衛(wèi)文彬 王帥 孟天暢

（1.建研防火科技有限公司，北京 100013；2.中國建筑科學研究院有限公司 建筑防火研究所，北京 100013）

0 引言

我國農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有3 000多個古村鎮(zhèn)，經(jīng)濟發(fā)展相對落后，消防基礎設施建設與城市相比存在巨大落差。村鎮(zhèn)建筑多為磚木結構或木質(zhì)結構，耐火等級低；所在位置通常遠離中心城區(qū)，基礎設施條件差；火災荷載分布廣泛，明火使用頻率高；周圍環(huán)境多變，邊界條件復雜；具有易引發(fā)、快蔓延、難撲滅的特點［1-3］。

村鎮(zhèn)建筑一旦發(fā)生火災，將會迅速蔓延，造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失［4-6］。因此，針對村鎮(zhèn)建筑布局、結構構造、基礎設施、氣候條件和人文環(huán)境等方面的特點，開展火災致災因素及蔓延特征研究，制定適宜性的火災防控策略，是當前農(nóng)村地區(qū)火災防治工作的重點。論文基于典型火災案例——肇興侗寨“5·4”火災的調(diào)研情況，對火災過程進行了數(shù)值模擬重現(xiàn)分析，得出了火災蔓延發(fā)展過程中不同階段的關鍵參數(shù)，以期為農(nóng)村地區(qū)的建筑防火設計及消防規(guī)劃提供參考。

1 火災基本情況調(diào)研

1）起火時間。2019年5月4曰22時40分許，位于貴州省黔東南苗族侗族自治州黎平縣肇興鎮(zhèn)肇興村三組的一處臨街房屋發(fā)生火災，見圖1。

2）起火原因。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本次火災系房屋承租人在一樓西側(cè)貼臨內(nèi)墻區(qū)域用碳火烘烤茶葉而不慎引發(fā)。

3）災后總結。由于寨內(nèi)消防道路暢通，消防救援及時，火災很快被控制住，同時該房屋與相鄰房屋的墻體采用實體磚墻，抑制了火災的水平蔓延，因此，沒有造成“火燒連營”的嚴重后果。本次火災共燒毀房屋1棟，導致4戶村民受災，直接財產(chǎn)損失116 120元，無人員傷亡。

火災后，村民對燒毀的房屋進行了原址復原重建，經(jīng)過對重建房屋的現(xiàn)場勘測可知，該棟房屋共4層，檐口高度約10.2 m，房屋最高點約12.7 m，長約8.45 m，寬約9.0 m，在平面布置上分為2戶。房屋主體結構采用木結構形式，西側(cè)全部和北側(cè)局部外墻由于貼臨其他房屋采用實體磚墻形式。

2 火災重現(xiàn)數(shù)模分析

2.1 模型構建及參數(shù)設定

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研測繪的房屋平、剖面圖，利用火災動力學軟件Pyrosim進行數(shù)值模型構建，如圖2所示。

由于火災的發(fā)生及發(fā)展過程具有諸多不確定性因素，本次數(shù)值模擬中做以下兩點假設限定：

1）模擬不考慮相鄰建筑和環(huán)境風速的影響，僅考慮單棟房屋的火災蔓延燃燒情況；

2）模擬中考慮木結構房屋的自由蔓延燃燒，不考慮消防隊員的外部滅火干預。

模型中的相關參數(shù)設置如表1所示。

表1 模型參數(shù)設置一覽

2.2 火災蔓延發(fā)展過程

圖3為火災發(fā)展過程中典型狀態(tài)及關鍵節(jié)點的展示。

從圖中可看出：在引入熱源130 s后，房間內(nèi)熱源附近的墻壁周圍出現(xiàn)了明顯的火焰，并逐漸蔓延擴大。320 s后，熱源附近的明火向上蔓延至了一層頂板。390 s后，火災產(chǎn)生的熱煙氣從屋頂冒出，此時處于房屋附近的室外人員即可發(fā)現(xiàn)火情并報警。430 s后，著火房間內(nèi)產(chǎn)生了轟燃現(xiàn)象，燃燒反應劇烈，導致火災急劇蔓延擴大。500 s后，明火從著火房間蔓延至相鄰房間，火災范圍擴大。600 s后，火焰外溢，完全包圍整棟房屋的外墻，火災開始完全失控燃燒。

2.3 火災熱釋放速率分析

圖4為房屋火災過程中的熱釋放速率發(fā)展變化曲線。

從圖中可以看出，房屋火災的發(fā)生發(fā)展可以分為以下4個階段。

0~380 s，火災緩慢蔓延燃燒階段：木材通常需要一段時間的持續(xù)加熱才能觸發(fā)鏈式燃燒反應，因此，本階段也可稱為點火階段。這一階段內(nèi)的燃燒反應較為緩慢，房間內(nèi)的最大熱釋放速率約500 kW。本階段整體火災規(guī)模較小，屬于火災發(fā)展的初期，可以輕易將火災撲滅。

380~480 s，火災局部轟燃階段：隨著燃燒反應的不斷發(fā)展，房間內(nèi)的明火范圍不斷擴大，產(chǎn)生的火災熱煙氣逐漸增多。在火焰及煙氣的熱輻射作用下，起火的房間內(nèi)出現(xiàn)了轟燃現(xiàn)象，火災熱釋放速率也迅速攀升至32 MW。這一階段是導致火災蔓延擴大的最大誘因，此時進行人工干預，則滅火成功的概率較大。

480~600 s，火災快速蔓延燃燒階段：前階段的轟燃為火災的進一步發(fā)展提供了足夠的熱量，導致木材的燃燒反應劇烈發(fā)展，火災熱釋放速率急劇上升至150 MW。本階段是火災由可控狀態(tài)向不可控狀態(tài)轉(zhuǎn)變的關鍵時期，及時的人工干預在此階段仍有一定概率可以實現(xiàn)滅火。

600~900 s，火災失控燃燒階段：在達到150 MW的熱釋放速率后，房屋整體的火災發(fā)展維持了一段時間的相對穩(wěn)定燃燒狀態(tài)；隨著蔓延范圍的進一步擴大，火災熱釋放速率仍然表現(xiàn)為上升趨勢，但增長速度較緩，在900 s時能達到的最大釋熱速率約175 MW。此階段的火災已經(jīng)完全失控，人工干預很難實現(xiàn)滅火。

2.4 著火房間溫度場分布

圖5為著火房間內(nèi)不同高度的溫度變化曲線。

從圖中可以看出，在火災的緩慢蔓延燃燒階段，房間內(nèi)的溫升變化情況較為平緩，距地面2.5 m高位置的最高溫度約70℃。

火災進入局部轟燃階段后，劇烈的燃燒放熱使房間內(nèi)的溫度迅速升高，在480 s時，距地面2.5 m高位置的最高溫度約1 000℃，距地面0.5 m高位置的最高溫度約600℃。

在火災快速蔓延燃燒階段，房間內(nèi)的軸向溫度表現(xiàn)為較平穩(wěn)的上下波動特征，且出現(xiàn)了明顯的溫度分層現(xiàn)象，上層溫度高、下層溫度低。

在失控燃燒階段，隨著燃燒反應的持續(xù)蔓延擴大，房間內(nèi)下層的溫度開始上升，溫度分層現(xiàn)象消失，著火房間內(nèi)的木質(zhì)地板、樓板及墻體完全燃燒，軸向各點的溫度逐漸趨于一致，最高達到約1 150℃。

3 結論及建議

FDS數(shù)值模擬結果表明，在自由蔓延燃燒的條件下，火災的發(fā)展可以分為4個階段：緩慢蔓延燃燒階段、局部轟燃階段、快速蔓延燃燒階段、失控燃燒階段。

根據(jù)模擬結果，火災發(fā)生600 s后，火災規(guī)模即高達150 MW，進入失控狀態(tài)。因此，合理有效的外部滅火救援行動應在10 min內(nèi)開展，否則將導致嚴重的火災后果，這一時間可以為村鎮(zhèn)消防救援力量及設施的規(guī)劃布置提供依據(jù)。

火災發(fā)展過程中的轟燃現(xiàn)象能夠使房間內(nèi)的溫度快速上升至約1 000℃，從而促使火災進入快速蔓延發(fā)展階段，進而導致火災蔓延擴大。實體磚墻能夠隔絕火焰，降低火災熱輻射對相連區(qū)域的影響，對于火災蔓延發(fā)展有良好的阻隔作用，建議木結構建筑的戶與戶之間設置實體磚墻，從而防止火災的連片蔓延，可以達到降低火災損失目的。

論文研究成果能夠為村鎮(zhèn)建筑火災防控提供技術支撐和理論指導，有利于促進村鎮(zhèn)建筑相關防火標準的制訂與修訂，提升我國村鎮(zhèn)地區(qū)建筑的防火減災水平。