醫(yī)院建筑火災(zāi)模擬及逃生分析研究與實(shí)踐

(華東建筑集團(tuán)股份有限公司，上海 200041)

1 引言

城市發(fā)展過(guò)程中，醫(yī)院在現(xiàn)代城市中隨處可見(jiàn)，一定程度上代表了城市的社會(huì)便利程度和良好形象。醫(yī)院在結(jié)構(gòu)中較之普通的建筑群具有一定的復(fù)雜性，社會(huì)公眾對(duì)于醫(yī)院的安全問(wèn)題高度關(guān)注。醫(yī)院人員復(fù)雜、密集化的特點(diǎn)為建筑增加了火災(zāi)隱患，所以對(duì)于醫(yī)院建筑可能存在的消防隱患以及建立全面可靠的防火監(jiān)督很有必要[1-3]。

醫(yī)院內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，危害形式集中在以下幾點(diǎn)：

1)火勢(shì)蔓延速度快：在醫(yī)院中關(guān)于建筑防火材料以及防火設(shè)計(jì)可能存在一定的弊端，為火災(zāi)的蔓延創(chuàng)造了有力的條件。特別是像在藥物儲(chǔ)藏室中，室內(nèi)存在大量的可燃物體，為火災(zāi)的燃燒提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)而加劇了火勢(shì)的蔓延；

2)人員逃生困難：發(fā)生火災(zāi)時(shí)，受災(zāi)人員的逃生渠道較之普通的建筑帶有一定的局限性，只有樓梯間可以快速地從火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中脫離出來(lái)。加之醫(yī)院人員密集，特殊人員多，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，極易對(duì)受災(zāi)人員在撤離時(shí)形成巨大的阻礙；

3)火災(zāi)撲救困難：現(xiàn)階段中關(guān)于火災(zāi)消防能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足高層醫(yī)院消防的需要，即使是云梯消防車(chē)也只能達(dá)到限定的高度進(jìn)行消防作業(yè)，給撲救工作帶來(lái)一定的困難。

對(duì)于大空間中庭建筑內(nèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，通常是把實(shí)體實(shí)驗(yàn)研究和物理模型計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合。

實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)研究方法主要包括小尺寸的物理模型實(shí)驗(yàn)研究和全尺寸物理模型實(shí)驗(yàn)研究。由于大空間火災(zāi)場(chǎng)景的影響因素眾多，如可燃物品的種類(lèi)、數(shù)量、位置以及分布的狀態(tài)，房間通風(fēng)口的大小、位置以及高度，著火區(qū)域四周壁面的裝飾材料等等，造成火災(zāi)過(guò)程的概率性很大，想要從小尺寸實(shí)驗(yàn)中找出模型與實(shí)體的相似比例關(guān)系是非常困難的，而進(jìn)行全尺寸模型的物理實(shí)驗(yàn)費(fèi)用巨大，且操作困難，于是計(jì)算數(shù)值模擬成為了更合理的選擇[4-6]。現(xiàn)在已經(jīng)有60多種與火災(zāi)有關(guān)的成熟可靠的計(jì)算數(shù)值模擬的模型，其中有三十多種區(qū)域模型可以模擬火災(zāi)場(chǎng)景下的火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)和煙氣蔓延趨勢(shì)，并預(yù)測(cè)火場(chǎng)空間內(nèi)的溫度、煙氣濃度、可見(jiàn)度等狀態(tài)參數(shù)； 有二十多種只能用于單室火災(zāi)的模擬和預(yù)測(cè)； 十幾種可以對(duì)多室火災(zāi)蔓延的場(chǎng)景進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。根據(jù)建筑特點(diǎn)、空間布局、材料特性等，合理使用數(shù)值仿真模型，是進(jìn)行火災(zāi)模擬及逃生分析設(shè)定的有效方式[7-8]。

2 技術(shù)方案

圖1為某醫(yī)院四層模型，南側(cè)為統(tǒng)一的手術(shù)治療室，東區(qū)為逃生樓梯，以及電機(jī)房，與西區(qū)一條走道相連，通過(guò)防火門(mén)隔離，平時(shí)為通行方便，防火門(mén)為常開(kāi)狀態(tài)； 西區(qū)靠中部為電梯廳，西區(qū)盡頭為西部逃生梯以及電梯廳，西北部為常規(guī)醫(yī)療病房以及診室。樓層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以通風(fēng)計(jì)算結(jié)果(論文第四節(jié)詳細(xì)闡述)可知，若西北部發(fā)生火災(zāi)危害性比較小，氣體需要很長(zhǎng)時(shí)間才能蔓延到主通道； 南部手術(shù)區(qū)為重點(diǎn)疏散區(qū)域，沿主通道一字延伸分布，若主通道發(fā)生火災(zāi)，手術(shù)室到電梯廳的通道需保持通暢。現(xiàn)假設(shè)中心區(qū)域電機(jī)房著火，所有防火門(mén)未關(guān)，火勢(shì)及煙霧可自由蔓延。需分析氣體的擴(kuò)散速度，東側(cè)手術(shù)室有多少時(shí)間從電梯廳撤離，主通道何時(shí)被煙霧阻斷，有噴淋的情況下，對(duì)煙霧以及火勢(shì)的控制效果等內(nèi)容，進(jìn)而評(píng)價(jià)該樓層設(shè)計(jì)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員疏散通道設(shè)計(jì)是否合理[9-11]。

圖1 醫(yī)院樓層模型

根據(jù)通用主流的建筑火災(zāi)模擬分析方法，結(jié)合本醫(yī)院建筑模型特點(diǎn)，將本項(xiàng)目火災(zāi)模擬及逃生分析技術(shù)路線(xiàn)分為三個(gè)步驟，如圖2所示。

圖2 火災(zāi)模擬及逃生分析技術(shù)路線(xiàn)

第一階段：通風(fēng)分析，選取一到兩個(gè)極端通風(fēng)工況，即遠(yuǎn)離中心通風(fēng)良好區(qū)域的區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)分析，旨在查看整個(gè)建筑布局在極端通風(fēng)條件下的氣流流通情況，確定氣體郁結(jié)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)，進(jìn)而論證如若發(fā)生火災(zāi)，預(yù)測(cè)煙氣在通風(fēng)最差的情況下的擴(kuò)散方向以及程度。此外，通風(fēng)分析也需要為火災(zāi)分析確定火災(zāi)最為危險(xiǎn)的狀況提供數(shù)值仿真依據(jù)。

第二階段：火災(zāi)分析，在通風(fēng)分析的基礎(chǔ)上，確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)最危險(xiǎn)的位置，根據(jù)火災(zāi)載荷分析，添加合適的燃燒物作為燃燒源。分析實(shí)際燃燒過(guò)程中，溫度場(chǎng)分布，有害氣體擴(kuò)散程度，以及煙霧行走趨勢(shì)。

第三階段：疏散分析，基于火災(zāi)仿真的結(jié)果，主要參考溫度場(chǎng)分布，劃定行人禁行區(qū)域，根據(jù)有害氣體以及煙霧擴(kuò)散的趨勢(shì)，分析人員疏散的安全時(shí)間。綜合兩方面的因素，得出疏散的合理路線(xiàn)以及疏散的安全時(shí)間。

疏散設(shè)計(jì)的對(duì)象為醫(yī)院中的特殊緩行人群，分析這類(lèi)人群在疏散過(guò)程中的最大逃生時(shí)間，與煙霧擴(kuò)散速度和范圍作對(duì)比，得出最終合理安全的疏散路線(xiàn)。疏散設(shè)計(jì)的前提假設(shè)為，在危險(xiǎn)發(fā)生后，眾人能按照引導(dǎo)員，有序地撤離建筑物，而不考慮人員在發(fā)生火災(zāi)后驚慌亂行，最終導(dǎo)致逃生失敗。因此本項(xiàng)目得出的疏散結(jié)論和指導(dǎo)建議，旨在為醫(yī)院管理部門(mén)提供消防以及疏散建議，在合理引導(dǎo)的基礎(chǔ)上，最大程度地保全人身安全[12-14]。

3 分析軟件介紹

Kameleon FireEx(簡(jiǎn)稱(chēng)KFX)是目前在氣體擴(kuò)散、消防和火災(zāi)模擬方面處于國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)地位的CFD軟件，并逐漸成為燃燒和火災(zāi)領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其開(kāi)發(fā)者ComputIT公司是一家環(huán)境和反應(yīng)流領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)業(yè)公司。

KFX的軟件優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

1)KFX是一款三維瞬態(tài)CFD軟件，通過(guò)參數(shù)設(shè)定(如courant數(shù)等)，能得到大尺度問(wèn)題每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)和坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)的物理量(溫度、熱輻射、煙氣、能見(jiàn)度、燃燒產(chǎn)物濃度、有毒氣體等)，且基本不出現(xiàn)計(jì)算發(fā)散的問(wèn)題。KFX對(duì)大尺度燃燒火災(zāi)的模擬功能是其它軟件不能比擬的。

2)KFX可以與有限元結(jié)構(gòu)響應(yīng)軟件Fahts/Usfos之間具有無(wú)縫接口，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析，包括結(jié)構(gòu)的變形及從屈服到坍塌的整個(gè)過(guò)程。基于分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)有火災(zāi)隱患的結(jié)構(gòu)進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)，減小災(zāi)害損失。

3)KFX具有詳細(xì)的求解帶有噴水系統(tǒng)的火災(zāi)減災(zāi)措施的拉格朗日模型。水是一種清潔高效、環(huán)境友好、無(wú)毒無(wú)害的滅火介質(zhì)。水噴淋滅火系統(tǒng)早已廣泛地應(yīng)用在消防領(lǐng)域。其數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)噴嘴的安裝設(shè)計(jì)有重要意義。

4)KFX具有高效的前處理和后處理能力并且界面友好。在KFX軟件中，網(wǎng)格可以自動(dòng)與幾何模型匹配，大大節(jié)省了其它軟件所需要的幾何處理和網(wǎng)格劃分時(shí)間，前處理非常簡(jiǎn)單高效。且后處理功能強(qiáng)大，可以直觀了解事故影響范圍和程度。

5)KFX能很好地解決消防安全中關(guān)于氣體擴(kuò)散、燃燒、爆炸、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、噴射滅火等問(wèn)題的模擬計(jì)算。

KFX軟件計(jì)算程序經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正，能更好地滿(mǎn)足工程上的精度需求。工程上常用的幾種火災(zāi)模擬軟件對(duì)比如表1所示[15-19]。

表1 常用火災(zāi)模擬軟件對(duì)比

名稱(chēng)人機(jī)界面應(yīng)用范圍評(píng) 述KFX可以手工繪制3D模型,也可以導(dǎo)入已建立的PDMS、PDS模型導(dǎo)入; 有豐富后處理結(jié)果(云圖、數(shù)值、各類(lèi)曲線(xiàn)、動(dòng)畫(huà)以及自身獨(dú)有的逃生設(shè)計(jì); 前處理簡(jiǎn)單快捷,上手容易,網(wǎng)格質(zhì)量要求低,條件輸入簡(jiǎn)單,有大量的工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),簡(jiǎn)化定義時(shí)間。氣體擴(kuò)散液池?cái)U(kuò)展和蒸發(fā)爆炸燃燒水噴淋結(jié)構(gòu)響應(yīng)KFX火災(zāi)模型計(jì)算功能非常強(qiáng),這是由于KFX的火災(zāi)模型是經(jīng)過(guò)大量的工程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到,這就保證了火災(zāi)模擬的準(zhǔn)確性,可以與Flacs實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接,并且可以根據(jù)火災(zāi)情況模擬水噴淋以及逃生路線(xiàn)設(shè)計(jì),完善了火災(zāi)以及消防模擬的整個(gè)過(guò)程,真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)。FLACS可以手工繪制3D模型,也可以導(dǎo)入已建立PDMS、PDS模型導(dǎo)入。氣體擴(kuò)散液池?cái)U(kuò)展和蒸發(fā)爆炸燃燒 FLACS爆炸模塊功能較強(qiáng),被業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可,但其火災(zāi)模型起步較晚,燃燒工程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足,模擬結(jié)果真實(shí)性需要驗(yàn)證。FDS無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的圖形操作界面,輸入文件需要以固定格式的文本文件以及相關(guān)命令來(lái)導(dǎo)入,操作不易上手。氣體擴(kuò)散燃燒水噴淋FDS是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所建筑火災(zāi)研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的模擬火災(zāi)中流體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件,重點(diǎn)計(jì)算火災(zāi)中的煙氣和熱傳遞過(guò)程。由于FDS是開(kāi)放的源碼,在推廣使用的同時(shí),根據(jù)使用者反饋的信息持續(xù)不斷地完善程序。因此,在火災(zāi)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

4 通風(fēng)分析

通風(fēng)分析，選取一到兩個(gè)極端通風(fēng)工況，即遠(yuǎn)離中心通風(fēng)良好區(qū)域的區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)分析，旨在查看整個(gè)建筑布局在極端通風(fēng)條件下的氣流流通情況，確定氣體郁結(jié)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)，進(jìn)而論證如若發(fā)生火災(zāi)，預(yù)測(cè)煙氣在通風(fēng)最差的情況下的擴(kuò)散方向以及程度。

工況一：樓層平面的西北方向空間，空調(diào)風(fēng)口尺寸0.2x0.2m，風(fēng)向向下，風(fēng)速15m/s。樓層門(mén)全開(kāi)，窗口全開(kāi)。圖3是速度分布云圖，在有空調(diào)的作用下，西北角房間的氣流擴(kuò)散程度比較差，最多只能擴(kuò)散到臨近三個(gè)房間，如果在西北角發(fā)生火災(zāi)，煙氣將比較集中在西北角。西北面的窗戶(hù)保持良好的通風(fēng)，將有效地控制火災(zāi)煙氣對(duì)大樓內(nèi)部的影響。圖4是壓力分布云圖，氣流在門(mén)口處有比較明顯的積結(jié)，考慮到火災(zāi)會(huì)有大量氣流在短時(shí)間內(nèi)向四面擴(kuò)散，口門(mén)會(huì)有很氣流阻滯，若燃燒態(tài)勢(shì)比較劇烈，將有比較大的概率產(chǎn)生爆轟，造成大的危害，所以從這點(diǎn)分析，西北角窗口的開(kāi)放也是切實(shí)必要的。

圖5是整體三維流線(xiàn)分布圖，相比流速分布，流線(xiàn)更能體現(xiàn)氣流發(fā)展的態(tài)勢(shì)。樓層氣流積結(jié)的點(diǎn)比較明顯，集中在電梯廳，東側(cè)樓梯廳。而開(kāi)窗的房間，如西側(cè)，西側(cè)樓梯廳，氣流比較暢通。在逃生疏散時(shí)，如果煙氣已經(jīng)擴(kuò)散到全樓層，應(yīng)該將逃生線(xiàn)路，設(shè)計(jì)在樓梯廳，以及西側(cè)樓梯廳。圖6是局部三維流線(xiàn)分布圖，從流線(xiàn)來(lái)看，在樓道中的分布，垂向分布上，比較集中在中上部，由此可以推斷，在樓道中煙氣擴(kuò)散的主要速度方向也集中在中上部，結(jié)合煙氣本身密度較空氣低的物理現(xiàn)象，在疏散過(guò)程中應(yīng)采用彎腰前行的姿勢(shì)前行。

圖3 工況一通風(fēng)分析速度云圖

圖4 工況一通風(fēng)分析壓力云圖

圖5 工況一整體三維流線(xiàn)分布

圖6 工況一局部三維流線(xiàn)分布

工況二：空調(diào)風(fēng)口尺寸0.2×0.2m，風(fēng)向向下，風(fēng)速15m/s。樓層門(mén)全開(kāi)，窗口全開(kāi)。圖7是速度分布云圖，在有空調(diào)的作用下，東南角房間的氣流擴(kuò)散程度明顯要比西北角房間擴(kuò)散程度高，最遠(yuǎn)處已經(jīng)能影響到電梯間，如果在西北角發(fā)生火災(zāi)，煙氣將比較快地?cái)U(kuò)散到整個(gè)東部地區(qū)。且由于東南角房間開(kāi)門(mén)位置，造成氣流擴(kuò)散方向使得東部走道盡頭的格柵沒(méi)有起到作用。圖8是壓力分布云圖，與西北角房間工況類(lèi)似，氣流在房間四角處有比較明顯的積結(jié)，若燃燒態(tài)勢(shì)比較劇烈，將有比較大的概率產(chǎn)生爆轟，造成大的危害，所以從這點(diǎn)分析，兩邊的門(mén)都需要保持通風(fēng)暢通。

圖7 工況二通風(fēng)分析速度云圖

圖8 工況二通風(fēng)分析壓力云圖

圖9是整體三維流線(xiàn)分布圖，從整體流線(xiàn)來(lái)看，氣流已經(jīng)影響到整個(gè)東部地區(qū)，進(jìn)而阻斷了東部的疏散線(xiàn)路。電梯廳的氣體積結(jié)大大減少，方便了人員從東部向西區(qū)擴(kuò)散，西區(qū)樓梯廳仍然是主要考慮的疏散線(xiàn)路。圖10是局部空間速度矢量圖，在樓道中煙氣擴(kuò)散的主要速度方向也集中在中上部，在疏散過(guò)程中應(yīng)采用彎腰前行的姿勢(shì)前行。

圖9 工況二整體三維流線(xiàn)分布

圖10 工況二局部空間速度矢量圖

5 火災(zāi)模擬

火災(zāi)荷載直接影響到火災(zāi)發(fā)展及持續(xù)時(shí)間，是影響商場(chǎng)火災(zāi)發(fā)展很重要的因素。火災(zāi)荷載是指涉火空間內(nèi)所有可燃物燃燒所產(chǎn)生的總熱量值，也可定義成與室內(nèi)所有可燃物燃燒時(shí)產(chǎn)生相等熱量的某種可燃物的重量。即：

其中，P為火災(zāi)荷載，Gi為各種可燃物的重量，ΔHi為各種可燃物的燃燒熱值，ΔHV為某種特定可燃物的燃燒熱值。本文中我們采用C6H14作為特定可燃物。

火災(zāi)荷載調(diào)查是進(jìn)行火災(zāi)模擬的基礎(chǔ)。在取得真實(shí)的火災(zāi)荷載數(shù)量、種類(lèi)、可燃性以及分布等的基礎(chǔ)上，才能得到盡可能真實(shí)的火災(zāi)發(fā)展模擬過(guò)程。

本文計(jì)算中，電機(jī)房火災(zāi)荷載密度取為270MJ/m2，假定機(jī)電房中所有電機(jī)都發(fā)生火災(zāi)，且將蔓延到整個(gè)房間，測(cè)量該面積大約為27m2，根據(jù)假設(shè)的火災(zāi)荷載密度，可以得到：

總放熱量Q=270MJ/m2×27m2=7290MJ

查詢(xún)相關(guān)資料可得，C6H14液體狀態(tài)下的密度為654.8kg/m3，燃燒熱值為45.773MJ/kg。由此我們可以得到所需C6H14的質(zhì)量為160kg。

火災(zāi)模擬中所用參數(shù)依照第4小節(jié)通風(fēng)分析的結(jié)果進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)模擬結(jié)果，機(jī)電房約在第80s時(shí)燃盡。下文針對(duì)80s內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析過(guò)程中選取Z=0.5m的高度平面查看隨時(shí)間推進(jìn)著火空間內(nèi)的溫度情況，圖11至圖16分別是5s、10s、20s、40s、60s、80s時(shí)0.5m高度處平面溫度分布云圖，從圖中溫度分布發(fā)展趨勢(shì)可知，在60s后，高溫區(qū)向電機(jī)房外部延伸，煙氣也向外擴(kuò)散，所以在煙氣分析中應(yīng)重點(diǎn)考慮50s之后的分布情況與發(fā)展趨勢(shì)。

圖11 5s時(shí)溫度分布云圖

圖12 10s時(shí)溫度分布云圖

圖13 20s時(shí)溫度分布云圖

圖14 40s時(shí)溫度分布云圖

圖15 60s時(shí)溫度分布云圖

圖16 80s時(shí)溫度分布云圖

圖17至圖20分別是50s、60s、80s、100s時(shí)1.6m高度處平面煙氣分布云圖，圖21和22分別是80s和100s時(shí)火焰及煙氣渲染圖，從圖中煙氣分布發(fā)展趨勢(shì)可知，在60s后，煙氣向通道方向開(kāi)始大量擴(kuò)散， 80s時(shí)已經(jīng)擴(kuò)散到周邊空間，此時(shí)已經(jīng)對(duì)疏散人群產(chǎn)生較大的影響。

圖17 50s時(shí)煙氣分布云圖

圖18 60s時(shí)煙氣分布云圖

圖19 80s時(shí)煙氣分布云圖

圖20 100s時(shí)煙氣分布云圖

圖21 80s時(shí)火焰及煙氣渲染圖

通過(guò)以上分析可知，在火災(zāi)開(kāi)始階段，火源處溫度較高，室內(nèi)氧氣足夠提供燃料燃燒。隨著火勢(shì)的發(fā)展，在第10s以后，火勢(shì)發(fā)展較快，大約30s時(shí)火災(zāi)達(dá)到轟燃。轟燃之后，由于通風(fēng)口處由于氧氣充足，溫度較高，而機(jī)電房附近區(qū)域由于供氧不足，溫度不高。從煙氣渲染圖上我們可以看出從20s至60s期間煙氣濃度變化較小，從70s之后煙氣迅速延伸到了主走道空間并開(kāi)始向東部擴(kuò)散。到100s時(shí)煙氣已經(jīng)基本手術(shù)室區(qū)連接主通道的所有空間。空間溫度分布隨著時(shí)間的推進(jìn)，整個(gè)空間的溫度在上升，由開(kāi)始的局限于中間區(qū)域的高溫向整個(gè)空間擴(kuò)散。由于中間區(qū)域的供氧量不足，最高溫度向其它地方轉(zhuǎn)移。燃燒初始階段CO2主要集中在火源附近，隨著燃燒的進(jìn)行，CO2向四周進(jìn)行擴(kuò)散。燃燒前期由于氧氣充足，CO濃度很低，隨著燃燒的進(jìn)行，空間內(nèi)的氧氣減少，燃料不能充分燃燒，隨而產(chǎn)生了大量的CO。

6 逃生分析

根據(jù)以上模擬分析結(jié)果，我們可以看到本醫(yī)院建筑逃生通道的設(shè)置比較合理，在火災(zāi)發(fā)展初期通道內(nèi)基本沒(méi)有煙氣進(jìn)入，溫度也相對(duì)較低。一旦發(fā)生火災(zāi)，人群有相對(duì)充分的時(shí)間來(lái)進(jìn)行逃生。此外，由于醫(yī)院走道有大量的排氣窗，此處與外界相連，煙氣能夠得到較為充分的擴(kuò)散，空間相對(duì)較為寬廣有利于人群的疏散。

但是，由于我們采用的燃燒介質(zhì)為輕質(zhì)油，相對(duì)于醫(yī)院電機(jī)房具體物品來(lái)說(shuō)其燃燒放熱量較大，以業(yè)內(nèi)文獻(xiàn)中通用的火災(zāi)載荷密度同比材料木材進(jìn)行對(duì)比，木材的燃燒熱值為18MJ/kg，本文所用C6H14為45.8MJ/kg，假定其燃燒速度相同，則木材所耗時(shí)間為C6H14的2.54倍，即要用4min左右的時(shí)間。在實(shí)際當(dāng)中，由于液體燃料的燃燒速度要大于固體燃料的燃燒速度，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，固體可燃物熱釋放功率大約為225～500kW/m2。實(shí)際中，我們假定為400kW/m2，總熱量7 290MJ，我們可以算出本文中的平均熱功率為：

據(jù)此我們可得兩種燃料的熱燃燒速度之比約為6。結(jié)合前面的燃燒熱量比值，在實(shí)際當(dāng)中，火災(zāi)發(fā)展時(shí)間要在本文結(jié)果乘上15甚至更大的一個(gè)系數(shù)。

本文中我們假定時(shí)間乘上一個(gè)系數(shù)15，則燃燒總時(shí)間約為24min，以此進(jìn)行逃生方案分析。由于燃燒區(qū)域位于樓層?xùn)|區(qū)，西區(qū)所受影響較小，人員有充足的時(shí)間逃生，醫(yī)院東區(qū)的逃生出口離火源較近，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員沒(méi)有充分時(shí)間逃生，因此我們主要分析這附近人員的逃生情況。假定著火區(qū)域人員密度為1人/m2，假定著火后的由于擁堵人員平均行走速度為0.5m/s。根據(jù)上文計(jì)算結(jié)果，在第40s時(shí)(乘上系數(shù)15，即實(shí)際情況在約10min左右時(shí)，以下所有時(shí)間皆為實(shí)際時(shí)間，即模擬時(shí)間乘以15)，煙氣分布即將突破電機(jī)房范圍。

如圖23所示，與電機(jī)房正對(duì)的手術(shù)室可以從南側(cè)的緊急通道可以逃生，通往西側(cè)的安全樓梯，最遠(yuǎn)的房間距離西側(cè)樓梯口為70m，特殊人員逃生時(shí)間為350s，而煙霧擴(kuò)散到距離樓梯間尚有10m距離的時(shí)候，需要1 500s，除去發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生反應(yīng)時(shí)間600s，留給人員逃生時(shí)間為900s，病人早已到達(dá)1樓，逃出火災(zāi)大樓。

如圖24所示，位于燃燒區(qū)域右側(cè)第二手術(shù)室的人員，處于最為危險(xiǎn)情況，其他除第二間手術(shù)室可以通過(guò)后側(cè)的通道逃生，只有第二間需要從前側(cè)主通道行走逃脫。針對(duì)該最危險(xiǎn)工況進(jìn)行分析，火焰已從電機(jī)房伸出到達(dá)主通道，隔斷了東西兩側(cè)，則第二手術(shù)室的人員只能從東側(cè)逃生通道逃走。從第二手術(shù)室的門(mén)口到東側(cè)樓梯的距離約為13m，一般人員需要26s跑到樓梯口，考慮到手術(shù)室人員行動(dòng)不便，或中老年行動(dòng)暖慢的因素，將特殊人員的行走速度設(shè)為0.2m/s，則特殊人群到達(dá)樓梯口的時(shí)間為75s。從分析結(jié)果知，煙霧12.5min到達(dá)第二間手術(shù)室門(mén)口， 17.5min到達(dá)樓梯間門(mén)口， 22.5min進(jìn)到樓梯間。極端情況下，人員在發(fā)現(xiàn)著火后2.5min(150s)內(nèi)必須從第二手術(shù)室逃出， 7.5(450s)min內(nèi)趕到樓梯間， 12.5min(750s)內(nèi)開(kāi)始下樓。考慮到人員本身行走速度比煙霧擴(kuò)散速度慢，所以出于安全角度，人員需要在煙霧到達(dá)樓梯間時(shí)，已經(jīng)與燃燒樓層有至少兩層的逃生距離。假設(shè)特殊人群下樓速度為0.025m/s，樓層高度為3m，則通過(guò)單層的時(shí)間為2min，從四樓下到二樓的時(shí)間為4min(240s)，加上之前通過(guò)走廊的75s，考慮之前的車(chē)?yán)餃?zhǔn)備工作60s，總共耗時(shí)375s，小于煙霧到達(dá)樓梯口的750s。故即使在最危險(xiǎn)的第二間房間，特殊人群仍然可以在正確疏導(dǎo)的前提下，成功逃生。

圖23 機(jī)電房對(duì)面手術(shù)室逃生路線(xiàn)圖

圖24 機(jī)電房右側(cè)第二手術(shù)室逃生路線(xiàn)圖

圖25 其他樓層手術(shù)室逃生線(xiàn)路

實(shí)際情況下，因?yàn)橛衅渌鼮殪`敏的探測(cè)手段，火災(zāi)反應(yīng)時(shí)間是短于600s，加上樓道內(nèi)其他主動(dòng)消防手段啟動(dòng)，如噴淋系統(tǒng)，煙霧到達(dá)樓梯口的時(shí)間要比1 500s長(zhǎng)。即使火災(zāi)發(fā)生在一樓，其他樓層的人員可以直接通過(guò)主通道來(lái)疏散，如圖25所示，五樓的最長(zhǎng)逃生時(shí)間為，人員到樓梯口55m， 275s，加上下樓時(shí)間480s，一共755s，小于900s的煙霧擴(kuò)散到西側(cè)樓梯口時(shí)間，全部人員可以安全撤離。

7 結(jié)論

綜上所述，本項(xiàng)目醫(yī)院建筑的火災(zāi)模擬及逃生分析研究得到以下結(jié)論，通過(guò)項(xiàng)目研究可以為類(lèi)似項(xiàng)目的分析提供技術(shù)路線(xiàn)借鑒：

1)通過(guò)樓層通風(fēng)分析可知，如遇火災(zāi)，西側(cè)樓梯為主要逃生通道；

2)日常應(yīng)保持門(mén)窗通風(fēng)，在極端情況下，如急速火災(zāi)，可大大降低發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，且有利于煙氣疏通；

3)人員在逃生時(shí)，需要彎腰，壓低身軀前行，可避免吸入過(guò)多煙氣；

4)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，即使發(fā)生在比較危險(xiǎn)的樓層中段電機(jī)室，整個(gè)樓層仍然可以在合理疏散的前提下，安全撤離；

5)火災(zāi)發(fā)生樓層，除電梯間東側(cè)第二間手術(shù)室外，都可以通過(guò)西側(cè)樓梯逃生，第二手術(shù)室可以通過(guò)東側(cè)樓梯逃生，時(shí)間充裕；

6)非火災(zāi)發(fā)生樓層，皆可以通過(guò)西側(cè)樓梯逃生，時(shí)間充裕。