简析高层建筑火灾模拟

摘要：随着经济的发展、城市建设的步伐逐步增快，随之增加的是城市的高层建筑的数量，而高层建筑多位于市中心，一旦高层建筑发生火灾，将造成非常大的损失。而近年来国内外高层建筑火灾频发，给社会带来极为不良的影响。因此在高层建筑火灾中，灭火策略的制定以及人员疏散的正确决策都在其中其中重要的作用，本人将运用计算机模拟技术对高层建筑火灾进行模拟，以此为消防决策和火灾分析提供依据。

关键词：消防；网络模拟；高层建筑

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)09-2100-02

Discussion Based on the Computer Technology of Modern Fire Fighting Operation

LIU Xiao

(Tengzhou Gong’an Xiaofang Dadui, Zaozhuang 277500, China)

Abstract：With economic development, urban construction pace gradually increased, and increased the number of city high-rise buildings, high-rise buildings in the city center, once the high-rise building fire, will cause great losses. High-rise building fire at home and abroad in recent years frequently, and extremely adverse impact to the community. Therefore, the correct decision-making in high-rise building fire, the fire-fighting strategy formulation and evacuation in which one of the important role, I will use computer simulation techniques to simulate the high-rise building fire, in order to provide a basis for fire decision-making and fire.

Key words：Fire control; Network simulation; High-rise buildings

1概述

利用计算机将火灾过程的理论模型应用在实际的火灾救援过程以及火灾事故的分析中，在此过程中需要引入数学分析与统计学方法进行研究。具体到火灾过程的计算机模拟则需要将各种数学模型建好之后进行的，通过模拟分析火灾的发生、发展过程、烟气的蔓延、周边环境的影响。现阶段对烟气的运动直接相关的火蔓延过程的模拟分为场模拟、区域模拟和网络模拟。

1）场模拟。利用电脑计算火灾过程中各项参数的空间分布及其变化规律的模拟。场模拟是以各种化学反应以及自然界中的守恒定律为理论基础。但此种模拟的局限性在于：算法本身太复杂及计算机方面的限制。因此在现实应用中仍然存在问题、完全采用这种方法模拟火灾过程不能实现。

2）区域模拟。以受限空间中的火灾为研究对象的模拟。区域模拟可以在保留火灾燃烧系统的复杂性机制的同时进行简化，这也正是区域模拟区别于场模拟的重要原因之一。但是区域模拟难以细化，对于细节模拟很困难。

3）网络模拟。将一个密封的空间当做一个整体，在去除外界干扰的情况下，假设在这个整体中空气的温度、组分浓度等都是均匀的，在整个火灾过程中内部的参数会发生变化。网络模拟过程是将整个密闭的空间作为一个整体看待，因此只需一个参数表示，这种方式的模拟适合于较为均匀的区域。到目前，网络模拟正在逐步完善，已由最初的稳态模拟模型发展到非稳态模拟。

结合以上三种模拟的优缺点，在实际的模拟演练中，网络模拟的应用极为广泛、实用。但是在实际的火灾模拟过程中需要进行取长补短、综合运用，将火灾事故中出现的问题全部概括在内，充分发挥各种模拟形式的优点。为以后火灾的发生提供更有力的依据，更好的保障。

2模拟基本原理

将建筑物当做是一个具有通风阻力的通道连接而成的网络系统是建筑火灾网络模拟的实质。这一方式主要是应用于稳定阶段的建筑物火灾模拟。

在此基础上还需要分析火源参数、室内空气温度等因素，将诸多模型组合一起构成整个网络模型，这样的模拟效果更具有探讨、研究价值、

2.1有害物质和研究的模拟

由于烟流和一些有害物质在建筑物中是流动的，而且最终是以新的浓度排出建筑物。为了将各种物体的流动形象的模拟出，特将风流分为具有相同的烟流。控制体与风流的速度相同。不同的控制体在通道处相遇的时候会形成新的控制体。由于在不同的交汇处浓度不尽相同，因此在模拟的时候需要将以上因素充分考虑在内。

2.2准稳定状态风流模拟

当火灾发展到一个相对稳定的阶段，整个通风系统中的风力、风速在这种状态下基本处于平衡状态。整个平衡状态下，火源的燃烧状态变化基本不大，在这种情况下采用稳态模拟技术。

准稳态仿真模拟是由两部分组成：第一部分主要是计算风网中的烟浓度、以及浓度的具体分布情况和进行稳定状态下的风流模拟。另一部分则是计算风流与墙壁之间的热交换等。两部分的模拟、计算工作完成就是整个准稳态模拟过程。

先通过计算机相关程序进行正常状态下的风网解算，然后准确计算出有害物质生成量以及发热量。根据风网解算获得相关的风量分配状况。通道中的风流稳定的变化是通过风流与墙的热交换计算而得的，计算热风压在通风系统形成的上浮和节流作用并转回到风网解算部分分析热风压对风流流量分配的影响。重复以上的计算，直至变化很少时停止。

准稳态风流模拟仅计算在某一时间区间末时刻的状态参数，不考虑计算在该时间区间内风流状态的动态变化过程，这是它与非稳态风流状态模拟的区别。

2.3风流非稳定状态模拟

火势的大小会直接影响通道中的风量以及风的温度，因此此模拟是在不同的时间间隔中进行的，即将一整个时间段分为多个不同的小间隔，因其中存在一定的不确定因素，所以近似地认为在每个时间段内各压力处于平衡状态，通道中的风流也处于稳定状态。

在模型到了现实实施中，需要将通道中的风流分为气流段，在这些气流段中且在同一时间段中，假设烟流的浓度是不变的，即为常数。在风流未稳定状态的过程中，风流的速度以及温度都随着时间的变化而不同，这样直接导致气流段的移动距离以及各个参数发生变化，从而导致计算的复杂化，因为气流段移动的距离是时间间隔、风量、风温等的函数，所以要想计算出气流段移动的实际距离，首先需要知道的是气流段的平均风温以及在此时间段内的平均风量，这两个限制条件确实在知道气流段移动的具体距离后计算得知的。

3总结

综上所述，模型的良好应用在高层建筑火灾模拟中起着不可估量的重要作用。例如将危险气体火灾模拟以模型的形式体现，消防工作人员能在此基础上有效的分析，将潜在的问题发掘出，准确计算出各个阶段发生需要的时间，在火灾未发生阶段已经制定出详细的人员疏散策略、确定好最佳的疏散路线、通道。并且以此为建筑物防火灾建筑中提供准确的数据依据。在高层建筑火灾中，除了预案的制定、模型的建立还应分心室内、室外的整体情况；例如：室内装修材料、室外分离、风温等因素都需要考虑在内。这往往更能考验消防队员的应急处理能力，同样对于我们制定预案人员也是一项非常大的考验。

参考文献：

[1]孙占辉,苏国锋,等.火灾危险性分析与数字化消防应急预案[J].应用基础与工程科学学报,2006(5).