KTV火灾模拟及安全疏散研究

摘要： KTV是人员密集场所，一旦发生火灾便容易造成人员伤亡和财产损失。因此，对KTV火灾进行模拟，研究人员的安全疏散显得尤为重要。文章以某一KTV为例，运用CFAST软件进行火灾模拟与分析，将得出的上下层烟气温度、烟气层高度等参数与人体能承受的相对指标作比较，以此来判定在疏散设计时间内人员能否安全撤离。由此得出的结论可为KTV的人员安全疏散设计提供理论依据。

Abstract： KTV is the personnel crowded place， once the fire is easy to cause casualties and property loss. Therefore， KTV fire simulation， it is particularly important to the safe evacuation of the researchers. This article takes a KTV as an example， using CFAST software for fire simulation and analysis. To compare the upper and lower layer flue gas temperature， height of smoke layer with the relative indexes of human body can withstand， in order to determine whether the safe evacuation of staff in the design of evacuation time. The conclusion can provide KTV provides a theoretical basis for the design of safe evacuation.

关键词： KTV火灾；安全疏散；CFAST软件；模拟验证

Key words： KTV fire；safety evacuation；CFAST software；simulation and verification

中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）02-0307-02

0 引言

随着社会经济的繁荣和发展以及人民生活水平的不断提高，KTV已经逐渐成为人们生活中不可或缺的娱乐、放松和交际的场所。从近几年的调查和火灾事故中可以看到，KTV营业场所存在着很大的火灾隐患，发生火灾的比例很大并呈逐年增长趋势。如2008年9月20日，深圳市龙岗区舞王KTV俱乐部发生火灾，死亡43人，受伤54人，建筑物严重损毁；2009年1月31日，福建福州长乐市拉丁酒吧/KTV发生火灾，死亡15人，受伤22人，KTV大面积被毁，等等。

由于KTV营业场所可燃物较多，人流量大，财产相对集中，管理比较复杂，因此极其容易发生火灾事故，造成人员伤亡和财产损失。而在KTV火灾事故中，即使初期灭火没能控制火势的蔓延，若能有效的组织疏散也能大大的控制火灾事故损失，减少人员伤亡，因此人员的安全疏散就显得尤为重要。

1 CFAST模拟原理及KTV火灾场景分析

1.1 CFAST模拟原理 CFAST是一个区域模型，常常用来计算火灾中整个建筑里的烟、火灾气体和温度的分布情况。其模拟如图1所示，在一个用户设定的火灾中，它能计算出随着时间的推移火灾烟气的扩散情况和建筑物内的温度。CFAST是从能量、质量、动量守恒方程和理想气体状态方程出发，推导出状态参数的预测方程（压力、温度等），然后利用计算机求解这些方程，从而得出火灾发展和烟气传播的规律[1]。

通过设置simulation environment（环境参数模块）、compartment geometry（房间参数模块）、horizontal flow vents（水平通风模块）、fire（火源设定模块）等对火灾进行模拟，然后得出数据，通过数据处理，得到模型图。

1.2 KTV火灾场景分析

1.2.1 KTV简介 该KTV是一家中等规模的娱乐场所，共有大包间9个，中小包间9个，共有4层，一楼为大厅，其余三层布置相同，每层有两个出口，并有一个服务台。房间内的顶棚材料是石膏，墙壁材料也是石膏，地板材料是混泥土，每层楼道中有一个感烟探测器，每个房间有一个感温喷头，启动温度为68℃，喷水强度为6.0L/min·m2，保护范围2.5m，响应时间指数为50.0ms，位于房间中央顶部。大包间的尺寸为长6.46米，宽3.46米，高2.7米；中小包间的尺寸为长4.46米，宽3.16米，高2.7米；大包间可容纳14-18个人，中小包间可容纳4-8个人。其平面图及包间布置如图2所示。

1.2.2 火灾场景设定 本火灾模拟选取疏散最为困难的地方四楼着火，着火房间为靠近储存室的第二个中小包间，主要着火源为包间内的沙发，考虑人员最不利情况。

1.2.3 疏散时间分析 人员疏散时间是指全体人员疏散到安全出口所用的时间，人员疏散时经过不同的通道需要不同的时间[2]。根据日本疏散时间计算方法[3]的经验方程，疏散时间包括三个阶段，即疏散开始时间tstart，到达出口的步行时间ttravel和排队通过出口的时间tqueue；楼层总的疏散时间等于疏散开始时间，到达出口的步行时间，以及排队通过出口的时间之和，即：tev=tstart+ttravel+tqueue

考虑房间的隔音效果，疏散前人员处于清醒状态，参考李引擎等的分析[4]，KTV疏散开始时间tstart取11.33min是合理的。

到达出口的步行时间ttravel=■，式中：l：着火楼房间内到出口的最远步行距离，单位m；v：着火楼房间的人员步行速度，单位m/min。

排队通过出口的时间tqueue=∑PAarea/NeffBst

式中：p：着火楼房间人员密度，单位人/m2；Aarea：着火楼房间面积，单位m2；∑PAarea着火楼房间内合计人数，单位人；Neff着火楼房间内出口有效流动系数，单位人/m·min；Bst着火楼房间内出口有效宽度，单位m，Neff=90（人/m·min）。

1.2.4 疏散时间设计 假设人员通过楼梯间向一层疏散，二楼三楼四楼分别可容纳78人，考虑一层有2人，则一层总的疏散人数为236人。假设人员平均分散到两个出口，则每个出口可疏散118人。

tstart=1.33+10=11.33min=679.80s

ttravel=■=■=0.07min=4.20s

tqueue=■=■=0.874min=52.44s

楼梯疏散时间tl1=可疏散人数/人流速度=39人/1.17人/s=33.33s tl1=■=33.33s

tl=3×tl1=3×33.33=99.99s

设计疏散时间为：tev+tl=tstart+ttravel+tqueue+tl=679.80+4.20+52.44+99.99=836.43s

2 基于CFAST的模拟分析

2.1 安全疏散的判据 火灾中的烟气层具有一定热量，并含有固体颗粒、胶质、毒性分解物等，是影响人员疏散行动和救援行动的主要障碍。在疏散过程中，烟气层只有保持在疏散人群头部以上一定高度时，才能使人员在疏散时不受到热烟气的热辐射威胁，且可避免烟气直接侵袭人体。当烟气层界面高于人眼特征高度时，若上部烟气层的热辐射强度能够对人构成伤害，就可以认为达到危险状态。文中选取人眼高度的烟气能见度作为人员疏散的安全判据，在设计疏散时间内，若人员能不受烟气影响安全撤离，即为疏散成功[3-4]，即：①上层烟气温度不能超过180℃。②下层烟气温度不能超过150℃。③烟气层界面高于人眼特征高度。人眼的特征高度通常为1.2～1.8m，本文取1.6m。

2.2 CFAST模拟结果分析 将CFAST模拟的结果进行分析，用得出的数据绘制出曲线图。从图3中可以看出，上部烟气层最高温度为440K（167℃），低于判据所规定的180℃，此时上部烟气层的热辐射强度还不足以对人体构成伤害，在疏散时间内人员能够安全撤离。从图4中可以看出，下层烟气的温度随着时间的增加呈先升高后降低再升高又降低最后趋于稳定的状态。在442秒时下部烟气层达到最高温度为370K（97℃），低于判据所规定的115℃，在此火灾场景下，人员将免遭直接烧伤或吸入热气体这种危险状态的影响，对安全疏散没有阻碍。从图5中可以看出，整个过程中烟气层高度最低为1.68米，高于人眼特征高度1.6米，此时，烟气在人眼以上，人员在疏散过程中视力不会受到太大影响，仍然可以辨识出口，找到疏散通道。

3 结论

KTV火灾具有成灾短、升温速度快、烟热危害严重等特点，因此及时有效的安全疏散显得尤为重要。而火灾中影响安全疏散的因素很多，概括起来主要包括三个方面：环境因素、人的因素和管理因素。要使人员能够尽快撤离火灾现场，从环境方面而言，KTV各疏散通道要保持畅通，照明和指示设施要齐全；从人的因素来说最主要的是反应要快，心理素质要良好，不盲从和恐慌，并要具有一定的疏散能力，听从指挥；从管理因素看需要加强防火安全教育和防火管理。

通过用CFAST软件对该KTV进行火灾模拟可知，上下层烟气温度、烟气层高度均在人体可承受的范围内，由此可知疏散设计符合人员安全疏散的要求，此KTV若发生此类火灾时人员能够安全疏散。

参考文献：

[1]舒中俊，孙华玲.火灾区域模拟原理及CFAST软件应用[J].武警学院学报，2004，20（2）：30-32.

[2]袁理明，范维澄.建筑火灾中人员安全疏散时间的预测[J].自然灾害学报，1997，18（5）：30-35.

[3]李引擎.建筑防火工程[M].北京：化学工业出版社，2004.

[4]李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京：化学工业出版社，2005：5.

[5]汪箭，吴振坤，肖学锋等.火灾模拟计算软件不同版本的计算结果差异[J].消防科学与技术，2005，13（6）：43-45.

[6]高宇飞，程远平，刘静.火灾区域模型中压力方程的求解[J].消防科学与技术，2005，24（5）：550-553.