養老院建筑火災案例分析及數值模擬

劉海艦 中國葛洲壩集團市政工程有限公司

張文修 江西省吉安市消防支隊

1 引言

近年來，我國人口老齡化逐漸加劇，新建、擴建、改建的養老機構在全國各地得到大力推動。這類建筑設計耐火等級上層次不齊，而本身這類建筑屬于社會福利機構，消防監管相對較松，加上日常安全管理、安全培訓不到位，居住人群單一等多方面因素，各類火災在世界各地頻繁發生。

養老機構火災一旦發生，人員傷亡極其慘重。這些火災產生的原因，有人為縱火，有電線老化、電器使用不規范等等多方面因素。我們需要從這些事故中吸取教訓，完善相關法制法規，加大消防監管力度。此外，針對養老院結構建筑的火災研究，對于這類特定建筑的火災發生發展基本規律的研究匱乏。本文將通過對澳大利亞Quakers Hill療養院火災、河南魯山康樂園老年公寓火災兩個案例的分析，得出這類建筑消防監管的建議。并依托火災數值模擬方法，對某社會福利中心老年公寓樓進行全尺寸火災模擬研究，最后對該類建筑的消防改造提出建議。

2 養老福利機構火災案例分析

河南魯山康樂園老年公寓“5·25”火災事故。2015年5月25日20時左右，河南省魯山縣城西琴臺辦事處三里河村的一個老年康復中心發生火災。此次火災事故造成39人死亡、6人受傷，過火面積745.8m2，直接經濟損失2064.5萬元，定性為特別重大火災事故。國家主席習近平呼吁第一批應急人員竭盡全力拯救傷員。并敦促徹底調查火災。

此次事件的直接原因為電器線路接觸不良發熱，高溫引燃周圍的電線絕緣層、聚苯乙烯泡沫、吊頂木龍骨等易燃可燃材料，造成火災。材料使用上，該養老建筑物內大量使用聚苯乙烯夾芯彩鋼板，而該材料燃燒的滴落物具有引燃性。建筑結構上，吊頂空間整體貫通，加劇火勢迅速蔓延并猛烈燃燒，導致整體建筑短時間內垮塌損毀。使用人員上，不能自理區老人無自主活動能力，無法及時自救造成重大人員傷亡。

此次事件可以得出：養老院此類建筑需要規范運營，杜絕火災隱患的存在；地方部門的審批、監管工作應到位，老年公寓內的消防措施應相應完善。根據公消〔2015〕289號文件，2015年開始，國家大力推進養老院建筑內設置獨立式感煙探測器，以防止“小火亡人”的現象。

3 養老院建筑典型火災場景數值模擬

本文接著以某市社會福利中心老年公寓樓為例，建立全尺寸數值計算模型，利用美國國家標準技術研究院NIST開發的火災場模擬軟件FDS對該公寓樓典型火災場景進行模擬，最終給出消防改造、安全管理建議。

該公寓樓為四層建筑，每一層結構基本相同，包括走廊南北兩側24間房間和走廊兩端的大、小客廳。上下樓層間通過東、西樓梯和東側一部垂梯連通。

房間內設2.7m×2.7m×2.2m的衛生間。固定火災荷載包括：兩張2m×1.5m的單人床、床頭柜、電視柜、衣柜等家具及液晶電視、空調等家電。在火災研究及工程應用中，一般采用t2模型描述火災變化規律。NFPA 204M標準確定四種標準t2火災。這里將衣柜、電視為慢速火，床頭柜、電視柜為中速火。熱釋放速率、點燃溫度，依據SFPE handbook和相關文獻近似確定。火源為靠近衛生間一側的床墊火災，熱釋放速率依據SFPE手冊設置。前人的研究工作指出，多層多室建筑中，火源所在的樓層及以上樓層會受到煙氣輸運的影響，而以下樓層處于無煙狀態。考慮到火災發生在首層，可能導致整棟樓內煙氣填充，并且對于居住者的疏散最不利，因此定火源位于首層。進一步考慮煙氣蔓延最有利情況，將火源設置在首層中部房間，通道南側。分別在頂棚高度處，7個不同位置設置了感煙探測器。網格尺寸根據FDS技術手冊第三部分計算確定，在火源區使用0.1m×0.1m×0.1m的精細化網格，火源外使用0.2m×0.2m×0.2m的較粗網格，總計2030261個網格。

從煙氣溫度場角度來看，整個15min火災場景中，煙氣溫度僅在著火房間附近的首層走廊內，在頂棚下方維持較高的溫度。而達到走廊兩端的樓梯間后，煙氣溫度僅僅比環境溫度（20℃）上升10℃左右。整棟樓大部分區域溫度場與環境溫度差異有限。但是，判定火場下的人員疏散安全最需要考慮的是火災煙氣，火災煙氣的毒性是造成火災事故中大部分人員傷亡的直接原因。

根據模擬結果，火災煙氣分別在在182s和193s到達東、西兩側樓梯間。在兩側樓梯間間內，水平輸運變成垂直輸運模式，受到煙囪效應的強烈影響，很快達到四層。此時作為重要疏散通道的東、西兩部樓梯間已完全不能承擔疏散功能，而煙氣也從樓梯間通過各層前室蔓延到高樓層的內走廊。15min后，整棟大樓已經幾乎完全填充滿煙氣，煙氣也侵襲到各樓層的房間內，嚴重危險居住者的安全。由此可見，火災煙氣的輸運蔓延過程，而非煙氣溫度，才是消防安全、合理疏散需要著重考慮的關鍵因素。而布置感煙探測器也是優于感溫探測器的選擇。

值得注意的是，在模擬中發現，煙氣在首層走廊兩端迅速累積的過程中，除了通過兩端的窗戶排放到室外，還存在極其危險的情況：高溫煙氣在室外上升的過程中通過高層敞開的窗戶二次卷入樓內。本模擬工況實在室外靜風條件下，如受到室外環境風的影響而加強，更會促進煙氣在整棟大樓內的蔓延擴散。

為便于分析和對比，每層樓將房間編號，從西向東、從北向南依次為1～24號。起火房間為首層18號房間。圖1可以直觀的看出，SD1、SD5由于靠近起火點，起火后頂棚射流最先使得這兩處報警器報警，其次是SD2，之后是SD6、SD7、SD3，最后為衛生間內。非著火房間，可以看到由于煙氣通過走廊蔓延均通過門開口，因此在該區的SD3最先報警，衛生間門上方的隔墻擋煙而影響探測器SD4報警。可看到，由于內走道區域形成的特定結構使得煙氣并沒有完全在房間頂棚內對稱擴散，而靠近走道側。七種方案的平均探測時間為268.9s、267.6s、184.7s、408.4s、297.9s、314.1s、273.3s。因此本公寓樓房間內的探測器布置可布置在靠近房間的內走道區域，但不可過于靠近墻壁（可能造成煙氣探測效率降低）。

圖1 首層房間各方案探測器報警時間對比

4 結論

人口老齡化使得養老機構得到大力推動的同時，各類火災在世界各地也頻繁發生。這類建筑存在的消防問題需要引起足夠重視。本文對澳大利亞貴格會山（QuakersHill）養老院火災、河南魯山康樂園老年公寓“5·25”火災事故的起因、經過、結果進行了分析，總結了事故教訓。同時，基于FDS火災場模擬軟件對某社會福利中心老年公寓樓典型火災場景進行模擬，得出：火災煙氣的輸運蔓延過程，而非煙氣溫度，是消防安全、合理疏散需要著重考慮的關鍵因素；煙氣向高層的擴散可能會受到外界煙氣侵襲而引起的加劇，最后對比了不同探測器布置方案的效果。