基于改进古斯塔夫法的大型商场消防安全评价

张楠，董四辉

(大连交通大学 土木与安全工程学院，辽宁 大连 116028)



基于改进古斯塔夫法的大型商场消防安全评价

张楠，董四辉

(大连交通大学 土木与安全工程学院，辽宁 大连 116028)

根据大型商场的火灾特点分析了古斯塔夫法的不足，并对其进行了改进.首先，在古斯塔夫法的基础上，考虑了大型商场建筑自身消防系统对火灾危险度的影响，将原火灾危险度分析图四个区域的意义重新进行了定义；其次，设定了危险范围，考虑了点火源、密闭性因子在火灾时对建筑物自身破坏的影响，考虑了消防队的装备先进性、实战水平、到达现场时间、消防车道、室外消火栓因素对消防队灭火能力的影响；然后，将固有火灾危险度与人员火灾危险度进行了加权处理，最终得到了能综合反映建筑火灾危险等级的建筑火灾危险度；最后将改进的古斯塔夫法应用于大连市某大型地下商场的消防安全评价，并根据分析结果提出了相应的建议措施.

大型商场;古斯塔夫法;固有火灾危险;人员火灾危险

0 引言

目前，我国经济正处于迅猛发展的时代，人民生活水平不断提高，为了满足人民群众对于购物和消费的需求，商场由原来经营单一、小规模的商店迅速发展成为集餐饮、超市、娱乐、休闲、购物于一体的大型商场[1-2].大型商场具有功能各异、人员流动量大且高度集中、火灾荷载大以及密封性强等特点，一旦发生火灾，火灾扑救和人员物资疏散具有极大的困难，容易造成重大财产损失和群死群伤事故[3-4]，具有较大的火灾危险性.因此，对大型商场进行消防安全评价，可以客观准确地认识并发现火灾危险性，了解消防安全状态，从而为大型商场火灾的预防与控制、防范措施的建设与改善提供科学的依据.

消防安全评价方法按评价结果可分成定性分析方法、半定量分析方法和定量分析方法，定性分析方法主要用于识别最危险的火灾事件，但很难得出火灾危险等级，分析结果较粗糙，定量分析方法则需要大量的数据资料才能展开评价工作[5].半定量方法则不需要大量的数据资料，并且可以将定性描述定量化，从而应用数学方法得到期望的评价结果[6].古斯塔夫法便是一种半定量分析方法，其在建筑火灾方面已有一定的应用研究，陶亦然[7]应用古斯塔夫方法对北京某购物中心进行了火灾风险评估，庄磊[8]等人对古斯塔夫法进行了改进使其适合于布达拉宫古建筑的火灾风险分析，由此可见将古斯塔夫法用于大型商场的消防安全评价具有一定的可行性.鉴于大型商场的建筑和用途特点，无法直接应用古斯塔夫法进行消防安全评价，需根据大型商场的火灾特点对古斯塔夫法进行改进.本文介绍并分析了古斯塔夫法的不足，对其不足之处进行相应的改进，使其更适合于对大型商场建筑消防安全评价的应用，最后将改进的古斯塔夫法应用到大连市某大型地下商场的消防安全评价中，并根据结果对该大型商场提出了相应的建议措施.

1 古斯塔夫火灾危险度法简介

古斯塔夫法是一种半定量分析方法，它将建筑火灾危险源的影响分为两方面，一方面是火灾对建筑物本身的破坏，另一方面是火灾对建筑物内人员和财产的损害.古斯塔夫法将火灾对建筑物自身的破坏用GR表示，对建筑物内人员和财产的损害用IR表示，其表达式分别为：

(1)

其中,Qm为可移动的火灾荷载因子；C为移动可燃物的易燃性因子；Qi为固定火灾荷载因子；B为火灾面积因子；L为灭火能力因子；W为建筑物耐火因子；Ri为火灾蔓延减少因子.

IR=H·D·F

(2)

其中,H为人员危险因子；D为财产危险因子；F为烟气因子，由烟气的危险程度决定.

当GR和IR计算出结果后，就可以绘制出建筑火灾危险度平面分析图，如图1所示.由图可知，当GR和IR的值都很小时，建筑物不需要保护；当GR和IR的值都大时，建筑物需要灭火系统和报警系统的双重保护；当GR的值较大，IR的值较小时，建筑物需要灭火系统来加以保护，反之，则需要报警系统的保护[9].

图1 古斯塔夫火灾危险度分析图

古斯塔夫法的提出为建筑火灾研究进展奠定了基础，然而古斯塔夫法尚存在一些不足之处：

(1)古斯塔夫法在分析建筑火灾危险性时排除了对建筑自身消防系统的考虑，其最后根据平面分析图来得出建筑所需要的消防保护类型，然而大型商场具有较大的火灾危险性，报警系统和灭火系统是必须具备的，因此古斯塔夫法的火灾危险度分析图对于大型商场是没有意义的；

(2)考虑的火灾影响因子不够全面，没有考虑商场的点火源、密闭性因子在火灾时对建筑物自身破坏的影响；

(3)对于消防队灭火能力因子的影响因素只考虑了消防队的性质和距离，没有全面的考虑消防队的装备先进性、实战水平、到达现场时间、消防车道、室外消火栓因素的影响；

(4)火灾危险度平面分析图没有给出危险范围.

2 大型商场消防安全评价模型

通过对大型商场火灾特点的分析可知，其一旦发生火灾，后果不堪设想，因此大型商场必须具备相应的消防措施[1].然而古斯塔夫法设想的是，首先将建筑的消防系统排除在外，只考虑其它因素对建筑火灾危险性的影响，最后根据火灾危险度平面分析图得出建筑所需要的消防系统.由此可见，古斯塔夫法不适用于对大型商场火灾危险性的分析，因此需要对其进行改进.

影响大型商场火灾危险度的因素包括建筑结构情况、火灾荷载及可燃性、灭火设施设备、火灾疏散能力、消防救援能力和商场内人员情况[10].根据古斯塔夫火灾危险度法的思想可知，建筑火灾危险性包括对建筑物本身的破坏以及建筑物内人员伤亡和财产损失，由此将影响建筑火灾危险度的因素进行归类，同时考虑到以人为本的原则，大型商场火灾危险度包括建筑物固有火灾危险度Rb和建筑内人员火灾危险度Rp，对于大型商场，在古斯塔夫法的基础上考虑了建筑的消防系统，并给出了危险范围，则改进后的大型商场建筑的火灾危险度平面分析图见图2.

他的坚持与努力，让每一个人都受到了鼓舞，跟随着他先后完成黑龙江省佳南实验农场河道改移工程、黑龙江省佳南实验农场道路改移工程、佳木斯站综合改造工程和平街下穿工程、佳木斯市政道路学府街公铁立交工程、佳木斯市政道路通江街及通园巷公铁立交工程。在每一次的工程建设中，王维振经常熬到深夜，研究施工方案及倒行方案，攻坚克难解决拆迁等一系列卡脖子问题。随后，身先士卒参与节点兑现，吃在现场、住在现场，连续奋战助力工程开通。

图2 大型商场建筑火灾危险度分析图

根据图2可以知道，Rb和Rp的危险范围均为2.9，当Rb和Rp的值都很小时，说明大型商场建筑的消防设备设施比较完善有效，起到了降低商场建筑火灾危险性的作用，使其火灾危险度在可接受的范围内；当Rb和Rp的值都较大时，则说明整个消防系统存在问题，此时需要对商场建筑的灭火系统和报警系统及疏散系统均进行完善；当Rb值较大，Rp值较小时，则说明灭火系统需要完善，反之，则报警系统需要完善.

根据综合评价方法的思想，将Rb与Rp进行加权处理，最后得出大型商场火灾危险度Rs如下：

(3)

其中,α、β分别为Rb和Rp的权重，火灾固有危险性和人员危险性共同决定了大型商场的火灾危险性，对于建筑物来说，建筑的固有危险性在一定程度上影响了建筑内人员危险性，固有危险度至少要小于某个临界值以保证商场人员全部撤离火灾现场，或者在人员全部撤离到安全场所之前，建筑结构要保证不被火灾所破坏.α、β的取值由大型商场的类型决定，一般在0～1之间.将火灾危险等级划分为5级，具体见表1.

表1 火灾危险等级

2.1 固有火灾危险度的计算

本文定义建筑固有火灾危险度Rb，指的是火灾时对商场建筑自身破坏的危险程度.大型商场功能的多元化在满足现代人们消费需求的同时，也极大的增加了商场人员流动量和人员密度，从而导致了人为火灾危险性的增加.再者大型商场建筑主要为室内采光，且通风能力差，具有一定的封闭性，加之商场多功能的特点，使得大型商场的照明设备、电器设备和变配电设备较多，而且线路错综复杂、耗电量大，所以大型商场很容易出现用电不慎而导致火灾的发生，因此点火源对于大型商场建筑的火灾危险性具有重要的影响[11].通过分析大型商场的特点，本文在古斯塔夫法的基础上，考虑了影响大型商场固有火灾危险性的点火源因子F和密闭性因子C，并且将灭火能力因子L分为消防队灭火能力因子Lo和建筑自身灭火能力因子Li.

则通过对古斯塔夫法的改进可以得到大型商场固有火灾风险Rb的表达式如下：

(4)

其中,Qm为可移动火灾荷载因子；Qi为固定火灾荷载因子；μ为移动可燃物的易燃性因子；F为点火源因子；S为商场建筑面积因子；C为密闭性因子；W为建筑物耐火因子；Ri为火灾蔓延减少因子；Lo为消防队灭火能力因子，Li为建筑消防设施设备灭火能力因子.

F、S、C、Lo和Li的取值分别见表2～表5，Qm、Qi、Ri取值参考文献[9]，μ、W取值参考文献[14].

表2 点火源因子F

表3 建筑面积因子S

表4 密闭性因子C

表5 消防队灭火能力因子Lo和建筑消防设施设备灭火能力因子Li

2.2 建筑内人员火灾危险度的计算

建筑内人员火灾危险度Rp，指的是大型商场发生火灾时，人员所受到的火灾危险程度.不同于古斯塔夫法均考虑了火灾对人员和财务的损害，本文根据以人为本的原则，只考虑大型商场发生火灾时，首先要确保人员的安全，那么影响人员安全的因素主要有火灾自动报警系统、疏散设施、防排烟能力、烟气毒性和人群特性等[12-13].在古斯塔夫法的基础上，可以得到大型商场建筑内人员火灾危险度Rp的表达式如下：

(5)

其中，T为烟气毒性因子；f为人群特性因子；K为火灾自动报警系统因子；E为安全疏散能力因子；H为防排烟能力因子.

K、E、H取值见下表6～表8.T、f取值参考文献[14].

表6 火灾自动报警系统因子K

表7 安全疏散能力因子E

表8 防排烟能力因子H

3 实例分析

大连市某大型地下商场，是功能多元化的商业中心，总建筑面积为8.4万平方米，建有地下三层，建筑结构为钢混，耐火等级为一级，地面出入口67处.地下一层建筑面积3万平方米(含通道)，经营业种为服装、皮鞋箱包、旅游用品、餐饮和游艺厅；地下二层建筑面积2.7万平方米，经营业种为服装、靴鞋、礼品玩具、图书音像、通讯设备、日式商品和水吧；地下三层建筑面积2.7万平方米，经营业种为箱包、服饰、小百货、特色小吃和保龄球.该大型地下商场位于大连市最繁华商圈，日客流量20～30万人，2000家店面，6000从业人员，设有防火卷帘560处，防火分区72个，烟感2746个，温感1 411个，应急灯300个，手动报警275个，水式消火栓280套，泡沫式消火栓48套，一个消防水池，两个消防水箱，消防储水量为740t，消防通道及疏散通道畅通，无堆积物.最近的消防队到达该商场的时间大约为40 min.根据调查可得Qm=2.0，Qi=1.2，μ=1.5，F=1.71，S=4.0，C=1.5，W=2.0，Ri=1.0，Lo=2.48，Li=2.79；T=3.6，f=3.6，K=1.63，E=1.41，H=1.44，再根据专家调查法，α、β分别取值为0.58、0.42，最后计算得出Rb=2.82，Rp=3.91，Rs=3.27.

由分析计算结果可知，该大型地下商场人员火灾危险度较大，固定火灾危险度较小，根据大型商场火灾危险度平面分析图可知，该地下商场的报警系统及疏散设施设备需要完善、改进，即该地下商场发生火灾时，人员受到火灾的危害较大，主要原因是该商场的用途和建筑结构特点所致，其大部分可燃物燃烧的产物具有毒性，加之排烟能力差及人们对疏散路径的不熟悉，容易导致严重的人员伤亡，甚至群死群伤；同时该地下商场的建筑固定火灾危险度极其接近临界值，这是由于地下商场建筑面积较大、可燃物较多，火灾温度升高快.最后综合结果，该大型地下商场火灾安全处于一般安全等级.为了保障人员的健康生命安全，建议该大型地下商场加强通风排烟的能力；将所有装修材料涂料换为不燃或阻燃，以减少建筑内可燃物的数量；在商场的入口及内部多处醒目位置设置该商场的火灾逃生路线图，并定期更新；加强该商场消防管理人员的培训教育，定期进行火灾疏散演练.

4 结论

大型商场具有较大的火灾危险性，一旦发生火灾，便会造成严重的人员伤亡和财产损失，因此对大型商场进行消防安全评价是十分必要的.鉴于大型商场建筑的火灾特点，可知古斯塔夫法对于分析大型商场建筑火灾危险性具有不足之处，本文对古斯塔夫法进行了改进：

(1)在古斯塔夫法的基础上，考虑了大型商场建筑自身的消防系统对火灾危险度的影响，将原火灾危险度分析图四个区域的意义重新进行了定义，即A区为消防系统完善有效、B区为灭火系统需要完善改进、C区为报警系统和疏散系统需要完善改进、D区为消防系统需要完善改进；

(2)设定了Rb和Rp的危险范围均为2.9；

(3)在考虑原火灾影响因子的基础上，增加考虑了商场的点火源、密闭性因子在火灾时对大型商场建筑物自身破坏的影响；

(4)对于消防队灭火能力因子的影响因素，考虑了消防队的装备先进性、实战水平、到达现场时间、消防车道、室外消火栓因素的影响.

(5)根据综合评价的思想，将固有火灾危险度Rb和人员火灾危险度Rp进行了加权处理，最后得到了一个能综合反映建筑火灾危险等级的建筑火灾危险度Rs.

最后将该方法应用到了大连市某大型地下商场的消防安全评价中，首先对该地下商场做了相关的资料数据调研，然后根据改进的古斯塔夫法进行了消防安全评价，结果显示该大型地下商场人员火灾危险度较大，固定火灾危险度较小，根据大型商场火灾危险度平面分析图可知，该地下商场的报警系统及疏散设施设备需要完善、改进，最后的综合结果为一般安全等级.最后根据评价结果，对该大型地下商场的火灾危险性做了相应的分析，提出了相应的建议措施.

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Fire Safety Evaluation of Large Shopping Mall based on Improved Gustav Method

ZHANG Nan, DONG Sihui

(School of Civil and Safety Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)

According to the fire characteristics of the large shopping mall, the shortage of Gustav method was analyzed and improved. On the basis of Gustav method and considering the influence of fire control system of large shopping mall building on fire risk, the significance of the four regions of the original fire risk analysis figure was redefined, and the risk range was set up. The effect of the ignition source and the tightness factor on the damage to the building itself in the fire was considered, and the influence of the factors, including the equipment progressiveness, the actual level and the arrived time of the fire brigade, the fire lane and the outdoor fire hydrant, on the fire fighting capacity of the fire brigade was taken into account. The inherent fire risk and the personnel fire risk were weighted to building fire risk, which can synthetically reflect building fire risk level. The improved Gustav method was applied to fire safety evaluation of a large underground shopping mall in Dalian city, and the corresponding suggestions and measures were put forward with the analysis results.

large shopping malls; Gustav method; inherent fire risk; personnel fire risk

1673- 9590(2016)02- 0088- 06

2015-07-05

辽宁省科技计划基金资助项目(2012231004)

张楠(1989-)，女，硕士研究生;董四辉(1977-)，男，副教授，博士，主要从事消防安全监控及评价的研究E- mail:38553546@qq.com.

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