基于FDS的办公大楼火灾数值模拟分析

基于数值模拟技术的密室逃脱场所火灾事故分析作者：郑凯升来源：《今日消防》2024年第01期摘要：为了降低密室逃脱类场所火灾带来的风险，同时也为此类建筑消防安全风险评估提供依据，以某市密室逃脱场所火灾事故为例，通过FDS软件来重建火灾事故场所，在同一地点建模，分别模拟增设机械排烟、自动喷水灭火系统和无设置的情况，定量分析密室逃脱场所发生火灾时CO浓度、温度、能见度等影响因素的变化。

结果表明，增设消防设施能使能见度增至1m，峰值温度降低至170℃，CO浓度降低至0.01%以下。

因此，在密室逃脱场所合理设置消防设施，可减少人员伤亡和财产损失。

关键词：火灾；数值模拟；密室逃脱；烟气蔓延；人员疏散中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2024）01-0007-04近年来，密室逃脱这种新型娱乐方式在我国流行开来。

密室逃脱行业规模快速扩大的同时，其消防安全系统缺失、沉浸体验与安全矛盾问题亟待解决。

密室逃脱场所一旦失火，造成的影响与损失较大。

2021年9月，消防救援局制定了关于密室逃脱类场所火灾防控的规范[1]。

2023年4月，国家消防救援局、文化和旅游部联合印发了《剧本娱乐经营场所消防安全指南（试行）》。

新规范对密室逃脱场所的建筑防火设计表明国家对密室逃脱类场所的火灾预防逐渐重视起来。

2000年，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布了火灾动态模拟软件（FDS），并逐年发展成熟[2]。

本研究利用FDS软件（PyroSim）对某市一密室逃脱场所火灾进行仿真模拟复盘，获取并对比分析着火层在发生火灾后的CO浓度、温度和能见度等数据，为密室逃脱场所的消防安全管理与人员疏散提供依据。

1 模型建立1.1 密室逃脱场所概况本研究模拟的建筑为钢筋混凝土结构，共4层，设有一条2m宽疏散楼梯。

密室逃脱场所位于地上一层，东西长9.15m，南北宽8.55m，层高4.1m。

场所共划分为四个区域：医疗室、办公室、监狱、实验室，分别占地12.4m2、12.4m2、12.1m2、12.3m2，其中“医疗室”与“实验室”之间采用由底到顶的木质隔断进行分隔。

科技论坛FDS4火灾模拟及其应用王新颖（安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001）火灾是人类所面临的最严重的灾害之一。

随着我国经济的深入发展，城市各类建筑的增多，虽然社会各部门做了大量的工作，但火灾发生率仍在不断的增高，火灾防治工作整体形势仍然十分严峻。

近年来计算机模拟技术在性能防火设计中得到广泛的应用。

火灾计算机模拟的重要部分是场模拟。

场模拟软件FDS 为研究火灾动力学和燃烧过程提供了有效工具，为建筑防火性能化设计提供参考数据。

FDS 模拟软件是美国国家标准研究所（NIST）建筑与火灾研究实验室（BFRL ）开发的产品，它是一个对火灾引起流动的流体动力学计算模型。

通过对火灾场景的模拟，以简单直观的形式动态显示出火灾发生的全过程，并在计算过程中获得较准确的火灾相关参数，如温度场分布，烟气流动及热辐射等。

1FDS 的特点及优势1.1流体动力模型。

FDS 对于低速、热驱动流的定量计算使用那维尔-斯托克斯方程（粘性流体方程），其侧重于火灾产生的烟气和引起的热传导。

湍流通过大涡流模拟（LES ）的Smagorinsky 来处理。

如果基础的数值表足够清晰，则可进行直接数值模拟（DNS ）。

1.2燃烧模型。

对大多数应用来说，FDS 使用一个混合物百分数燃烧模型。

混合物百分数是一个守恒量，其定义为起源于燃料的流动区给定点的气体百分数。

所有反应物和产物的质量百分数可通过使用“状态关系”———燃烧简化分析和测量得出的经验表达式由混合物百分数推导出。

1.3辐射传输。

辐射传热通过模型中的非扩散灰色气体的辐射传输方程解决，在一些有限的情况下使用宽带模型。

方程求解采用类似于对流传热的有限体积法，因而，命名为“有限体积法”（FVM ）。

1.4几何结构。

FDS 将控制方程近似为在直线的栅格上，在指定矩形障碍物时与基础网格一致。

1.5边界条件。

给定所有固体表面的热边界条件，以及材料的燃烧特性。

通常，材料特性储存于一个数据库中并可用名称调用。

第6卷第4期2008年12月水利与建筑工程学报Journal of Water Resources and A rchitectural EngineeringV ol.6No.4Dec.,2008收稿日期:2008 09 08 修回日期:2008 09 18作者简介:于 群(1981 ),男(汉族),辽宁鞍山人,硕士研究生,主要从事建筑结构抗火性能的研究。

浅析FDS 火灾模拟与应用于 群,刘 畅,张 亮(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168)摘 要:FDS(F ire Dynamics Simulator)是火灾模拟中的一个重要软件。

它根据建筑和火灾的特性,通过对火灾场景的模拟,以简单直观的形式动态显示出火灾发生的全过程,并在计算过程中获得较准确的火灾相关参数,如温度场分布,烟气流动及热辐射等。

基于FDS 软件的使用,在设定火灾发生场景时,主要包括空间尺寸的定义、网格划分、模拟时间的设定、火源设置、障碍物的设定及其边界条件等。

该软件采用先进的大涡流模拟技术,在时间和空间的预测上具有二阶精度,得到众多实例的验证,在建筑结构和火灾安全工程领域应用十分广泛。

关键词:火灾;场模拟程序;温度场;计算机模拟中图分类号:X4;T U 998.12 文献标识码:A 文章编号:1672 1144(2008)04 0124 03Analysis on Fire Simulation and Application Based on FDSYU Qun,LIU Chang,ZHANG Liang(Civil Engineer ing College of S heny ang A r chitectur al Univer sity ,Sheny ang ,L iaoning 110168,China)Abstract:Based on t he field simulat ion program FDS(Fire Dynamics Simulat or)is a major fire simulation soft ware.According t o t he characterist ics of a building and fire and t hrough simulat ing t he fire scene,the whole fire process is dis played dynamic ally in a simple and intuit ive form,and some fire relat ed parameters are obtained,such as the temperature dist ribut ion,the smoke gas flow,the thermal radiat ion and so on.Based on the FDS software,the sett ing of the fire scene mainly includes:t he space size,meshing grids,simulat ion time,fire resource,obstacles,boundary conditions and so on.By using t he advanced simulation technology of big sw irl,the software has t he sec ond order accuracy in time and space,it is verified by a great number of samples,and applied in the building st ructure and fire safety engineering fields.Keywor ds:fire ;field simulation program ;tem perature field distribu tion;com puter simu lation1 概述近年来,计算机技术的蓬勃发展,引导了科学研究的各个领域,成为科研深讨中不可缺少的工具。