2021-4-9 | 消防工程论文
全景画馆的火灾危险性分析
由于地面塑型、电缆电线、座椅、装饰材料均可采用不燃材料制作，所以在上述物品中最具火灾危险性的可燃物是垂直悬挂的画布，分布在沿全景画馆筒壁内侧0.6m左右的环形范围内。全景画布属薄型固体可燃物，其特点是厚度小、面积大，总质量相对较小，因此热容量小，受热之后升温很快，很容易达到热解、气化温度，容易着火。另一方面因面积较大，与周围空气中的氧气接触面大，供氧充分，也是容易着火的另一重要因素。
全景画馆自动消防设施设计面临的问题
因全景画馆属于大空间建筑，在馆内全景画布是油画布，是主要可燃物，且全景画布属于较薄竖向可燃织物，油画布一旦被点燃，其燃烧具有竖向燃烧速度明显高于水平燃烧速度，且竖向火焰传播速度超快，燃烧猛烈，释放出大量烟雾等特点，由于现行规范中缺少对垂直油画布的消防设施的设置要求，因此自动消防设施的选择上存在以下问题:
自动灭火系统，在全景画馆内油画布是主要可燃物，因此自动灭火系统应符合安装高度和油画布的燃烧规律要求。一是选择闭式自动喷水灭火系统，净空高度不大于12m［1］，不适用对油画布的保护。二是选择自动水炮灭火系统和自动扫描定位喷水灭火系统虽然其安装高度满足全景画馆的高度要求，但是其启动和灭火定位均由火灾自动报警系统完成。由于油画布火势为竖向发展迅速，火焰成高速移动状态，势必造成水炮和自动扫描定位喷水无法定位火源。三是选择大空间智能型主动喷水灭火系统，其中标准型大空间智能灭火装置，安装高度为6～25m，保护半径为≤6m，系统采用智能型红外探测组件探测火灾［2］，针对油画布的特点，探测组件可以上下垂直安装，可以安装在全景画馆内灯光无法达到的位置，可以避免误报的产生，这种标准型大空间智能灭火装置在全景画馆内应用是可行的，但是因油画布画幅巨大，火灾时喷头开启数量无法确定。四是选择雨淋喷水灭火系统，虽然没有安装高度限制，但是油画布周长较大有500多米，存在消防用水量需求太大的问题，同时全景画经济价值巨大，一旦被水浸湿，势必造成重大经济损失。
火灾探测器，一是选择常用的点型感烟和或感温火灾探测器，最大安装高度分别为12m和8m［3］不符合场所要求。二是选择适用于大空间建筑的火灾探测器有火焰探测器、红外光束感烟探测器、图像式火灾探测器(包括光截面图像感烟火灾探测技术和双波段图像火灾探测器)，但是由于它们均易受到展厅内的灯光等光线的影响，易发生误报。三是火灾时火灾探测器应能准确定位火灾位置，因此采用上述大空间火灾探测器的实效，需要进一步分析研究。
排烟系统，由于火灾时全景画馆内上部烟气的温度未知，烟气温度在何时超过280℃导致排烟风机停止工作?因此不能确定排烟风机正常运行的有效时间以及此有效时间能否满足人员疏散时间的需要。
油画布的火灾试验和火灾数值模拟
根据油画布消防设计面临的问题，采用常规消防设计手段无法验证消防设施的有效性，本文采用性能化消防设计的方法，即采用小尺寸火灾试验和计算机模拟(采用FDS火灾数值模拟软件模拟)相结合的方法进行设计。
1.火灾试验
(1)通过试验发现火焰前锋位置s(t)和燃烧时间(t)呈幂函数的增长趋势，得到油画布火焰前锋位置的经验模型［4］为:s(t)=3．669t2．065由此模型可知，对于20m高的油画布，火焰前锋由底部达到顶部的时间是64．5s。(2)油画布燃烧蔓延痕迹呈小夹角V形，由于其燃烧时供氧量充足，使热气流及火焰上升速度加快，垂直方向蔓延速度远大于水平方向蔓延速度，使得V形痕迹的两侧边夹角变小，火焰体表现为夹角为10～15°的V状火焰，形成夹角大约为10～15°的V形痕迹［4］(见图2)。(3)因全景画馆为一个相对密闭场所，室内几乎没有风，油画布燃烧时，涂油彩油画布竖向燃烧火势迅猛，火焰辐射和对流强烈，不完全燃烧产生大量黑色烟雾，但是烟气没有出现有滞留半空的现象，而是烟羽流迅速垂直上升至顶棚，撞击顶棚后迅速向周围空间蔓延，在水平方向扩散的同时不断向下沉降，实验场所都有明显的烟气分层现象。
2.FDS火灾数值模拟结果
(1)全景画馆顶部温度测点随时间变化曲线。(2)火灾烟气到达顶部随时间变化情况。根据火灾模拟数据可以得出，油画布燃烧烟气于8．5s即达到顶部，撞击顶棚后迅速向周围空间蔓延(见图5)。在15s时，油画布上方顶棚的可视距离即达到16．3m，此时对应的烟气阈值浓度用减光系数表示约为1dbm－1，达到感烟探测器报警条件。(3)全景画馆油画布上方烟气温度变化曲线，在油画布燃烧后42s时，油画布上方顶部温度即达到70℃，温度变化。
自动消防设施的选择和设计要求
1.雨淋喷水灭火系统和标准型大空间智能灭火装置适用性分析
(1)雨淋喷水灭火系统。雨淋喷水灭火系统安装高度符合要求，但是存在火灾时消防用水量非常大，同时会造成较大的次生灾害，因此，全景画馆内雨淋喷水灭火系统可按以下要求设置:因全景画馆内主要可燃物为油画布，且位置固定，因此仅需要在油画布上方沿油画布的周长方向设置环状雨淋喷头，并且分段控制，每段长度为L≥2×k×H×tg(a/2)式中:H———画布高度，m;a———油画布V状火焰夹角，°;k———安全系数可取1．1～1．2。考虑到火灾发生在边界处的可能性，以及火灾时油画布着火局部可能掉落，从而扩大火灾范围，因此，火灾发生时，可通过火灾自动报警系统探测器的精确定位，开启着火区段和相邻两段喷头(三段长度最大不得超过18m)，即达到有效控火和灭火的目的，又解决了消防用水量较大的问题。分段式雨淋喷水系统的启动方式。一是经火灾报警探测器探测火灾和定位火灾位置，联动开启着火区和相邻两区的雨淋阀或电磁阀，喷水灭火，此方式的特点是雨淋喷水灭火系统启动迅速。二是经雨淋系统上水力传动管上闭式喷头启动，因油画布火焰前锋由底部达到顶部的时间是64．5s，此时雨淋系统水力传动管上闭式喷头(选用快速响应喷头RTI≤50)随即破碎，同时启动水力传动管对应的着火区雨淋阀，再经火灾报警控制器联动开启相邻两区的雨淋阀，此方式的特点是灭火系统启动可靠，缺点是启动时间较长。为了缩短系统喷水时间，缩短水在管道内的流动时间，建议雨淋阀设置在旋转平台下设备用房内，并在旋转看台上设置手动开启相应燃烧位置的雨淋阀控制按钮。(2)标准型大空间智能灭火装置。在油画布上方沿油画布的周长方向环状设置标准型大空间智能灭火喷头，全景画馆可按严重危险Ⅱ级规定布置喷头，根据DBJ15-34－2004《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》表5．0.1－1，喷头单排布置，喷头间距不大于4．2m。因单个标准型喷头的安装高度最低安装高度不应小于6m，因此，对于垂直悬挂的油画布火灾顶部位置，因主动喷头安装位置受限，安装高度距离画布较近，因洒水喷头的锥形效应，从而造成对画布上部保护存在空白的问题，为保证对画布实现全面覆盖，可以在油画布正上方布置一排标准开式直立型喷头，每段长度不小于4．2m，由控制大空间智能灭火装置喷头的电磁阀开启。这样既解决了加密喷头的数量造成工程造价较高的问题，又实现了对油画布的全面保护。火灾发生时，可通过火灾自动报警系统探测器的精确定位，开启着火区喷头和相邻两个喷头，或同时按照雨淋系统中传动管的布置形式布置传动管，来启动主动喷水灭火，达到有效控火和灭火的目的，避免火灾次生灾害较大的问题。