CFAST软件在某建筑火灾区域模拟中的应用
建筑火灾烟气传播的数值模拟
建筑火灾烟气传播的数值模拟王全福;王方【摘要】以建筑的某一楼层为例，采用专用CFAST火灾烟气传播模拟软件，针对某一房间着火进行火灾模拟计算，得出同楼层走廊内下层烟气温度及CO含量等的变化趋势曲线图，并进行火灾烟气传播分析与评价。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2015(000)034【总页数】1页(P29-29)【关键词】CFAST软件;烟气传播;烟气温度;CO含量;分析【作者】王全福;王方【作者单位】黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江哈尔滨 150025;黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江哈尔滨 150025【正文语种】中文建筑火灾的发生会带来巨大的财产损失甚至人员伤亡，所以建筑内一定要设置完善有效的防排烟系统，以使人员能在火灾发生后迅速安全撤离。
而建筑火灾烟气传播数值模拟对防排烟系统设置具有极大地指导意义，国内在这方面已经展开了相关的一些研究工作[1~5]。
本文即采用CFAST软件对建筑火灾烟气传播进行数值模拟与分析。
1 建筑原始条件的设定以图1所示的建筑某一楼层为例，着火房间尺寸长7.2m、宽3.9m、高 2.7m，门宽 0.8m、高 2.1m，窗宽与高均为 1.2m，窗台高0.7m，门窗相对，分别位于墙中央位置。
根据以上条件将该楼层分割出26个不同区域，作为逃生的走廊被分割成4个区域，以便更加清晰地模拟出走廊内烟气的传播变化规律。
2 火灾烟气传播模拟模型的建立着火房间窗户打开（模拟火灾时窗户破碎的情况），其它未着火房间门窗关闭。
由于是单层模拟，并没有将竖井、电梯井及楼梯间考虑为‘shaft’模型，而是把它视作普通房间处理。
火源为4组木垛，位于房间中间位置，总重量为272千克。
图2为火灾烟气传播模拟模型图。
3 火灾烟气传播模拟计算结果针对以上的模型，采用CFAST软件对火灾烟气传播进行模拟计算，绘制出该楼层走廊内下层烟气温度及CO含量等参数的发展趋势曲线图。
3.1 建筑楼层走廊内下层烟气的温度变化图3表示该楼层15#房间发生火灾时，走廊内4个不同区域的下层烟气温度随着火时间的持续而不断变化的趋势。
建筑火灾CFAST模拟软件的应用
无
５ ． ０
位 置
火 源
Ｙ／ ｍ
Ｚ ／ ｍ
１ ． ５
０
１ ． １ 模 拟 对象 的结 构 及 尺 寸 模拟的 ２ 个 房 间 的结 构 如 图 １ 所 示 。房 间 １ ： ５ ｍ 长 ×３ ｍ 宽 ×３ ｉ ｎ高 ， 房 间 有 一 通 向 房 间 ２的 ０ ． ９ １ ｍ×２ ｍ
文章编号 ： １ ０ ０ ９ —０ ０ ２ ９ （ ２ Ｏ １ ４ ） ０ ２ —０ １ ４ ３ —０ ４
房 间进 深 ／ ｍ
房间宽度／ ｍ
３ ． ０ ３ ． ０
石 膏 混 凝 土 石 膏
２ ． ２ ３ ． ０
地 板 地板 石 膏
为 了 能 够 准 确 表 现 烟 气 在 建 筑 物 火 灾 中 的 流 动 情 况， 人 们 需 要 针 对 不 同 的火 灾 场 景 ， 预 测 出 可 能 出现 的 火 灾 的发 展 过程 。 近 几 十 年 来 ， 火 灾 动 力 学 的 研 究 取 得 了 重大进展 ， 人 们 对 于 室 内 火 灾 的 各 个 主 要 阶 段 已 经 有 了 比较 清 楚 的 了 解 ， 并 得 到 了 一 些 较 成 熟 的 计 算 公 式 。使 用情况表 明， 很 多 公 式 在 给 定 的 范 围 内 具 有 相 当 高 的准 确 性 。 同时 ， 对 烟 气 扩 散 模 拟 方 法 的研 究 不 但 可 以 动 态 显示烟气扩散过程 ， 还 可 以反 映 出不 同 区域 烟气 的 浓 度 。 通过 Ｃ Ｆ Ａ Ｓ Ｔ 区域 模 拟 软 件 分 析 建 筑 物 火 灾 烟 气 的 流 动 情况 ， 为消防人员制定火灾防治提供依据 。
图 １ 模 拟 房 间的 结 构
火灾区域模拟原理及CFAST软件应用
ρ d Vi dP i 1 =[ ( s i - cp m i T i ) λ - 1 dt ] dt cp T i V i
d Ti 1 dP =[ ( si - c p m i T i ) - V i ] ρ dt cp dt iV i
楼梯间的门 ( 2 个) 水平出口 ( 2 个)
从表 1 中任选 4 个独立方程 ,与前面 7 个代数方程构成 一个关于 11 个变量的完整的方程组 。这 4 个独立的方程可 以用数值方法解出 ,其余 7 个变量就可以由这 4 个变量推导 出来 。在 CFAST 软件中 ,首先可以从 V U 直接算出热烟气层 厚度 ; 其次 , 温度 T U 、 T L 既是火灾过程的主要特征量 , 也是实 验较为容易测定的对象 ; 再者 , V U 、 TU 、 T L 的方程中均包含
石膏 混凝土 石膏 宽度 ( 高度 ( 宽度 ( 高度 ( 无 感烟型 68 5. 0 2. 5 50. 0 1 12. 0 15. 0 0. 002 5
12. 0 15. 0 0. 0 0. 5 124 000 20. 0 220. 0 0. 35 20. 0 15. 5 65 101 325 m) m) m) m) 1. 2 1. 9 1. 5 1. 9
dP 项 , 在计算开口流时将直接用到 P 值 , 这样就将方程改换 dt
喷头
为如下有关区域温度 ( T U 、 TL ) 、 体积 V U 和压力 P 的独立方 程组 : γ- 1 dP ( sL + s U ) = dt V
dV U 1 dP (γ - 1) s U - V U = ] γP [ dt dt d TU 1 dP = [ ( sU - cP m U T U ) + V U ρ dt cP dt ] UV U d TL 1 dP = [ ( sL - cp m L TL ) + V L ] ρ dt cP dt L VL
计算机安全论文：计算机技术在建筑火灾安全上的综合应用
图 5 一层室内温度分布 ( 30m in)
通过图 5 所示 , 起火 30 m in 时, 室内高温区 域集中在受火房 间内, 且受火 房间温度分布 较为 均匀。因此 , 为了简化结 构火灾反应 计算, 可 假 设仅受火房间构 件受升温作用 , 且可将整个 受火 房间的温升曲线 作为构件表面的 温升曲线。在受 火房间设置若干 监测点, 将监 测点得到的温 度进
图 2 教学楼立体模型
行平均, 可以得到 整个受火 房间的温 升曲线。该 受火房间的温升曲线很快到达 600∀ 左右的最高温 度, 然后一直维持在这一温度左右直到 30 m in 。 3 2 构件内部温度 为了充分检验结构耐火 性能, 30 m in 后室 内 升温曲线取 30 m in 的温度值进行延伸, 同时 , 将 温度值乘以 1 4 的放大系数以突出温度作用对结构 的危害。由于构件 在受火房 间的位置 不同, 各 个 构件的受火方式 也是不同的 , 如室内位于墙 上方 的梁 , 由于墙的隔 离作用 , 该梁仅底 面局部和 靠 受火房间一侧受 火, 可认为 是两面受 火, 而室 内 中间的梁 , 除上表面外 , 三个面都受 火。在构 件 热传导计算中 , 首先要设置好 各个构件的受 火方 式, 然后将温升曲线作为输入文件在 RCF ire 中进 行构件内部温度 的计算。将构 件内部温度的 计算 结果利用 Creator 二 次开发 程序 , 建立实 体模型 , 然后可在 V ega 平台上动态展示构件内部温度变化 情况 , 以两面受火梁为例, 受火 150 m in 的梁截面 内部温度变化情况见图 6 。 3 3 结构火灾反应 构件内部温度计算 完成后 , RCF ire 利用构 件 内部温度数据和基于 P atran二次开发程序获得的力 学模型进行教学 楼的结构火灾反 应计算。将 结构 火灾反应数据利用 Creator 二次开发程序建立实体 模型 , 然后在 Vega 中加载 , 可实现结构火灾反应 的动态展示, 选取 100 m in结构变形情况为例进行 展示 ( 图 7)。 在 Vega 虚拟现实平台下, 不仅能够实现的单 纯的图形 显示 功能 , 将 结构 火灾 反应 动态 展示 , 而且还可以实现与结构火灾反应同步的三维漫游 ,
火灾模拟软件FDS与CFAST的比较
ｌ ■
火灾 模拟软件 Ｆ Ｓ与 Ｃ ＡＳ Ｄ Ｆ Ｔ的 比较 ①
赵 国祥 陆智 斐
（ 国矿 业大 学安 全工 程学 院） 中 ［ 摘 要］ Ｉ Ｔ开发 的火 灾模 拟 软件 Ｆ Ｓ及 Ｃ Ａ Ｔ在 火灾科 学领 域 得到 了较 为广 泛 的应 用 ，本 文对 这两 个软 件 在基 本原 理 、应用 范 围、使 用技 巧等 方 ＮＳ Ｄ ＦＳ 面 进 行 了 比较 。 ［ 关键 词］ 火灾模 拟 软件 Ｆ Ｓ Ｆ Ｓ文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９ ９４ （０ ０３ —６ ８Ｏ １０ — １Ｘ２ １ ）０ ０ ｌ １
１引言
火 灾科学近 年来发 展迅 速， 利用计 算机对 火灾参数 的定 量化研 究越 来越 深 入 。以此火 灾 区域模拟 软件 成 为开展 建筑 性能 化设计 必不 可少 的消 防工程 技 术手 段， 根据 实际情 况来 模拟 火灾模 型 是得到 定量 参数 的一 个基本 途径 ， 由美 国国家 标准研 究所 （Ｉ Ｔ Ｎ Ｓ ）建筑 火灾研 究 实验室 （ＦＬ 开发 的区域 模型 软件 Ｂ Ｒ） Ｃ Ａ Ｔ及 Ｆ Ｓ 应 用较 为广 泛 。 ＦＳ Ｄ ２ Ｃ Ａｓ Ｆ Ｔ及 ＦＤ Ｓ的 简介 ２ １火 灾 区域模 拟软 件 Ｃ Ａ Ｔ的简介 ． ＦＳ 由美国 ＣＡ Ｔ由美 国标准 与技术 研 究所 （ＩＴ 开发 的，通 过划分 子 区 ＦＳ ＮＳ） 域 的方 法 ，来 模拟 烟气 在大 空 间内 的填充 过程 ，即烟 气在一 个 区域完 成填 充 后 ， 向另一个 区域 蔓延 的过 程 。火灾 区域模 拟 软件 ＣＡ Ｔ 法通 常将 火灾房 ＦＳ 方 间分为 上下两 个 区域， 即上 部 的热烟 气 区和下 部的冷 空气 区， 中各个参 数 的 其 变 化率 反映 了在两 区域 之 间由于 羽流 、 自然 和机 械通 风 、对 流 、辐射 、热传 导 等物 理现象 而 导致 的质量 和热 量交 换 区域之 间的质 量交 换主 要 由羽 流和 通风 口的掺混 作用 造成 ， 能量交 换除 了 由质量交 换 带来 的能量 传递外 ， 考虑 还 辐 射 和 导 热 的影 响 。 ２２ 长模 拟 软件 ＦＳ的简 介 ． Ｄ Ｆ Ｓ软件 也是 由美 国标准 与技术 研究 所 （ＩＴ Ｄ Ｎ Ｓ ）开发 的， 于预 测在拟 定 用 的最不 利条件 下 导致火 灾 的环境 。包 含 Ｆ Ｓ 和 Ｓ ｍ ｅ ｉｗ两部 分，Ｆ Ｓ 软 Ｄ ｏ ｋＶ ｅ Ｄ是 件 的主 体部分 ， 主要 完成模 拟场 景 的构建 和计 算， Ｓ ｍ ｅ ｉ ｗ 是 ＦＳ 计算 而 ｏｋＶｅ Ｄ 结 果后 处理程 序， 既能处 理动 态数据 也 能显示 静态 数据 ， 它 并将 这些 数据 以二 维或 三 维形 式显 现 出来 。 该模 型经 过 了大型 及 全尺 寸火 灾实 验 的验证 ， 计算 结果 与实 际 比较 吻 其 合， 因而 被广 泛使 用 。Ｆ Ｓ 是 以火 灾 中流 体运 动为主 要模 拟对 象 的计算 流体 Ｄ 动力 学软 件 。该软 件采用 数值 方 法求 解受火 灾 浮力 驱动 的低 马赫 数流动 Ｎ ｓ 方 程， 点计算 火灾 中的烟 气和热 传 递过程 。Ｆ Ｓ 旨在 解决 消防 工程 中 的 重 Ｄ 实 际 问题，同时也 可 以 为火 灾科 学 的理 论研 究 作指 导 。 ３ ＝者的 理 论基 础 ３ １ ＦＳ ． Ｃ Ａ Ｔ的理论 基础 ［ 区域 模拟 方 法把 房 间分 为 上下 两 个 区域， 设每 个 区域 的 各个 物 理量 ， 假 如温 度 、 密度 、 气体 浓度 等状 态参 数都 是均 匀的 ， 型是 根据个 物 理量之 间 的 模 相互 关系 及质量 、能量 守恒 的原理 导 出一组 常微 分控制 方程 ，通 过解这 组方 程来 预测 火灾状 态参 数， 压力 、温度 、体积 等随 时 间的变化 情 况。这组 导 出 如 方程 组包 括 的物 理参 数 有 ： 间内 的气体 压 力 Ｐ、热烟 气层 体积 ｖ 、热烟 气 房 层温 度 Ｔ ｕ和 冷 空气 层 的温 度 Ｔ ，其 中 ，ｖ为 房 间 的体 积 ；Ｖ Ｌ为下 层 冷烟 气层 的 体积 ：ｖ Ｖ ＋ ， Ｙ为气 体 的 比热 容 ； Ｐ ＝ ．ｖ ： 、 Ｐ 分 别 为热 烟 气层 和 冷空 气层 的气 体 密度 ；Ｃ 为气 体 的定 压 比热 ；ｍ ｕ、ｍ Ｌ分别 为热 烟 气层 和冷 烟气 层 的质量 变 化率 ；ｈ 、ｈ 分别 为 热烟 气 层和 冷烟 气层 的气 体 焓变 化率 。 。 结 合 火 源 、羽 流 、通 风 口烟 气 流动 、对 流 换 热 、辐 射 换 热 和 导 热 等 火灾分 过程 的物 理模 型 ，进 行迭 代计 算求 解上 述方 程组 ，即可 得到 空气层 高 度 、烟 气 层 及 空 气 层 的温 度 、燃 烧 产 物 等 参 数 的 变 化 情 况 。
民用建筑火灾CFAST模拟及分析
民用建筑火灾CFAST模拟及分析作者：苏德权王全福王方来源：《价值工程》2011年第16期摘要：运用CFAST6.0区域火灾模拟软件，针对一个典型的民用建筑起火房间进行火灾模拟计算，得出着火房间上层烟气温度、走廊烟气层高度、走廊下层烟气温度及走廊中CO浓度等随时间变化的火灾参数，运用Origin软件对各参数进行数据处理得出相应的变化曲线，并结合曲线进行了详细分析。
Abstract: By the use of CFAST6.0 area fire simulation software, calculate the fire simulation of a typical room on fire of civil building, get the super stratum smoke temperature of the room on fire, the smoke stratum height of the aisle, the substrate smoke temperature of the aisle and the fire parameter of the change of the CO concentration in the aisle, by the use the origin software and data processing, get the change curve and the labor analysis of the change curve.关键词： CFAST6.0软件；火灾模拟；火灾参数；变化曲线；分析Key words: CFAST6.0 software；fire simulation；fire parameter；change curve；analysis中图分类号：X932文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）16-0299-02作者简介：苏德权（1972-），男，黑龙江尚志人，副教授，硕士，主要从事通风空调方向的教学，研究及应用。
CFAST6示例文档
CFAST简介一、CFAST概述CFAST是由美国国家标准和技术研究所（NIST）的火灾研究中心开发的火灾模拟软件，是继HAZARDⅠ和FASTLite之后应用在火灾危险计算上的第二代软件，现在的最新版本是CFAST6.0.10。
CFAST是一个多室火灾模拟程序，是根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律建立的。
CFAST建立的火灾模型是建立在双区域模型理论基础之上的，着火房间被划分为两个控制体，即上部烟气层和下部的冷空气层。
CFAST6.0的运行界面如图2所示，菜单栏中有通常使用的“FILE”（文件），“RUN”（运行），“TOOL”（工具），“VIEW ”（查看）和“HELP”（帮助）五个菜单选项。
文件菜单栏用来新建、打开和保存文件，运行菜单中可对火灾进行模拟和打开可视化程序（smokeview）的模拟结果，工具菜单中可以打开可燃物和传热的介质的编辑界面，设置各种物理量的单位，查看菜单可以查看输入文件和输出文件，帮助菜单提供对用户使用说明。
该软件主要由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）、vertical flow vents（垂直通风模块）、mechanical flow vents（机械排烟模块）、fire（火源设定模块）、detection/suppression（喷头及火灾探测器模块）、targets（目标物模块）、surface connection（房间交界面设定模块）等九个模块组成。
通过确定各个模块中需要设定的参数值，描述火灾发生前的场景，然后就可对火灾进行模拟。
模拟结果的所有输出文件都将与输入文件保存在同一个位置，通过文件菜单中的“SA VE”可将文件保存在设定的文档中，如果没有保存，在对火灾进行模拟时，软件会提醒你先将文件保存，然后才能进行模拟。
基于 CFAST的建筑物火灾中烟气模拟的实现
收稿日期:2008-06-17基金项目:沈阳市科学技术重点计划项目(1032035-1-03)作者简介:杜 鹏(1984-),男,辽宁鞍山人,硕士研究生,研究方向为计算机图形学;黄有群,硕士,教授,研究方向为图形学与CAD 等。
基于CFAST 的建筑物火灾中烟气模拟的实现杜 鹏,黄有群(沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110178)摘 要:传统的消防预案无法充分和直观地表现建筑物空间结构,火灾模拟可以在一定程度上满足对火灾预测的需求。
在火灾数值模拟方法中,区域模拟方法有其独有的优势,它对计算机硬件要求较低,计算结果与实验结果符合的较好。
以CFAST 为代表的区域模拟软件得到了广泛应用,但是CFAST 的操作复杂,模拟结果无法显示烟气浓度。
对CFAST 接口标准进行分析,将三维建筑物建模软件作为CFAST 的建模工具,并将CFAST 数值模拟结果显示在该软件的建筑物模型中。
可以动态显示出不同时刻烟气浓度,弥补了关键词:CFAST ;烟气;区域模拟;建筑物火灾中图分类号:TP311 文献标识码:A Implementation on G as Simulation DU Peng ,HUAN G Y ou 2qun(School of Information Science and Engineering ,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110178,China )Abstract :Traditional fire rescue scheme can ’t display the structure of building adequately and intuitively.Fire simulation can be satisfied with the need of fire forecast to some extent.Among the method of fire numerical simulation ,zone modeling has some advantages ,for example ,it needs less support of computer hardware and its computing result consists with the experiment result well.Z one modeling software ,which takes CFAST as representative ,is used widely.But its operation is complex and its simulation result can ’t display gas thickness.According to analyzing the interface standard of CFAST ,a software of three -dimentional building modeling is used as CFAST ’s modeling tool ,in which the result of CFAST numerical simulation displays.Through the combination of the software and CFAST ,it can show different moment of gas thickness ,remedy the deficiency of CFAST on visualization ,provide reference for firefight 2ers to establish fire rescue scheme.K ey w ords :CFAST ;gas ;zone modeling ;building fire0 引 言城市中,随着人口的增长和建设步伐的加快,建筑物的密度越来越大,火灾隐患也大大增加,火灾已经成为一种频繁发生的城市灾害。
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CFAST软件在某建筑火灾区域模拟中的应用摘要：本文应用区域模拟软件CFAST对某建筑进行火灾模拟，对不同位置着火房间分别进行模拟，分析烟气主要流通渠道上不同区域中上部烟气层温度、下部烟气层温度、烟气层下降高度、CO浓度、O2体积分数和CO2体积分数随时间的变化情况。
分析得出烟气下降高度变化造成的疏散时间最短，其次是上部烟气层温度变化，再次是下部烟气层温度变化，而此火灾模拟CO给疏散造成的危险程度较低。
因此要特别解决好该建筑的疏散通道防、排烟问题。
关键词：CFAST软件区域模拟火灾区域烟气层0 引言火灾造成的重大伤亡死亡案例都与人员疏散密切相关，为了充分保证人员的安全，人员疏散策略必须综合考虑紧急情况下外界环境因素和人员自身的心理行为变化[1]。
火灾的危害主要来自两个方面：其一是火焰的蔓延导致生命财产被吞噬；其二是烟气的快速、大面积扩散导致被困人员由于缺氧窒息而死。
消防部门的统计数据显示，火灾中由于窒息致死或被有毒气体毒死的死亡人数占火灾中总死亡人数的60%以上[2]。
随着火灾科学及消防工程学的发展，人们对特定火灾（如建筑火灾、森林火灾等）的定量化研究越来越深入。
火灾区域模拟是火灾模拟开展建筑性能化设计必不可少的消防工程技术手段，是定量研究建筑火灾最基本的模型，世界各国针对区域模型而开发的应用软件很多，由美国国家标准研究所（NIST）建筑火灾研究实验室（BFRL）开发的区域模型软件CFAST是其中最成熟的软件之一。
[1]该软件的计算结果能够满足一般工程设计及评估的要求。
软件对烟气扩散模拟方法的研究不但可以动态显示烟气扩散过程，还可以反映出不同区域烟气的浓度，继而为消防人员制定火灾救援预案提供依据。
1 火灾区域模拟火灾区域模拟方法通常将火灾房间分为上下两个区域，即上部的热烟气区和下部的冷空气区，并且假设两个区域内的参数是均匀的，针对两个区域分别列出质量守恒和能量守恒方程，每一个方程式都可以依据质量流量和能量流量来表达。
[3]这两个参数的变化率反映了在两区域之间由于羽流、自然和机械通风、对流、辐射、热传导等物理现象而导致的质量和热量交换。
区域之间的质量交换主要由羽流和通风口的掺混作用造成，能量交换除了由质量交换带来的能量传递外，还考虑辐射和导热的影响。
此软件主要有环境参数模块、房间参数模块、水平通风模块、垂直通风模块、机械排烟模块、火源设定模块、喷头及火灾探测器模块、目标模块和房间交界面设定模块等九个模块组成[4]，能够计算出在一个由用户设定的火灾中，火灾烟气的扩散、热烟气层温度、冷空气层温度和烟气中的有毒气体组分随着时间变化的情况，可以通过Origin8.0软件进行处理得到所需的火灾参数。
2 建筑物火灾模拟2.1 房间区域的划分图1 各区域的划分位置图综合考虑建筑物的功能及发生火灾后可能蔓延到的区域，由于发生火灾，烟气蔓延的途径与人员疏散的途径正好相同，疏散走廊是烟气最容易到达的地方，因此将走廊和楼梯前室划分了10个区域，分别是区域7、8及区域10～17。
由于只考虑着火房间的窗户及门敞开，而非着火房间门窗都处于关闭状态，因此将相邻的费着火房间合并在一起作为一个区域对待，即区域4～6。
其总共划分为17个区域。
各区域的划分设置如图1所示。
2.2 火灾模拟本文分别模拟起火房间分别位于图1中1、2和3区域处的情况。
由于模拟时不考虑外界（如风）对火灾的影响，其中区域2和3分别处于对称建筑的对角线位置，因此认为在相同条件下有相似的模拟结果。
本文只模拟分析起火区域1和区域3的火灾情况。
软件模拟设置的具体参数的情况如表1。
表1 房间结构及相关参数房间进深/m 7.2房间宽度/m 3.9房间高度/m 2.7水平开口门高度/m 2.1宽度/m 0.8窗户高度/m 1.2宽度/m 1.2垂直开口无顶棚材料石膏地板材料混凝土墙壁材料石膏环境条件内部初始温度/℃20 外部初始温度/℃20内外初始相对湿度/% 50内外初始压力/Pa 101300主要火源火焰高度/m 10燃烧热/kJ?kg-1 18100初始可燃物的温度/℃20可燃物的气化温度/℃120火焰辐射系数0.3火源位置X/m 1.65Y/m 3.6Z/m 0机械通风无喷头无模拟时只有着火区域的门窗敞开，其他房间、电梯的门窗只考虑缝隙（认为缝隙占门或窗面积的1%）。
自定义火源设置的参数如表2，热释放率随时间变化如图2。
模拟中为设置通风空调系统及喷淋系统。
表2 火源燃烧状态参数状态参数数值燃烧到1MW的时长/s 300最大热释放率/kW 2500稳定燃烧时长/s 500衰变期/s 1000图2 热释放率随时间变化图建筑物建模输出图形见图3。
图3 建筑物建模输出图3 计算结果及分析3.1 区域温度分布下面给出着火区域分别是1、2和3情况下，在起火后500s时的各区域温度场分布图。
通过观察图4中（b）和（c），可以推断在无外界影响火灾发展的情况下，处于对称建筑的对角线位置的区域2和区域3作为着火区域时，它们有相似的模拟结果。
（a）着火区域为1时的区域温度分布图（b）着火区域为2时的区域温度分布图（c）着火区域为3时的区域温度分布图图4 起火后500s时各区域温度场分布图3.2 模拟结果分析根据相关文献研究表明[5]：当烟气层面高于人眼特征高度时，若上部烟气的热辐射强度能够对人构成伤害，就可以认为达到危险；如果烟气层面低于人眼特征高度，对人的危害是直接烧伤或吸入热气体，这种危险状态的烟气温度值约为100～110℃，取上部烟气层的温度110℃，下部烟气层的温度一般取60℃；当烟气层面低于人眼特征高度时，还可以根据某种有害毒物的临界浓度判定（其中CO为2500ppm）是否达到了危险状态。
人眼特征高度为1.2～1.8m，取1.5m。
3.2.1 起火区域1的模拟结果分析根据CFAST模拟起火区域1的结果表明：（1）烟气层高度变化图5（a）所示，在疏散通道走道和楼梯间的烟气层下降速度很快，不到200s时烟气层高度就低于1.5m，特别地，起火区域在50s时就降到了1.5m。
从起火区域到楼梯间这段疏散通道在200s后直至火灾模拟结束的长时间里都充满烟气。
从烟气层高度变化情况看来，起火区域的人员疏散时间仅仅只有50s，对于该楼层的人员疏散最佳时间只有短短的200s，只有在最佳时间疏散开来，人员才能避免被高温烟气窒息而影响身体机能。
（2）上部烟气层温度变化图5（b）所示，起火区域的上部烟气层温度在120s时就串升到110℃，与起火区域1紧邻的走道区域13达到110℃发生在300s时刻。
这时从上部烟气层温度变化情况分析，起火区域的疏散时间为120s，时间要长于烟气层高度下降形成的疏散时间50s。
（3）下部烟气层温度变化图5（c）所示，起火区域的上部烟气层温度达到60℃是在280s左右，而与起火区域1紧邻的走道区域13达到60℃时发生在400s。
还可以观察到区域7、8和13的下部烟气层温度几乎同步变化，表明烟气在疏散通道的扩散速度很快，因此人必须在高温烟气到来之前撤离火灾现场。
（4）下部空间CO2体积分数变化图5（e）所示，起火区域在380s时CO2体积分数达到0.1%，疏散通道也在400s时达到此浓度。
（5）下部空间CO体积分数变化图5（f）所示，在整个模拟过程中，区域8出现CO的最高浓度是在1200s时的200ppm，但仍远低于危险状态时2500ppm的水平。
前500s 起火区域的CO浓度比疏散通道要高，而500s后却一直较低。
可能原因是处于门窗开敞区域的火源在其稳定燃烧期及衰减期，CO在热压作用下很容易就扩散到疏散通道，并在疏散通道堆积。
该结果表明在起火区域门窗敞开的情况下，CO 给疏散带来的危险较低，但同时这也形成更猛烈的火势，给建筑结构带来烧毁及坍塌的危险。
3.2.2起火区域3的模拟结果分析根据模拟起火区域3的结果表明：（1）烟气层高度变化图6（a）所示，情况和起火区域1时相似，在疏散通道走道和楼梯间的烟气层下降速度也很快，在约200s时烟气层高度就低于1.5m，而起火区域在50s 时就降到了该高度。
从起火区域到楼梯间这段疏散通道在200s后直至火灾模拟结束的长时间里都充满烟气。
并且区域7、8的烟气层高度下降速度总比区域15和17的要快。
（2）上部烟气层温度变化图6（b）所示，起火区域的上部烟气层温度在120s时就串升到110℃，与起火区域3紧邻的走道――区域17，达到110℃时发生在200s，这比起火区域1时要快100s。
同样地，情况分析可知起火区域的疏散时间为120s，时间要长于烟气层高度下降形成的疏散时间50s。
（3）下部烟气层温度变化图6（c）所示，起火区域3的上部烟气层温度达到60℃是在320s左右，而与起火区域3紧邻的走道区域17达到60℃发生时在550s。
区域3和17达到同等温度的时间要比起火区域1情况时延迟40s和150s。
还可以观察到区域7、8和15的下部烟气层温度也几乎同步变化。
（4）下部空间CO2体积分数变化图6（e）所示，和起火区域1时的情况几乎一致，起火区域在380s时CO2体积分数达到0.1%，疏散通道也在400s时达到此浓度。
（5）下部空间CO体积分数变化图6（f）所示，同样地在整个模拟过程中，区域8出现CO的最高浓度是在1200s 时的175ppm，但仍远低于危险状态时2500ppm的水平。
前600s起火区域的CO浓度比疏散通道要高，而之后却一直较低，并且在600s～1600s这段时间，疏散通道各区域（区域7、8、15和17）的CO浓度基本同步增加，而到1600s后区域17的CO浓度突然骤降。
前者可能原因是与起火区域1时的情况一样，而后者的可能原因是处于衰减期末期的火源火势减弱，此时室外空气从开场窗户涌入，稀释了起火区域及其相邻的CO浓度。
同样也要注意在起火区域门窗敞开的情况下，虽然CO给疏散带来的危险较低，但同时这也形成更猛烈的火势，给建筑结构带来烧毁及坍塌的危险。
4 结论用CFAST区域模拟软件对某对称建筑楼层房间火灾蔓延进行分区模拟，由于起火区域在区域2和3的模拟结果相似，故重点分析起火区域分别为1和3时起火区域及人员疏散经过区域的烟气层下降高度、上部烟气层温度、下部烟气层温度、CO体积分数浓度、CO2体积分数浓度和O2体积分数随时间的变化情况。
从中得出烟气下降高度变化造成的疏散时间最短，其次是上部烟气层温度变化，再次是下部烟气层温度变化，而此火灾模拟CO给疏散造成的危险程度较低。
各分析情况下的安全疏散时间见表3。
表3 安全疏散时间表分析情况安全疏散时间/s起火区域1 起火区域3（2）区域1 区域13 区域3 区域17烟气层下降高度变化50 200 50 200上部烟气层温度变化120 200 120 200下部烟气层温度变化180 400 320 550要求在实际工作中要加强对楼梯排烟设备、设施的管理和维护。