火災(zāi)模擬軟件FDS在特殊消防設(shè)計安全評估中的應(yīng)用實例

本項目利用火災(zāi)模擬軟件（場模擬軟件 FDS）對某高鐵站出站層、地面層、高架進站層及高架夾層所設(shè)置的火災(zāi)場景進行計算模擬，以研究其火災(zāi)發(fā)展和煙氣運動的規(guī)律，分析消防設(shè)施的有效性。

場模擬是利用計算機求解火災(zāi)過程中狀態(tài)參數(shù)的空間分布及其隨時間變化的模擬方式。場是指狀態(tài)參數(shù)如速度、溫度、各組分濃度等的空間分布。場模擬的理論依據(jù)是自然界普遍成立的質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒以及化學(xué)反應(yīng)定律等。火災(zāi)過程中狀態(tài)參數(shù)的變化也遵循這些規(guī)律。場模擬可以給出火災(zāi)過程的細節(jié)，但它對計算機的能力以及火災(zāi)分過程理論模型的要求限制了其使用范圍。

FDS 模擬基本參數(shù)及假設(shè)

（1）建筑尺寸：實際建筑尺寸

（2）假設(shè)火源：采用t2——穩(wěn)定火源

（3）初始條件：假設(shè)流場的初始狀態(tài)為靜止，模擬區(qū)域內(nèi)溫度與室外環(huán)境溫度均為20℃，壓力為1個標準大氣壓。在火災(zāi)模擬過程中，除防火門關(guān)閉外，站房內(nèi)的所有疏散出口均處于開啟狀態(tài)。

（4）邊界條件：為熱厚（thermally-thick）邊界條件，即圍護結(jié)構(gòu)傳熱按一維傳熱處理，并且假定外壁面溫度與環(huán)境溫度相同并保持不變。在大渦模擬中壁面速度采用滑移模型，通常壁面速度取作臨近網(wǎng)格節(jié)點速度的3/4。

設(shè)計火災(zāi)場景—— 高架夾層餐飲火災(zāi)

根據(jù)“可信且最不利”原則設(shè)定高架夾層餐飲火災(zāi)場景，火災(zāi)時自動滅火系統(tǒng)失效，利用站房高側(cè)窗進行自然排煙，具體火源位置如圖1，火災(zāi)規(guī)模為 8.0MW，模擬時間為 1200s。

圖1

火災(zāi)場景：本場景設(shè)定為高架夾層餐飲火災(zāi)。考慮自動滅火系統(tǒng)失效，采用自然排煙，火災(zāi)規(guī)模為8.0MW，將設(shè)定條件輸入火災(zāi)模擬軟件FDS中進行模擬計算，結(jié)果如圖2至11所示。

結(jié)果分析：

（1）由圖2可以看出，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，煙氣沿?zé)釤熡鹆魃仙粮呒苓M站層頂棚后向四周蔓延。由于高架進站層頂棚空間高大，具有良好的蓄煙功能，再加上自然排煙作用，在模擬時間 1200s 內(nèi)，煙氣未沉降至距高架夾層、高架進站層地面 2.0m 處；

圖2煙氣分布三維視圖

（2）由圖3圖4可以看出，1200s 內(nèi)，除火源上方的熱煙羽流區(qū)域外煙氣層溫度未達到 180℃；

圖3火源處橫剖面溫度分布圖

圖4火源處縱剖面溫度分布圖

（3）由圖5可以看出，1200s 內(nèi)，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）能見度大于 10m；

圖5距高架夾層地面 2.0m 高度處能見度分布圖

（4）由圖6可以看出，1200s 內(nèi)，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）溫度未達到 60℃；

圖6距高架夾層地面 2.0m 高度處溫度分布圖

（5）由圖7可以看出，1200s 內(nèi)，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）CO 濃度小于 450ppm；

圖7距高架夾層地面 2.0m 高度處 CO 濃度分布圖

（6）由圖7可以看出，1200s 內(nèi)，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）CO2 濃度小于 1%。

圖7距高架夾層地面 2.0m 高度處 CO2濃度分布圖

（7）由圖8可以看出，1200s 內(nèi)，距高架進站層地面 2.0m 高度處能見度大于 10m；

圖8距高架進站層地面 2.0m 高度處能見度分布圖

（8）由圖9可以看出，1200s 內(nèi)，距高架進站層地面 2.0m 高度處溫度未達到 60℃；

圖9距高架進站層地面 2.0m 高度處溫度分布圖

（9）由圖10可以看出，1200s 內(nèi)，距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO 濃度小于 450ppm；

圖10距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO 濃度分布圖

（10）由圖11可以看出，1200s 內(nèi)，距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO2濃度小于 1%。

圖11距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO2濃度分布圖

根據(jù)對上述設(shè)定火災(zāi)場景的火災(zāi)煙氣運動模擬計算分析，得出火災(zāi)場景中，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣溫度、環(huán)境能見度及有害氣體是否到達影響人員安全疏散的極限狀態(tài)，模擬結(jié)果見表1。