基于火灾动力学理论的城市消防规划_丁显孔

关失去作用。采用EPS供电,且应急灯具采用普通灯具的工程一般选用这种方式。平时灯具由现场直接控制,发生火灾切断非消防电源后,应急灯具不受开关控制。这是因为在布线时增加了一根控制线,火灾时应急电源电能供给跨过了开关。这种方式的关键是/控制线0,它是火灾时应急电源的必要条件,设计施工时没有这一条线的话,切断非消防电源后,灯具仍然受到开关的控制,没法立即投入应急照明,其功能无从发挥,基本相当于没有,而这种情况在工程中可以经常发现。

总之,随着全社会安全意识的不断提高、宣传消防知识力度的不断加大,人们越来越认识到应急照明在火灾中对人们生命安全的重要作用。消防应急灯具设计的选型与控制方式是其能够发挥作用的关键,希望在建筑消防工程的设计和施工中,能够充分联系实际,根据建筑的实际情况,选择合适的灯具型式、合理的控制方式,将应急照明的各项标准要求落到实处,保证火灾时应急照明发挥应有的作用,确保人员的安全疏散和逃生。

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收稿日期:2007-03-31;修回日期:2007-05-08

作者地址:山东省济南市经十东路276号

电话:(0531)85124068

基于火灾动力学理论的城市消防规划

丁显孔

(北京清华城市规划设计研究院消防科学技术研究所,北京102209)

摘要:通过对目前我国及世界城市消防规划现状的介绍,分析了目前城市消防规划中存在的问题,运用火灾动力学的理论分析了时间在消防规划中的重要性,提出了针对这些问题的对策和建议。

关键词:城市建设;消防规划;火灾;火灾动力学

1引言

发达国家每年火灾直接损失约占国民经济总产值的012%,而整个火灾代价(指火灾造成的经济损失、人员伤亡损失、扑火消防费用、保险管理费、灾害防护工程费用)约占国民经济总产值的1%左右,人员死亡率约在十万分之二[1]。

1950~2005年,我国共发生火灾约58417万起,死亡约1913万人,伤约35万人,直接经济损失34116亿元[2]。一般火灾有向重特大火灾方向扩张的趋势,进入20世纪90年代,重特大火灾特别是公共聚集场所重特大恶性火灾事故发生频繁,城市重特大火灾占全部重特大火灾的主导地位。

我国现有城市668个,其中人口在200万以上的大城市13个,人口在100万~200万之间的城市24个,人口在100万以下的631个,另有建制镇19000个。与世界城市化水平相比,我国城市化还处在一个较低的水平,世界城市化平均水平为47%,发达国家平均水平为75%,我国城市化水平只有3019%。为了节约资源,保护环境,退耕还林,我国建设主管部门提出2010年将从目前的3019%增加到40%~50%[3]。

伴随着经济水平的提高,财富大量增加和积累,城市已成为财富的重要聚集区,火灾防范与扑救显得十分关键和重要。建筑火灾是城市火灾的主要形式,建筑火灾的可燃物大量积累,火灾荷载大,热量积聚快,轰燃速度提高,使火灾扑救相当困难,城市消防规划作为城市防护工程的重要组成部分,对城市防火灭火起着重要的作用。

建筑是构成城市的主要组成部分,火灾动力学为建筑火灾防治提供了科学的理论指导和技术支撑。因此,应用火灾动力学理论研究建筑火灾防治对城市消防规划具有重要的借鉴意义。

2我国和世界城市消防规划研究概况城市消防规划是一项专门的城市规划,目前集中在城市火灾风险的评估研究较为广泛。我国在火灾风

险评价方面的研究,大部分是以某一企业,或某一特定建筑物为对象的小系统。我国开展过石化企业消防安全评价方法及软件开发[4],运用模糊评价法对我国的高层民用建筑进行过消防安全评价[5]。关于火灾风险对于灭火救援力量的影响,国外研究很活跃。美国制定了标准的社区消防安全系统及NFPA1710和1720两个指导消防力量部署的标准[6]。英国的风险分级系统是对消防队的辖区进行风险评估,确定辖区内的各种风险区域,进而确定该风险区域发生火灾后应出动的消防车数量和消防响应时间,根据这一研究他们还出台了/风险评估工具箱0测试版[7]。我国学者采用指数法[8]、在火灾平均发生率与城市人口密度、城区面积、建筑面积间的统计关系基础上,选取建筑面积为主导参量,建立了以建筑面积为单一因子的城市火灾危险评价公式[9]。公安部上海消防研究所承担的国家/十五0科技攻关项目/城市灭火救援力量优化布局方法及技术研究0[10]主要是从理论上阐述了消防灭火力量优化布局所应采取的方法。

我国广东省东莞市城建规划局、东莞市消防局编制的5城市消防规划-中心城区消防专项规划(2000~ 2015)6具有一定的代表性,该规划将城市消防规划分为城市消防安全布局规划、城市重点消防地区规划、城市消防站布局规划、消防装备规划、消防安全管理规划、消防供水规划、消防通信规划、消防通道规划、消防疏散、避难场地规划、消防供电规划、消防与抗震、人防关系十一个分项目[11]。在具体上执行GNJ1-825城镇消防站布局与技术装备配备标准6[12]的有关规定。我国学者在总结城市消防规划经验的基础上构架了城市消防规划的理论框架[13],在消防站的优化布局方面,我国消防专家还提出了责任区面积的计算公式和一些有益的探讨[14,15]。

城市火灾危险性和消防安全保障能力评估技术研究及应用示范[16]是我国今后一个时期消防科学技术发展的重要课题之一,其中涉及重大消防危险源辩识、城市区域火灾危险性评价、城市消防给水系统设置及保障能力、城市消防救援力量配置与布局优化技术、基于风险评估和消防资源配置的城市消防响应时间模型与确定准则、城市消防安全保障能力评估技术与方法等子项目。

城市火灾危险性和消防安全保障能力方面的研究是一个崭新的领域,但其本身具有系统性。尤其是近年以来,微电子技术、探测传感器技术、通信和网络化技术的飞速发展[17],促使城市火灾探测报警与消防通信技术领域发生了新的变化)))火灾探测报警时间的提前,消防通信网络技术与计算机接警指挥管理等技术得到实现,而这些技术的实现正是城市消防规划所必须考虑的。

如何科学地指导我国今后一个时期城市消防规划设计显然是城市规划研究人员、专家、工程设计人员一项重要的任务。

3影响城市消防规划的主要问题及其分析

3.1消防响应时间及灭火时间

消防响应时间是制订城市消防规划的重要指标。在消防站布局时,时间是首先需要认真考虑的。时间对于火灾防治的重要性显然不单是由于时间延长会导致在火灾中伤亡的生命越多,而更为关键的是随着火灾的发展,火灾性质发生了巨大的变化。火灾性质的变化势必要求灭火力量、灭火药剂等灭火要素也要随之改变,这种改变带来的火灾扑救代价可能会更高。因此,消防规划的成败在能否为灭火救援过程争取更多的时间上有明显的体现。

根据5城镇消防站布局与技术装备配备标准6[12],消防站布局的一般原则,是根据扑救责任区最远点的初期火灾所需要的15min消防时间确定的。这15min 来自于消防队扑救砖木结构建筑物初期火灾并防止蔓延所需要的时间。15min消防时间包括发现起火、报告火警、接警出动、消防车到场和开始出水扑救的时间。

31111报警时间、自动灭火时间的提前与延迟在我国当代城市火灾报警技术的基础上,实现报警时间及时准确是困难的。我们统计了1994~2004年间十大火灾的情况,导致火灾增大的主要原因与报警时间的延误紧密相关。根据火灾动力学理论,如果火灾在轰燃之前得到及时扑救和控制,火灾的损失可能会比较小;反之则很大。所以,争取缩短报警时间对于减少火灾损失和危害程度而言是极有意义的。

火灾探测器的灵敏度是检验和评定火灾探测速度和时间的主要依据。为了缩短报警时间,可以选择灵敏度较高的探测器种类,一般来说,火焰探测器的响应时间较感温、感烟探测器短。自动喷水灭火系统及其他灭火系统的响应时间是通过喷头实现的,闭式喷头的响应时间通常不超过300s。需要指出的是,建筑消防工程的安装、科学管理是实现缩短报警时间、自动灭火时间的基础[18]。

城市火灾自动报警系统网络监控是缩短火灾报警时间的有效措施。随着这项技术的推进和发展,我国

将在火灾预防上迈进一大步。但是在当前的城市中,没有安装火灾自动报警系统的建筑仍占有相当大的比例,所以在报警上,时间依然是无法确定的因素。但从整个时间范围考虑,可以将规划中的时间做适当减少和缩短。在城市火灾综合评估中,可以将列入网络监控的建筑列为更高的等级。

31112消防救援力量响应时间的缩短

伴随着火灾自动报警系统的发展和城市火灾指挥方面的完善,我国消防部队反应速度大大提高。消防车和消防队出动的时间仍可执行1min标准,但伴随而来的城市交通问题日渐突出,消防救援力量主要依赖地面输运的方式运向火场,从整个火灾发生的时间规律看,夜间是火灾发生频率较高的时段,这也为消防车正常行驶和快速到达现场提供了条件[19]。应当指出,在比较顺利的条件下,消防队员到场和展开战斗的时间通常是起火后的15min。

31113灭火剂的输送时间

当火灾发生后,

水量越大,对火灾的控制和扑灭能力就越强[20,21]

防车输送的主要是灭火救援力量(人力)、

灭火剂。从目前我国和全球的情况看,

价的灭火剂还不太可能,

和提高,因为当技术装备、火灾性状、

灭火剂的供给速度和效率就成为制胜的关键。

城市供水管网的改造、加强室外消火栓的建设、

内消防供水系统建设、充分利用自然水体等。

除了提高城市供水管网的供水能力之外,

水时间(1min)与运水车往返时间之

其他水灭火剂的供给就显得更加困难,

等,我国有些城市投资兴建了灭火剂储备库[22],

决了灭火剂问题,

然没有很好的解决。

在城市消防工作中,

或泡沫状的水,能够大幅度提高水的灭火效率,

剂技术处理的水也可以取得很高的灭火效率。31114灭火时间的合理分配

发生在2004年2月15日的吉林中百商厦火灾火灾共造成54人死亡,70人受伤,过火建筑面积2040m2,直接财产损失426万余元。该火灾扑救过程可以作为灭火时间分析的参考[23]。从中百商厦扑救的过程看,11时5分~11时28分的20min时间极为重要,由于该商厦火灾荷载相对较高,所以燃烧速率相当快,而20min足以使发生火灾的房间发展至轰燃状态(一般认为6min可使可燃物密度较高的区域发生轰燃)。这20min内,火灾得到了迅速发展,在11时39分消防车到达火场时,火灾已发生近40min,火势变大已成定局。尽管如此,消防部门仍然抢救被困群众190人(其中未受伤66人)(见表1)。从吉林中百商厦的火灾扑救情况看,现有的城市消防规划技术是有缺陷的,也不尽成功,火势在最初发生到消防灭火力量投入扑救经历了40min的顺利发展并最终导致建筑物轰燃而造成剧烈燃烧,不可逆转的造成死伤人数较大的悲剧。从这场火灾的整个过程分析可以为我们进行消防规划带来很有价值的启示。

表1吉林中百商厦火灾扑救过程

消防部队灭火时间根据火情大小和火灾状况各有不同,常规建筑火灾一般不超过2h,2003年11月3日发生在衡阳市衡州大厦的火灾用了近4h,主要是由于疏散楼内群众占用了大量时间。而对于石化、油罐等特殊火灾,灭火时间可长达15天,甚至更长,这主要是由于灭火冷却的需要。如1993年10月21日18时15分,南京金陵石化公司炼油厂油品分厂罐区发生爆炸,引起310号油罐燃烧,17h后才被扑灭[24]。气象条件的变化对灭火时间也有很大影响,风向改变可以使烟气蔓延发生变化,增加相邻建筑物着火的可能性。但纵观消防灭火过程,对灭火时间主要造成的影响是疏散救人、气象条件、灭火剂供给。

3.2火灾过程与灭火时间的关系

轰燃(Flashover)是建筑物内火灾发展的一种危险状况。当室内温度达到600e以上时,可以引起室内绝大多数可燃物发生热解或气化,从而产生大量可燃性气体。当生成的可燃气体达到着火浓度极限时,室内发生整体的强烈燃烧现象,这种现象称之为轰燃[25]。轰燃现象的发生常被消防工程师们称为火灾发展的重要标志,轰燃对火灾的影响主要表现为:

(1)人员如未能在轰燃前撤离,则生还的机会会很小;

(2)轰燃发生后,若室内可燃物充足且通风良好,则室内燃烧还会进一步加强;

(3)火灾的外窜,引起与其相邻建筑的失火;

(4)烟气危害范围扩大。

如果轰燃现象发生在高层建筑内,则火灾危害则更加严重,在极短的时间内,火灾会迅速发展蔓延整栋大楼,最终火灾吞噬建筑。影响建筑是否发生轰燃的重要参数是可燃物的热释放速率[26]。在城市建筑中,一栋建筑与另一栋建筑之间的可燃物荷载是大不相同的。因而热释放速率也是不同的。分析建筑物的热释放速率具有极其重要的意义。据对洛阳东都商厦/12# 250特大火灾的分析,该商厦地下二层一起火点及周围的可燃物分别是金丝绒布、化纤布、聚氨酯泡沫塑料,羊毛毡垫,小方木及木制家具等,当地下一层的工作人员发现起火时,纷纷开启大门,敲破玻璃逃生,促使新鲜空气涌向地下二层,并迅速发生轰燃,高温有毒烟气急速涌向四楼歌舞厅,从地下二层~地上四层的烟气垂直蔓延速度为4~8m P s,烟气仅用4~6s的时间遍布歌舞厅,歌舞厅内人员除极少数逃生外,309人均因烟气中毒窒息死亡[27]。

这起火灾是通风控制的燃烧并伴随轰燃发生的,由此我们可以看出,在城市消防规划中,必须高度重视不同消防保护对象的规划技术,对于火灾危险性较大的建筑和保护对象要采取灵活的消防规划措施。

东莞市城市消防规划将城市重点消防地区的确定考虑0四大0和0六个方面0。四大是火灾危险性大、火灾损失大、火灾伤亡大、火灾影响大;六个方面是指商场、市场、宾馆、饭店、体育场(馆)、公共娱乐场等公众聚集场所;车站、码头、广播电台和邮电、通信枢纽等重要场所;政府首脑机关、重要的科研单位、金融单位、大专院校、医院、高层建筑;图书馆、档案馆、展览馆、博物馆、文物建筑;大型粮、棉、木材、百货仓库、堆场,生产、储存易燃易爆物品单位;其他重要场所和工业企业。这种做法具有较好的指导意义。

4城市消防规划对策与建议

(1)将城市消防规划列为专项规划,编制规划应成立由交通研究部门、城市建设部门、园林部门等共同组建的专家组。保证消防规划与其他规划相协调;

(2)发展灭火剂高效使用技术和空中、地下运输技术,保证发生重特大火灾时灭火剂不间断,缩短灭火剂输送时间;

(3)发展火灾自动报警网络监控技术,减少误报率,缩短消防安全重点单位报警时间;

(4)加强城市消防安全管理,杜绝移动危险源及可能发生的灾害,兴建避难逃生场地,保证人员疏散和灾后社会稳定;

(5)发展新型灭火技术,采用新型消防供水器材装备,使灭火用水节约化、环保化,可综合利用,提高灭火效率,缩短灭火时间,实现高效灭火;

(6)运用火灾科学与消防工程基础理论,加强城市区域火灾风险评估,用评估指导消防站建设和城市规划;

(7)重视消防安全管理规划的重要作用。在技术条件和先天设施一定的条件下,管理是决定规划成败的核心要素。科学的城市消防管理是一项巨大的系统工程,现代城市火灾特别是城市中不确定的火灾发生是由于管理失误造成的。例如在现代城市中不断发生的交通工具火灾,重大危险源泄漏火灾、危险品运输火灾,化学危险品火灾都是管理不善或群众防火意识差造成的。有效的消防安全管理必须依赖于先进的科学技术和法律法规;

(8)重视消防疏散和避难场地规划。当代城市发生大型灾害的可能性较高,因此建立具备大型空旷地带的城市防灾公园是极有必要的,这也是国际城市规划的习惯做法。城市防灾公园可以安置由于大面积火

灾而疏散的居民和人员,减少因疏散而引发的社会问题及其他并发灾害。

此外,还应加强消防通信、通道、供电与抗震,人民防空规划等,规划的相互补充和联接,实现城市防灾资源的综合利用。

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收稿日期:2007-02-05;修回日期:2007-04-20

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国外新型多功能抢险救援消防车

2006年10月,一款新型多功能抢险救援消防车在国外下线。这款新型的抢险救援消防车采用奔驰Actros4@4系列1841底盘,发动机功率306kW;车长7500mm,宽2500mm,高3850mm;整车重量18t。

车辆上装采用铝合金框架及部件,1+2成员座椅。装有集成频闪警视和照明系统,4@1000W泛光灯和空气压缩灯柱,20kVA发电机,50kN绞盘。在车的中部及顶部设计有器材箱,尾部装备有重型吊臂。

该车的整体设计体现了功能第一的设计思想。重型吊臂是整车功能的核心,为确保其技术性能的发挥,全车对动力输出及底盘布局进行了有针对性的改装。它采用了奔驰民用底盘系列里功率第二大的306kW 发动机,并选装了排气系统,而且对油箱形状和布局也进行了改动,最大限度地避免了车身中部支撑腿和底盘部件侵占器材箱体的空间。主要特点:1较短较高的车身。与国内外同类车型相比车身缩短了500mm,车高增加了600mm。较短的车长和轴距保证了该车拥有更小的转弯半径,便于在狭窄、拥堵的城市道路行驶。重型吊臂的高度决定了该车的整体高度,为弥补轴距缩短造成的器材箱空间不足和保证整车的协调性,该车加装了车顶器材箱。o大功率的发动机。该车采用大功率发动机主要是为了确保对重型吊臂的动力输出。其强劲的动力,良好的加速性能,非常适合在市区道路行驶。?装备了重型吊臂。该吊臂为PALFINGER PK16502D型,最大作业半径1416m,最大旋转角度420b,最大举升高度18m,比传统抢险救援车装备的吊臂在技术性能上有较大提高。(小溪)