一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法
【专利摘要】本发明公开了一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法，包括下述步骤：步骤1.采用CFAST区域模型软件建立区域模拟模型；步骤2.验证所述的CFAST区域模型软件建立的区域模拟模型的可行性；步骤3.利用所述的区域模拟模型预测典型模式的疏散效果；步骤4.根据预测的疏散效果确定最佳的具体工程实例。高层住宅建筑防火安全不仅仅只是满足功能需要和高层防火规范的要求，事实上良好的安全疏散系统不仅要满足规范要求，更加需要考虑疏散效果。应该建立疏散优先的高层住宅防火设计理念，更为人性化、安全化，从建筑策略上提高“楼梯”为核心的传统疏散体系可靠性，在此基础上，加强并规范防火疏散设计。
【专利说明】一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高层住宅防火疏散【技术领域】，具体涉及一种高层住宅楼梯间疏散效果 的评价方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国国家经济的高速发展，人口急剧膨胀以及土地资源的紧缺，高楼林立已 是我国现代城市的主要特征之一，高层住宅更是作为新建住宅的普遍形式缓解了土地矛 盾，改善了居住质量。不过，随着高层住宅越来越多，高层消防安全危机开始凸显，城市哀伤 事件屡有发生，所以高层住宅的防火问题已进入国内、国外公共安全的视野，受到越来越多 的关注。从技术上看高层住宅在防火疏散、火灾扑救方面确实先天不足，是公认的世界性难 题，然而客观条件限制，并不代表我们可以忽视在高层防火及疏散设计，尤其是疏散系统设 计方面可以做还没有做的很多并没有技术难度的工作。
[0003] 《高规》第6. 1. 2条规定"塔式高层住宅，两座疏散楼宜独立设置，当确有困难时， 可设置剪刀楼梯"，第6. 1. 2. 3条规定"剪刀楼梯应分别设置前室。塔式住宅确有困难时可 设置一个前室，但两座楼梯应分别设加压送风系统"。
[0004] 但是，在执行中遇到的具体问题是：剪刀楼梯的本质是一部楼梯空间内的两部独 立楼梯，且其安全出口应隔开一定距离（彡5m)。既是两部独立楼梯，就必须有各自独立的 安全出口通过前室开向防火分区；对防火分区而言，则应形成两个独立且拉开的疏散出口。 因此，单元式高层住宅采用剪刀楼梯时，能否有效形成两个独立的疏散出口，是防火疏散设 计的关键。
[0005] (1)在实际设计中，由于塔式住宅和通廊式住宅只有定性概念而没有定量标准，对 一些以"房间-较长走道-楼梯"为疏散体系的既可称之为通廊式住宅又可称之为塔式住 宅（介于通廊式与塔式之间）、或者多个通廊组成的"Y"型住宅，不确定是否可以采用剪刀 楼梯；
[0006] (2)根据《高层民用住宅设计防火规范》第6· 1. 2. 3条规定，塔式住宅前室可设 置一个疏散出口会带来三个问题：一是容易出现剪刀楼梯两个前室与消防电梯前室合用的 "三前室合一"的情况，而规范条文说明中提出不能采用，更不能推广。二是既然塔式住宅剪 刀楼梯可以合用一个前室，作为安全疏散更可靠的两座独立的疏散楼梯不确定是否可以合 用前室，而且合用前室本身就与"两个安全出口之间的距离不应小于5米"相矛盾。三是合 用前室的剪刀楼梯当具备自然排烟条件时，不确定是否还应设置加压送风系统；
[0007] (3)剪刀楼梯的设置，如果不是设置环形或半环形的疏散走道，一般都是袋形或尽 端式疏散，难以形成利于人员安全疏散的双向疏散方式。 ~
【发明内容】
[0008]为了解决上述技术问题，优化高层住宅的防火疏散和火灾扑救等方面问题，本发 明提供了一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法。
[0009] 本发明的一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法，其特征在于，包括下述步 骤：
[0010] 步骤1、采用CFAST区域模型软件建立区域模拟模型
[0011] 首先选择CFAST区域模型软件进行火灾区域模拟，所述的CFAST区域模型软件将 火灾房间分为上下两个区域进行模拟，即上部的热烟气区和下部的冷空气区，并且假设这 两个区域内的参数是均匀的，针对这两个区域分别列出质量守恒和能量守恒方程，每一个 方程都可以根据质量流量和能量流量来表达；然后在CFAST区域模型软件中输入住宅内多 个房间的几何尺寸和连接各房间的门、窗开口情况、围护结构的热物性参数、火源的热释放 速率或烧损率以及燃烧产物的生成率；
[0012] 步骤2、验证所述的CFAST区域模型软件建立的区域模拟模型的可行性
[0013] 根据高层建筑防火规范中对不同安全等级的住宅的不同要求，利用所述的CFAST 区域模型软件进行模拟，从而对所述的CFAST区域模型软件进行反验证其可行性和正确 性；
[0014] 步骤3、利用所述的区域模拟模型预测典型模式的疏散效果
[0015] 根据在日常中经常遇到的具体工程实例以及实验的对比效果要求，利用所述的具 体工程实例预测典型模式的疏散效果；根据具体工程实例，将住宅中起火开始时的环境温 度、相对湿度、大气压、模拟时间、火灾的最大热释放速率输入到所述的CFAST区域模型中， 经计算机进行数值模拟运算，得出不同具体工程实例中烟气层的温度及高度的动态曲线， 并对这些曲线分析，得出火灾到达危险状态所需时间；
[0016] 步骤4、根据预测的疏散效果确定最佳的具体工程实例
[0017] 根据步骤3中所述的区域模拟模型预测的疏散效果确定出疏散效果最佳的具体 工程实例，进而完成高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法。
[0018] 优选的，所述的CFAST区域模型软件是一个在WINDOWS界面下运行的集成化软件， 主要包括环境参数模块、房间参数模块、水平通风模块、垂直通风模块、机械排烟模块、火源 设定模块、喷头及火灾探测器模块、目标模块和房间交界面设定模块。
[0019] 本发明的优点在于：高层住宅建筑防火安全不仅仅只是满足功能需要和高层防火 规范的要求，事实上良好的安全疏散系统不仅要满足规范要求，更加需要考虑疏散效果。应 该建立疏散优先的高层住宅防火设计理念，更为人性化、安全化，从建筑策略上提高"楼梯" 为核心的传统疏散体系可靠性，在此基础上，加强并规范防火疏散设计。
[0020] 说明书附图
[0021] 图1为布置方案1和2的结构示意图（左为1右为2);
[0022] 图2为布置方案3和4的结构示意图（左为3右为4);
[0023] 图3为布置方案5和6的结构示意图（左为5右为6)。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体说明书附图1?3和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0025] 本发明的一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法，包括下述步骤：
[0026] 一、采用CFAST区域模型软件建立区域模拟模型
[0027]火灾区域模拟是火灾模拟开展住宅性能化设计必不可少的消防技术手段，是定量 研究住宅火灾最基本的模型，世界各国针对区域模型而开发的应用软件很多，由美国国家 标准研究所（NIST)住宅研究实验室（BFEL)开发的区域模型软件CFAST是其中最成熟的软 件之一。
[0028] 火灾区域模拟方法通常将火灾房间分为上下两个区域，即上部的热烟气区和下部 的冷空气区，并且假设两个区域内的参数是均匀的，针对两个区域分别列出质量守恒和能 量守恒方程，每一个方程都可以根据质量流量和能量流量来表达。这两个参数的变化反映 了在两个区域之间由于羽流、自然和机械通风、对流、辐射、热传导等物理现象而导致的质 量和热量交换。CFAST软件的计算结果能够满足一般工程设计的要求。特别是CFAST6.0版 本，它是一个可以在WINDOWS界面下运行的集成化软件。此软件主要有环境参数模块、房间 参数模块、水平通风模块、垂直通风模块、机械排烟模块、火源设定模块、喷头及火灾探测器 模块、目标模块和房间交界面设定模块等九个模块组成，能够计算出在一个由用户设定的 火灾中，火灾烟气的扩散、热烟气层温度、冷空气层温度和烟气中的有毒气体组分随着时间 变化的情况，可以通过EXCEL软件进行处理得到所需的火灾参数。
[0029] ⑴CFAST用户需要输入住宅内多个房间的几何尺寸和连接各房间的门、窗开口情 况、围护结构的热物性参数、火源的热释放速率或烧损率以及燃烧产物的生成率。该程序可 以预测各个房间内上部烟气层和下部空气层的温度、烟气层界面位置以及气体浓度随时间 的变化。它同时还可以计算壁面的温度、通过壁面的传热以及通过开口的质量流量。CFAST 还能处理机械通风和存在多个火源的情况。
[0030] (2)火灾达到危险的判据。对人而言，火灾中的危险状态是指火灾环境对其中的人 员造成严重伤害的状态。火灾中的危险因素主要来自三个方面：火焰和烟气的热辐射、热烟 气毒性和温度。本文分两种情况确定火灾达到危险状态的判据：
[0031] ①当烟气层高于人眼的特征高度，烟气层温度达到180?时，认为火灾达到危险状 态。
[0032] ②当烟气层低于人眼的特征高度（本文中人眼的特征高度取1.8m)，认为火灾达 到危险状态。这两种火灾达到危险状态的判据都在本文中使用，取较短的时间作为火灾达 到危险状态所需的时间。
[0033] 二、验证所述的CFAST区域模型软件建立的区域模拟模型的可行性
[0034] 根据高层建筑防火规范中对不同安全等级的住宅的不同要求，利用所述的CFAST 区域模型软件进行模拟，从而对所述的CFAST区域模型软件进行反验证其可行性和正确 性；
[0035]验证计算机火灾模型的方法用CFAST模拟建筑火灾已经有非常可信的试验依据， 并被广泛的应用于建筑火灾模拟、评估中。然而由于楼梯疏散空间火灾处于限定空间与一 般建筑火灾还是有差异，特别是在烟气流动方面表现得尤为明显。所以其对于楼梯疏散空 间火灾的模拟结果是否可靠就需要检验。本研究针对标准封闭式、防烟式楼梯间比较模拟， 得出防烟式楼梯间的疏散效果更好，这一结果符合高层建筑防火设计规范对于安全性的要 求更高的住宅形式须采用防烟楼梯间的规定。验证了利用CFAST对楼梯间疏散受限空间的 火灾模拟是具有相当可信度的，尽管是定性的验证。只要我们通过对问题的正确理解、采用 合理的假设和恰当的处理方式，是可以利用CFAST来模拟高层住宅楼梯间疏散效果的。 [00 36] 表1高层建筑防火设计规范对于楼梯间的规定
[0037]
【权利要求】
1. 一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法，其特征在于，包括下述步骤： 步骤1、采用CFAST区域模型软件建立区域模拟模型 首先选择CFAST区域模型软件进行火灾区域模拟，所述的CFAST区域模型软件将火灾 房间分为上下两个区域进行模拟，即上部的热烟气区和下部的冷空气区，并且假设这两个 区域内的参数是均匀的，针对这两个区域分别列出质量守恒和能量守恒方程，每一个方程 都可以根据质量流量和能量流量来表达；然后在CFAST区域模型软件中输入住宅内多个房 间的几何尺寸和连接各房间的门、窗开口情况、围护结构的热物性参数、火源的热释放速率 或烧损率以及燃烧产物的生成率； 步骤2、验证所述的CFAST区域模型软件建立的区域模拟模型的可行性 根据高层建筑防火规范中对不同安全等级的住宅的不同要求，利用所述的CFAST区域 模型软件进行模拟，从而对所述的CFAST区域模型软件进行反验证其可行性和正确性； 步骤3、利用所述的区域模拟模型预测典型模式的疏散效果 根据在日常中经常遇到的具体工程实例以及实验的对比效果要求，利用所述的具体工 程实例预测典型模式的疏散效果；根据具体工程实例，将住宅中起火开始时的环境温度、相 对湿度、大气压、模拟时间、火灾的最大热释放速率输入到所述的CFAST区域模型中，经计 算机进行数值模拟运算，得出不同具体工程实例中烟气层的温度及高度的动态曲线，并对 这些曲线分析，得出火灾到达危险状态所需时间； 步骤4、根据预测的疏散效果确定最佳的具体工程实例 根据步骤3中所述的区域模拟模型预测的疏散效果确定出疏散效果最佳的具体工程 实例，进而完成高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法。
2. 根据权利要求1所述的一种高层住宅楼梯间疏散效果的评价方法，其特征在于，所 述的CFAST区域模型软件是一个在WINDOWS界面下运行的集成化软件，主要包括环境参数 模块、房间参数模块、水平通风模块、垂直通风模块、机械排烟模块、火源设定模块、喷头及 火灾探测器模块、目标模块和房间交界面设定模块。
【文档编号】G06F17/50GK104298802SQ201410309484
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】孙澄, 刘蕾, 梅洪元, 张斌, 芮睿 申请人:哈尔滨工业大学