基于FDS某家具厂火灾事故数值重构在灭火救援中的应用

任姜钒

摘要 用金属面夹心板搭建的简易厂房火灾时有发生，利用FDS模拟这类火灾的发展过程，是研究以金属面夹心板为主要建材之一的建筑物火灾规律的重要手段。本文在系统分析某家具厂火灾发展经过的基础上，利用Pyrosim软件搭建了过火区域的三维建筑模型，列出主要过火区的火灾荷载，给出了必要的火灾模拟参数。在此基础上，设置了由火源热释放速率、屋顶烧穿时间、可燃物的热释放速率、门窗开启时间和外界风等描述的多种接近真实火灾过程的系列工况参数的取值，利用FDS软件重构了该家具厂火灾的过程。结果表明，这起火灾首先由起火家具厂二层向北蔓延到相邻家具厂，再由相邻家具厂二层蔓延到汽配城上部;靠近起火点的EPS彩钢板在持续高温作用下过火倒塌是火焰从起火房间向北部车间蔓延的重要原因;过火建筑物大量使用EPS彩钢板、相邻家具厂与起火家具厂之间的防火间距不足、相邻家具厂二层仓库贮存的可燃物过多是导致火灾蔓延快、相邻家具厂受损较严重和决定火势发展走向的主要原因;在灭火救援中应根据火灾蔓延趋势设置水枪阵地，且因EPS彩钢板在高温下极易变形，针对此类火灾只能外攻。

关键词：EPS彩钢板;FDS技术;数值重构

中图分类号：X928.7

一、某家具厂火灾事故经过

1.火灾事故概况

2013年6月30日04时17分左右，某家具厂发生火灾，烧毁该家具厂、相邻家具厂和汽配城的房屋、家具、汽车配件等物品，过火面积约3500m2，直接财产损失约480万元。起火家具厂一层为钢架砖混结构的原材料仓库，二层为彩钢板搭建成的加工车间;相邻家具厂一层为钢架砖混结构的加工车间，二层为彩钢板搭建成的简易仓库;相邻汽配城东侧商铺为砖混结构，一楼和二楼屋顶均为空心预制板结构，其中一层是汽车配件商铺，二层和三层是汽配零件仓库。

2.火灾蔓延过程

通过询问相关人员40余人，调阅过火建筑监控录像24处，搜集群众拍摄的火灾现场视频3条。主要结果见表1。

通过火灾事故中的时间链证据，初步认定这起火灾的起火部位是某家具厂（即起火家具厂）二层北部，并向另一家具厂（相邻家具厂）和汽配城蔓延。

二、火灾发展过程的FDS模拟

1.火灾场景设置

依据建筑物的实际尺寸，利用Pyrosim软件搭建的某家具厂起火建筑三维模型如图2所示。

2.火势蔓延过程

从FDS数值重构过程可以获得任意时刻的火势蔓延状态图，其中的部分截图见图3。

从图3可以看出，这起火灾出现明火源后250s时已蔓延至打磨机附近木材原料，与第1 报警人所述的4时44分（240s）左右打磨机西侧窗户出现火光一致。1000s时火灾已蔓延至喷底漆房，与相邻家具厂职工的证言基本吻合（900 s）。1150s时相邻厂房窗户被烧穿，火势向相邻厂房蔓延，与相邻厂房二层监控4时49分（1140s）断电情况相符。1900s时相邻厂房已完全燃烧，火势进入充分发展阶段。起火家具厂过火面积远小于相邻家具厂的原因，是由于起火家具厂二层为加工车间，仅过火区域存在连续可燃物，且存放可燃物较少，而相邻家具厂二层存放大量木质家具，可燃物多且连续，发生火灾时火势难以控制。

对更多的FDS火势蔓延状态图分析结果表明，这起火灾的蔓延线路是起火家具厂二层火焰先向北蔓延到相邻家具厂，再由相邻家具厂二层蔓延到汽配城上部区域。

3.火场烟气扩散分析

这起火灾属于阴燃起火，但现有的FDS模型仅适合模拟明火出现后的火灾发展过程，所以起火厂房烟气扩散的模拟时间比实际时间要晚一些，只能利用FDS了解烟气扩散的趋势。

FDS模拟发现出现明火后，6s时烟气大量出现向四周蔓延;12s时起火点顶部已布满烟气，蔓延至相邻晾漆房;24s时打磨机屋顶充满烟气，东侧闲置车间已出现烟气，而最南侧房间未出现烟气，这与监控中烟气出现的顺序完全一致。108s时打磨机房、晾漆房、喷底漆房、南侧和东侧闲置车间都已充满烟气。430s时起火厂房烟气浓度达到最大。900s时起火厂房窗户破裂烟气向外扩散，图4（a）为相邻厂房开始着火时的照片，可以看出烟气量较大。1200s时烟气沿屋顶蔓延至厂房东北两侧;1250s时厂房东侧烟气浓度重于北侧;1310s时整个相邻厂房烟气浓度达到最大，与5时05分左右火场外部拍摄的图4（b）相符。

图5（a）和（b）分别给出了过火建筑4个不同部位烟气层高度和浓度随时间的变化曲线。其中，图5（a）曲线1是起火家具厂喷底漆房的烟气层高度变化曲线，在大约100s的时间内烟气层高度从3m降至0.5m，随着窗户的烧穿，烟层高度上升至1m，最低烟气层高度为0.5m。曲线2是相邻家具厂西南角处烟气层高度变化曲线，火势在1100s时蔓延至此，在1500s时降至1m，顶棚烧穿后烟气层高度上升，随着火势变大到1800s时烟气层高度再次降至0.5m;图5（b）中曲线3是汽配城二層润鑫仓库屋顶处烟气数据，在1550s时该点烟气浓度达到最大值。曲线4是汽配城老范一分利仓库屋顶处烟气数据，在1880s时该点烟气浓度达到最大值。

（四）火场温度变化分析

考察火灾温度变化时，沿X、Y轴分别设置温度截面，围成一个长方形，测量火灾中三栋建筑在该截面上的温度变化情况，如图6所示。从中可以看出，140s时起火点附近温度约为550℃，相邻的彩钢板隔断处温度约为370℃，且对彩钢隔断持续加热，与火灾报告中打磨车间仅磨光机附近过火严重，且彩钢隔断变形脱落（温度应在360℃以上）相吻合;1100s时晾漆房和喷底漆房完全燃烧温度达到450℃，实际火灾现场中喷底漆房南门隔断过火并略有变形，晾漆房屋顶铁皮烟囱管道绕穿或缺失;1550s时汽配城二层仓库一内温度达400℃，可燃物完全烧毁。1800s时相邻厂房东侧和北侧中部模拟计算最高温度达700℃，同样与实际火灾现场中东侧彩钢顶棚燃烧变形，北侧中部钢柱受热弯曲的现象一致。

为进一步了解火场不同区域在垂直方向上的温度分布情况，分别在晾漆房、相邻家具厂东南角、相邻家具厂北侧和汽配城二层仓库一各设置由上到上高度差均为0.8m的4个测温点，绘制各点处的温度变化曲线，如图7所示。

可以看出，晾漆房处热的最高温度为400℃，持续高温作用足以使彩钢板隔断变形倒塌;相邻家具厂东南角的火灾荷载较大，最高温度达800℃，足以烧穿彩钢板屋顶，同时使周围的钢柱产生严重变形;相邻家具厂北侧的火灾荷载较少，且在2000s之前并未完全燃烧，最高温度仅为380℃，所以烧毁程度较轻。汽配城二层仓库一处最高温度达到400℃，足以引燃室内存放的各种有机制品。

三、结论

1.通过火场温度变化分析，火建筑大量使用耐火性能差的彩钢板是火灾快速蔓延的重要因素之一，对阻止火势蔓延和火灾扑救带来了巨大的挑战，且因彩钢板在高温作用下极易变形，导致建筑物坍塌，针对这类火灾只能在外部设置水枪阵地进行扑救。

2.FDS数值重构结果表明火焰蔓延的线路为起火家具厂二层火焰先向北蔓延到相邻家具厂，再由相邻家具厂二层蔓延到汽配城上部，因此在火灾初期，应在起火家具厂及火家具厂北侧相邻家具厂处分别設置水枪阵地，阻止火势蔓延。

3.靠近起火点的彩钢板在持续高温作用下过火倒塌是火焰从起火房间向北部车间蔓延的重要原因，而过火建筑物大量使用彩钢板、相邻家具厂与起火家具厂之间的防火间距不足、相邻家具厂二层仓库贮存的可燃物过多是导致在这起火灾中相邻家具厂受损较严重和决定火势发展走向的主要原因。

4.接近真实火灾过程的数值重构结果，可以给出包括起火点、火灾蔓延过程、火场烟气扩散、火场温度分布等丰富的火场信息，为后续的灭火救援战例研讨提供大量理论支撑。

参考文献：

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