到了大連市某大型地下商場的消防安全評價中，首先對該地下商場做了相關的資料數據調研，然后根據改進的古斯塔夫法進行了消防安全評價，結果顯示該大型地下商場人員火災危險度較大，固定火災危險度較小，根據大型商場火災危險度平面分析圖可知，該地下商場的報警系統及疏散設施設備需要完善、改進，最后的綜合結果為一般安全等級.最后根據評價結果，對該大型地下商場的火災危險性做了相應的分析，提出了相應的建議措施.

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Fire Safety Evaluation of Large Shopping Mall based on Improved Gustav Method

ZHANG Nan, DONG Sihui

(School of Civil and Safety Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)

According to the fire characteristics of the large shopping mall, the shortage of Gustav method was analyzed and improved. On the basis of Gustav method and considering the influence of fire control system of large shopping mall building on fire risk, the significance of the four regions of the original fire risk analysis figure was redefined, and the risk range was set up. The effect of the ignition source and the tightness factor on the damage to the building itself in the fire was considered, and the influence of the factors, including the equipment progressiveness, the actual level and the arrived time of the fire brigade, the fire lane and the outdoor fire hydrant, on the fire fighting capacity of the fire brigade was taken into account. The inherent fire risk and the personnel fire risk were weighted to building fire risk, which can synthetically reflect building fire risk level. The improved Gustav method was applied to fire safety evaluation of a large underground shopping mall in Dalian city, and the corresponding suggestions and measures were put forward with the analysis results.

large shopping malls; Gustav method; inherent fire risk; personnel fire risk

1673- 9590(2016)02- 0088- 06

2015-07-05

遼寧省科技計劃基金資助項目(2012231004)

張楠(1989-)，女，碩士研究生;董四輝(1977-)，男，副教授，博士，主要從事消防安全監控及評價的研究E- mail:38553546@qq.com.

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