养老院建筑火灾案例分析及数值模拟

刘海舰 中国葛洲坝集团市政工程有限公司

张文修 江西省吉安市消防支队

1 引言

近年来，我国人口老龄化逐渐加剧，新建、扩建、改建的养老机构在全国各地得到大力推动。这类建筑设计耐火等级上层次不齐，而本身这类建筑属于社会福利机构，消防监管相对较松，加上日常安全管理、安全培训不到位，居住人群单一等多方面因素，各类火灾在世界各地频繁发生。

养老机构火灾一旦发生，人员伤亡极其惨重。这些火灾产生的原因，有人为纵火，有电线老化、电器使用不规范等等多方面因素。我们需要从这些事故中吸取教训，完善相关法制法规，加大消防监管力度。此外，针对养老院结构建筑的火灾研究，对于这类特定建筑的火灾发生发展基本规律的研究匮乏。本文将通过对澳大利亚Quakers Hill疗养院火灾、河南鲁山康乐园老年公寓火灾两个案例的分析，得出这类建筑消防监管的建议。并依托火灾数值模拟方法，对某社会福利中心老年公寓楼进行全尺寸火灾模拟研究，最后对该类建筑的消防改造提出建议。

2 养老福利机构火灾案例分析

河南鲁山康乐园老年公寓“5·25”火灾事故。2015年5月25日20时左右，河南省鲁山县城西琴台办事处三里河村的一个老年康复中心发生火灾。此次火灾事故造成39人死亡、6人受伤，过火面积745.8m2，直接经济损失2064.5万元，定性为特别重大火灾事故。国家主席习近平呼吁第一批应急人员竭尽全力拯救伤员。并敦促彻底调查火灾。

此次事件的直接原因为电器线路接触不良发热，高温引燃周围的电线绝缘层、聚苯乙烯泡沫、吊顶木龙骨等易燃可燃材料，造成火灾。材料使用上，该养老建筑物内大量使用聚苯乙烯夹芯彩钢板，而该材料燃烧的滴落物具有引燃性。建筑结构上，吊顶空间整体贯通，加剧火势迅速蔓延并猛烈燃烧，导致整体建筑短时间内垮塌损毁。使用人员上，不能自理区老人无自主活动能力，无法及时自救造成重大人员伤亡。

此次事件可以得出：养老院此类建筑需要规范运营，杜绝火灾隐患的存在；地方部门的审批、监管工作应到位，老年公寓内的消防措施应相应完善。根据公消〔2015〕289号文件，2015年开始，国家大力推进养老院建筑内设置独立式感烟探测器，以防止“小火亡人”的现象。

3 养老院建筑典型火灾场景数值模拟

本文接着以某市社会福利中心老年公寓楼为例，建立全尺寸数值计算模型，利用美国国家标准技术研究院NIST开发的火灾场模拟软件FDS对该公寓楼典型火灾场景进行模拟，最终给出消防改造、安全管理建议。

该公寓楼为四层建筑，每一层结构基本相同，包括走廊南北两侧24间房间和走廊两端的大、小客厅。上下楼层间通过东、西楼梯和东侧一部垂梯连通。

房间内设2.7m×2.7m×2.2m的卫生间。固定火灾荷载包括：两张2m×1.5m的单人床、床头柜、电视柜、衣柜等家具及液晶电视、空调等家电。在火灾研究及工程应用中，一般采用t2模型描述火灾变化规律。NFPA 204M标准确定四种标准t2火灾。这里将衣柜、电视为慢速火，床头柜、电视柜为中速火。热释放速率、点燃温度，依据SFPE handbook和相关文献近似确定。火源为靠近卫生间一侧的床垫火灾，热释放速率依据SFPE手册设置。前人的研究工作指出，多层多室建筑中，火源所在的楼层及以上楼层会受到烟气输运的影响，而以下楼层处于无烟状态。考虑到火灾发生在首层，可能导致整栋楼内烟气填充，并且对于居住者的疏散最不利，因此定火源位于首层。进一步考虑烟气蔓延最有利情况，将火源设置在首层中部房间，通道南侧。分别在顶棚高度处，7个不同位置设置了感烟探测器。网格尺寸根据FDS技术手册第三部分计算确定，在火源区使用0.1m×0.1m×0.1m的精细化网格，火源外使用0.2m×0.2m×0.2m的较粗网格，总计2030261个网格。

从烟气温度场角度来看，整个15min火灾场景中，烟气温度仅在着火房间附近的首层走廊内，在顶棚下方维持较高的温度。而达到走廊两端的楼梯间后，烟气温度仅仅比环境温度（20℃）上升10℃左右。整栋楼大部分区域温度场与环境温度差异有限。但是，判定火场下的人员疏散安全最需要考虑的是火灾烟气，火灾烟气的毒性是造成火灾事故中大部分人员伤亡的直接原因。

根据模拟结果，火灾烟气分别在在182s和193s到达东、西两侧楼梯间。在两侧楼梯间间内，水平输运变成垂直输运模式，受到烟囱效应的强烈影响，很快达到四层。此时作为重要疏散通道的东、西两部楼梯间已完全不能承担疏散功能，而烟气也从楼梯间通过各层前室蔓延到高楼层的内走廊。15min后，整栋大楼已经几乎完全填充满烟气，烟气也侵袭到各楼层的房间内，严重危险居住者的安全。由此可见，火灾烟气的输运蔓延过程，而非烟气温度，才是消防安全、合理疏散需要着重考虑的关键因素。而布置感烟探测器也是优于感温探测器的选择。

值得注意的是，在模拟中发现，烟气在首层走廊两端迅速累积的过程中，除了通过两端的窗户排放到室外，还存在极其危险的情况：高温烟气在室外上升的过程中通过高层敞开的窗户二次卷入楼内。本模拟工况实在室外静风条件下，如受到室外环境风的影响而加强，更会促进烟气在整栋大楼内的蔓延扩散。

为便于分析和对比，每层楼将房间编号，从西向东、从北向南依次为1～24号。起火房间为首层18号房间。图1可以直观的看出，SD1、SD5由于靠近起火点，起火后顶棚射流最先使得这两处报警器报警，其次是SD2，之后是SD6、SD7、SD3，最后为卫生间内。非着火房间，可以看到由于烟气通过走廊蔓延均通过门开口，因此在该区的SD3最先报警，卫生间门上方的隔墙挡烟而影响探测器SD4报警。可看到，由于内走道区域形成的特定结构使得烟气并没有完全在房间顶棚内对称扩散，而靠近走道侧。七种方案的平均探测时间为268.9s、267.6s、184.7s、408.4s、297.9s、314.1s、273.3s。因此本公寓楼房间内的探测器布置可布置在靠近房间的内走道区域，但不可过于靠近墙壁（可能造成烟气探测效率降低）。

图1 首层房间各方案探测器报警时间对比

4 结论

人口老龄化使得养老机构得到大力推动的同时，各类火灾在世界各地也频繁发生。这类建筑存在的消防问题需要引起足够重视。本文对澳大利亚贵格会山（QuakersHill）养老院火灾、河南鲁山康乐园老年公寓“5·25”火灾事故的起因、经过、结果进行了分析，总结了事故教训。同时，基于FDS火灾场模拟软件对某社会福利中心老年公寓楼典型火灾场景进行模拟，得出：火灾烟气的输运蔓延过程，而非烟气温度，是消防安全、合理疏散需要着重考虑的关键因素；烟气向高层的扩散可能会受到外界烟气侵袭而引起的加剧，最后对比了不同探测器布置方案的效果。