高层建筑典型功能区火灾危险性的数值模拟计算分析
(完整版)高层建筑火灾风险分析
《高层建筑火灾风险分析》文献综述1.概括最近几年来，跟着我国城市建设的步伐加速，建筑用地日趋紧张，使建筑物向高空发展，城市的高层、超高层建筑数目日趋增加。
截止2011 年末，我国高层建筑数目超出162000 栋，此中超高层建筑高达1500 余栋[1]。
与此同时，我国高层建筑火灾也呈不停上涨的趋向，并且火灾规模越来[2]筑火灾 1054 起，而 2007～ 2009 年仅 3 年全国就发生了2040 起，增加了 3.5 倍。
同时因为高层建筑人群高度密集、财富高度集中，其火灾发生给人民民众的生命财富造成了巨大损失。
据公安部统计的数据表示，我国城市社区火灾逐年呈显然上涨趋向，特别是高层建筑火灾占相当比率[3]，所以针对高层建筑现有的火灾隐患状况、解析评论其风险，并提出有效对策拥有重要的现实意义。
2.高层建筑火灾特色及其风险综述高层建筑火灾特色经过阅读大批的文件以及国内外的一些典型高层建筑火灾事例[4-12] 得出，高层建筑火灾的主要特色是延伸快速，易形成烟囱效应，极易向上快速延伸，致使数个楼层同时焚烧，形成立体火灾，并且热烟毒气危害严重，直接威迫着人们的生命安全。
其火灾特色能够归纳为以下四个方面。
1)火势延伸门路多，速度快，危害严重2)安全分散困难，简单造成群死群伤事故3)空间和功能复杂，起火要素多4)消防灭火设备不够齐备，扑救困难2.2 高层建筑火灾风险解析经过查阅有关文件[7-15]及我国的数起重特大高层建筑火灾事故事例解析可知，目前我国高层建筑面对的火灾风险主要表此刻以下几个方面：火灾从外墙面打破防火分区、火灾从建筑内部打破防火分区、分散通道安全靠谱性不够。
别的，防火分区内部的房子或功能地区大批使用可燃或易燃的装饰资料、家具组件及电器，以及寄存大批可燃物件也给高层建筑带来了潜伏的火灾隐患。
火灾从外墙面打破防火分区1) 外墙保温资料及系统阻挡火焰延伸的能力不足2) 幕墙系统的防火设计存在缺点3) 广告装饰牌的设置缺少必需的防火规定4) 露台雨棚的防火要求不明确火灾从内部打破防火分区火灾从建筑内部打破防火分区是建筑火灾水平、垂直延伸的主要门路。
建筑火灾风险评估的数学模型研究
建筑火灾的货币等价数学模型评估方法初探方甫兵1 白羽 1（1昆明理工大学建筑工程学院，云南 昆明 650051）摘要:本文首先回顾了建筑火灾评估的几种常用方法和其数学模型，然后对其评估方法和数学模型的应用作了简单的介绍，最后提出了自己的建筑火灾评估方法和建筑火灾的货币等价数学模型，并作了详细的阐述。
关键词：建筑火灾评估；货币等价；数学模型0：引言火灾风险评估是建筑物性能化放防火设计的依据，是消防设施和消防力量分布，城市规划的根据，也是科学消防决策的依据，其重要性是不言而喻的，国内火灾风险评估始于八十年代，建筑火灾风险评估其核心是评估的数学模型，国内外的建筑火灾风险评估方法不一，在半定量评估方法中，其评估数学模型也五花八门。
应用半定量评估的建筑火灾评估时，能不能用一种普遍通用的半定量评估方法,建立统一的评估数学模型?本文在这方面提出了自己的方法，试图用等价货币的思想，建立相应的评估数学模型，试图形成统一的建筑火灾评估方法。
1：建筑火灾常用评估方法根据火灾发生的场合不同，火灾主要分为建筑火灾、森林草原火灾、化工煤矿火灾和交通工具火灾等类型。
建筑火灾有自己的特点:建筑是人类居住、人口较高度密的场所，也是人类财富聚集的地方，特别是随着我国经济的高速发展出现的大中城市和城市中的高层建筑是人、财、物的高密区。
建筑火灾发生往往会引起人口伤亡和财物损失严重。
建筑由于结构形式和使用功能的多样性，火灾评估的方法很多，以下是几种常用的建筑火灾评估方法：1.1根据建筑的使用功能不同相应建立的火灾评估有：监狱建筑火灾风险评估【1】，商贸市场火灾风险评估【2】宾馆火灾风险评估【3】等。
1.2根据建筑所处位置不同的区域火灾评估有：苏州古城区的火灾危险性进行等级划分【4】，开封市火灾危险性进行分析【5】等。
2：建筑半定量火灾风险评估的主要数学模型半定量火灾风险评估方法通过建立的数学模型将对象的危险状况表示为某种形式的风度值,从而区分出火灾的危险程度。
超高层建筑中典型腔室火灾轰燃现象的实验及数值模拟比较研究
超⾼层建筑中典型腔室⽕灾轰燃现象的实验及数值模拟⽐较研究超⾼层建筑中典型腔室⽕灾轰燃现象的实验及数值模拟⽐较研究李松阳1,2, 宗若雯1, 廖光煊11. 中国科学技术⼤学⽕灾科学国家重点实验室，安徽，合肥，2300272. 隆德⼤学能源科学系，隆德，瑞典，SE-22100摘要：轰燃是腔室⽕灾的发展过程中最剧烈的阶段，是建筑内部突发性的引起全⾯燃烧的现象。
当轰燃发⽣后，建筑内的温度、热辐射强度、烟⽓浓度等都将经历⼀个突跃过程，这对内部⼈员的⽣命安全及建筑结构将造成致命威胁。
由于超⾼层建筑的特殊性，轰燃过程对其的危害会远⼤于普通建筑。
本研究将利⽤两款⽕灾动⼒学数值模拟软件（FDS和SIMTEC）对超⾼层建筑中的典型腔室进⾏轰燃过程的模拟，并与⼩尺度⽕灾实验的结果进⾏⽐较，探讨数值模拟在超⾼层建筑轰燃现象重构中的应⽤性和可靠性。
实验共进⾏了四组，包括不同的⽕源⼤⼩和燃料种类，并测量了烟⽓层温度和⼆氧化碳、氧⽓的浓度；⽽两款数值模拟软件也对相应的⽕灾场景进⾏了模拟计算。
结果表明，两款模拟软件都能较好的模拟轰燃过程，但是SIMTEC软件在温度和⽓体浓度的预测结果上更精确。
关键词：超⾼层建筑；腔室⽕灾；轰燃重构；数值模拟Experimental and Modeling Study on Flashover in the Typical Compartment of Extra-high Building ConstructionLi Song-yang1, 2，ZONG Ruo-wen1，LIAO Guang-xuan11. State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230027.2. Department of Energy Sciences, Lund University, Lund 221 00, Sweden.Abstract: Flashover is the ultimate event in a room fire signaling the final untenability for room occupants and greatly imposing a hazard to other building spaces. It is of great concern in the fire protection engineering of extra-high building. However, the knowledge in fire dynamics and the flashover occurrence in the confined compartments of such high buildings still present some gaps. This study aims at experimental investigation of the flashover occurrence in confined compartments and the corresponding validation of two kinds of computational fluid dynamics (CFD) models for prediction, including Fire Dynamics Simulator (FDS v5.2) and Simulation of Thermal Engineering Complex (SIMTEC). At first, four experimental tests of the confined compartment fire were conducted in a reduced-scale compartment with different areas of fire source and different types of fuels. Detailed transient measurements of upper layer temperature, gas concentration as well as mass loss rate of fire sources were recorded. Secondly, the experimental tests were simulated by FDS and SIMTEC, and the results were compared for validation. The result shows that both codes can reasonably and well simulate the progress of compartment fire and flashover phenomena, but SIMTEC results appeared to be in better agreement with experimental values of upper layer temperature and without the unrealistically intensive and irregular fluctuation observed in FDS results. Key words: Extra-high building, Compartment fire, Flashover, Fire modeling基⾦项⽬：国家⾃然科学基⾦(No. 50974110) 作者简介：李松阳（1983-），男，中国科学技术⼤学⽕灾科学国家重点实验室博⼠⽣，国家公派瑞典隆德⼤学联合培养博⼠⽣，主要从事⽕灾动⼒学演化及数值模拟、地下空间轰燃现象的机理研究.**************通讯作者：宗若雯（1967-），⼥，副教授，***************.cn.1 引⾔近年来，随着经济的⾼速增长和城市化进程的加快，超⾼层建筑在各⼤城市中不⽤涌现。
在建高层建筑施工现场火灾事故树分析
高层建筑火灾事故树分析图1 建筑火灾事故树根据事故树分析图可得出事故树的结构函数为：ϕA1A2=B1B2B3(X11+B4)=2X1X7X11B1+2X1X8X11B1+2X1X9X11B1+2X1X10X11B1 =x+X2X7X11B1+X2X8X11B1+X2X9X11B1+X2X10X11B1+X3X7X11B1+X3X8X11B1+X3X9X11 B1+X3X10X11B1+X5X7X11B1+X2X8X11B1+X5X9X11B1+X5X10X11B1+X6X7X11B1+X6X8 X11B1+X6X9X11B1+X6X10X11B1+2X1X7X12B1+2X1X8X12B1+2X1X9X12B1+2X1X10X12 B1+X2X7X12B1+X2X8X12B1+X2X9X12B1+X2X10X12B1+X3X7X12B1+X3X8X12B1+X3X9X 12B1+X3X10X12B1+X5X7X12B1+X5X8X12B1+X5X9X12B1+X5X10X12B1+X6X7X12B1+X6 X8X12B1+X6X9X12B1+X6X10X12B1+2X1X7X13B1+2X1X8X13B1+2X1X9X13B1+2X1X10X 13B1+X2X7X13B1+X2X8X13B1+X2X9X13B1+X2X10X13B1+X3X7X13B1+X3X8X13B1+X3X 9X13B1+X3X10X13B1+X5X7X13B1+X5X8X13B1+X5X9X13B1+X5X10X13B1+X6X7X13B1+ X6X8X13B1+X6X9X13B1+X6X10X13B1+2X1X7X14B1+2X1X8X14B1+2X1X9X14B1+2X1X1 0X14B1+X2X7X14B1+X2X8X14B1+X2X9X14B1+X2X10X14B1+X3X7X14B1+X3X8X14B1+X 3X9X14B1+X3X10X14B1+X5X7X14B1+X5X8X14B1+X5X9X14B1+X5X10X14B1+X6X7X14B 1+X6X8X14B1+X6X9X14B1+X6X10X14B1+2X1X7X15B1+2X1X8X15B1+2X1X9X15B1+2X1 X10X15B1+X2X7X15B1+X2X8X15B1+X2X9X15B1+X2X10X15B1+X3X7X15B1+X3X8X15B1 +X3X9X15B1+X3X10X15B1+X5X7X15B1+X5X8X15B1+X5X9X15B1+X5X10X15B1+X6X7X1 5B1+X6X8X15B1+X6X9X15B1+X6X10X15B1+2X1X7X16B1+2X1X8X16B1+2X1X9X16B1+2 X1X10X16B1+X2X7X16B1+X2X8X16B1+X2X9X16B1+X2X10X16B1+X3X7X16B1+X3X8X16 B1+X3X9X16B1+X3X10X16B1+X5X7X16B1+X5X8X16B1+X5X9X16B1+X5X10X16B1+X6X7 X16B1+X6X8X16B1+X6X9X16B1+X6X10X16B1(总共120个最小割集)根据最小割集与结构表达式的关系，知事件最小割集个数为120，表明引起建筑火灾事故的隐患很广泛（120种），这就需要我们消防安全检查工作要细致、全面；其中每个最小割集中都含有B1（空气）这个元素，说明火灾发生的前提条件中必须有可燃物与空气接触；在这120个最小割集中不难发现，每个割集中最少要有X1、X2、X3、X4、X5、X6这些元素中的一个，说明火灾发生必然需要着火源；基本每个割集中至少有X7、X8、X9、X10中的一个，验证了建筑火灾事故必须要有可燃物。
基于Pyrosim的高层住宅火灾模拟分析
基于Pyrosim的高层住宅火灾模拟分析唐莉青(首都经济贸易大学，北京100026>【摘要】随着城镇化进程的加快，高层住宅数量日趋增多，俨然已成为了现代城市的标志。
但 与普通住宅相比，高层住宅具有危险源多、火灾荷栽大、人口密度高、建筑结构复杂、疏散难度大等特 点，一旦发生火灾往往会造成巨大的经济损失和大量的人员伤亡，因此高层住宅建筑火灾已经成为 社会各界密切关注的重大课题。
为了 了解高层住宅建筑火灾的烟气蔓延规律和火灾发展特性，文章 应用Pyrosim火灾模拟软件，通过建立火灾模型，并参照最不利原则对北京某高层住宅小区进行4 个不同的火灾场景数值模拟重点研究火灾发展过程中的烟气蔓延发展情况和相关规律，通过火灾 模拟结果和高层住宅建筑火灾特点对高层住宅建筑火灾的预防管理提出相应的对策建议措施。
【关键词】高层住宅建筑火灾烟气蔓延数值模拟Pyrosim【中图分类号】X928.7 【文献标志码】A〇.引言近年我国高层建筑火灾频发，据近十年的数 据统计我国一共发生过3.1万起高层建筑火灾，死亡人数474人，直接经济损失15.6亿元。
其中住宅 火灾造成的直接财产损失达7.5亿元，占损失总额 的20.1 %。
由此看来我国高层住宅建筑消防安全形 势仍不容乐观M]。
高层住宅一直都是消防工作的重点和难点，随着近年来城镇化水平的加快，高层建筑数量急 剧上升，高度也在攀升，高层建筑的人口密度也随 之增大，这就进一步加大了高层住宅火灾的危险 性，也增大了救援的难度。
高层住宅中易燃易爆物 品和危险化学品较多，一旦发生火灾所造成的损 失是难以估量的。
因此此类高层住宅建筑具有危 险源多、火灾荷载大、人口密度高、建筑结构复 杂、疏散难度大等特点，而且高层住宅火灾的致 死原因主要是烟气的中毒窒息。
因此，对高层住 宅的火灾烟气模拟研究显得极为重要。
通过走访 调研，发现北京市内许多高层住宅小区为了方便 垃圾的清理或者其他原因，楼梯间的防火门长期 处于开放状态，针对这一现象，研究防火门的开 合对火灾发展情况的影响很有必要。
基于fds的高层建筑火灾数值模拟问题探讨
Research 研究探讨299基于FDS 的高层建筑火灾数值模拟问题探讨王亚升（陕西交通职业技术学院， 西安 710018）中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2020）01-0299-01摘要：本文对FDS 模型进行了分析，并对高层建筑火灾危害性进行了分析，以此使高层建筑火灾模型模拟对象得到确认，之后对高层建筑FDS 火灾模型进行了构建，最后对高层建筑各项模拟结果进行了叙述，以期为现代高层建筑防火提供借鉴。
关键词：高层建筑；FDS ；火灾；模型现代高层建筑应用了大量易燃、可燃的材料，以此使火灾发生的可能性出现大幅增加，同时可燃物燃烧过程中会产生毒害气体，并释放大量的火灾烟气，以此也会使建筑内部可见度降低[1]。
综合而言，高层建筑火场高温使人员在行动能力上受到较大限制，不利因素集合使火灾发生中的伤亡率极大。
基于此，对于高层建筑火灾内部温度分布的规律、烟气可见度、烟气蔓延规律、毒害气体浓度等火灾特点进行分析，以此为高层建筑火灾烟气防排烟、建筑疏散通道设计、消防扑救工作提供基础。
在大量实践中表明，FDS 软件能够对建筑结构火灾场景进行数值模拟，以此可作为火灾特点、建筑防火灾安全性能等的评价数据。
1 FDS 概述FDS 是美国开发的一项模拟程序，是将火灾流体运动为对象进行流动动力学计算的软件[2]。
这一软件使用的求解方程为低马赫数流动N-S 方程，方程主要受火灾浮力驱动影响，重点是进行火灾热传递及烟气的传递过程。
FDS 是开放性的程序，在实践中其准确性得到大量实证检验，在火灾领域中的应用极为广泛。
FDS 拥有大涡模拟及直接数值模拟两种模拟模式，其中的数值是以湍流控制方程为基础，对火灾中的流场、浓度场、温度场时间尺寸及空间尺寸精确的进行描述。
数值模拟方法在结果上是极为精确的，但是计算量也较大。
大涡模拟是将湍流瞬时运动分解成为小尺度、大尺度两种运动部分，大尺度则可通过微分方程来直接进行计算，小尺度可通过亚格子模型建设来实现模拟，以此使计算量得到极大简化。
火灾风险评估的数值模拟及其应用
火灾风险评估的数值模拟及其应用火灾是一种常见的灾害，不仅会给人们的生活和财产带来巨大的损失，还会对城市和环境产生影响。
为了防范和控制火灾，需要对火灾进行风险评估，以便对火灾的发生概率和损失范围进行预测和预防。
数值模拟技术是一种有效的火灾风险评估方法，其应用范围广泛，效果显著，为火灾风险评估提供了有力的支持和保障。
一、数值模拟技术介绍数值模拟技术是一种通过计算机模拟物理规律的方法，将实际物理过程进行数值计算，预测和分析其变化规律的科学技术。
利用数学方法对物理规律进行建模，通过有限元、边界元、有限差分等数值方法将模型转化为计算机可以处理的数值问题，进而进行计算和分析。
数值模拟技术具有计算速度快、模型精度高、实验成本低等优点，可以模拟和预测很多实验无法进行或难以进行的实际问题。
二、火灾风险评估的数值模拟方法在火灾风险评估中，数值模拟技术可以通过对火灾发生的概率、火场温度分布、烟气扩散、火势蔓延等关键因素进行模拟和预测，提供火灾风险评估的重要依据。
其具体方法如下：1.建立火灾数学模型首先需要根据火灾情况和评估对象的特点，设计和建立数学模型，将火场的温度、烟气、火焰等物理量进行建模，得到数学关系式。
2.确定边界条件和物理参数在建立数学模型后，需要确定火场模拟的边界条件和物理参数，包括起火源的位置、火场的形状、建筑物和装修材料的热力学参数、气态物质性质等。
3.选择数值方法进行计算在确定边界条件和物理参数后，需要选择适当的数值方法进行计算，将数学模型转化成计算机可以处理的数值问题。
如常用的数值方法有有限元、有限差分、边界元等。
4.模拟和分析火场过程通过数值模拟，模拟和分析火场温度分布、烟气扩散、火势蔓延模式、热辐射等关键因素的变化规律，得出火灾风险评估的结论。
三、数值模拟技术在火灾风险评估中的应用数值模拟技术在火灾风险评估中的应用非常广泛，主要包括：1.确定建筑物的消防等级利用数值模拟技术可以预测建筑物火灾的扩散和影响范围，确定建筑物的消防等级和消防设备标准，为消防设计提供参考。
基于数值模拟的建筑消防安全性能分析
- 141 -生 产 与 安 全 技 术0 引言受经济形势的影响，很多工业园区将原有的厂房、仓库或分租给不同企业或改租为其他用途，作业场所人员的聚集、不同性质场所的混合、多方管理责任的混乱等都带来了新的火灾风险，因此，建立健全、科学的消防安全管理体系，提升消防安全管理水平非常重要。
1 数值模拟建模该研究的目标包括开发EvacuSafe ，作为基于2个多标准风险指数并通过集成ABM 、火灾模拟工具和建筑信息模型来评估建筑疏散安全性能的框架。
疏散形式的应急响应计划中通常采取可量化的措施来确定疏散成功。
时间和距离测量的问题是它们没有提供关于使用特定出口路线或在建筑物中特定隔间内的风险。
因此，有必要采取以下措施：在疏散过程中考虑人员与危险的距离；追踪疏散过程中人员的安全状态；取决于人员的时空状态[1]。
在该研究中，引入可用本地出口时间（ALET ）。
ALET 是指建筑中每个点在每个时刻的可用时间，直到它变得无法维持。
可维持性标准可能因所需的安全裕度而有所不同。
较低的ALET （即更靠近火灾）意味着在该地点达到不可维持性标准前可用的时间更少。
因此，1/ALET 的比率可以衡量存在于建筑物中任何位置的风险。
当撤离人员在撤离过程中移动时，他们的1/ALET 沿着撤离路径发生变化。
这一衡量标准需要被视为一个与时间相关的变量。
即使在固定的1/ALET 比率衡量标准下，在一个点上停留更长的时间也必须使风险指数上升。
通过这种方式，将暴露在特定火灾附近的时间长度考虑在内。
因此，根据拟议框架的要求，建立公式（1）和公式（2）。
（1）RRI ALET j k t T P t , ³p CRI RRIKj j kk k¦,1（2）式中：ALET p （t ）为定义的火灾达到p （t ）所需的时间（时间t 的点p ）；CRI j 为第j 个隔间的隔间风险指数；K 为隔间的可能出口路线总数；p （t ）为时间t 时定义的疏散人员在第k 个出口路线RRI j 上的位置（x ，y ，z ）；k 为与隔间的第k 条可能出口路线相关的路线风险指数；T 为定义的撤离人员从起点到出口路线终点的总行程时间。
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（a）场景F-01计算区域范围示意图
（b）场景F-01机械排烟位置示意图示意图
图1 火灾场景F-01计算区域示意图
1.2 火灾场景F-02（标准办公区划分为四个单元分区）
场景F-02的起火点位于防火分区内靠近塔楼外侧的某小型办公室内，火灾类型为t2中速火灾，火源受水喷淋抑制后热释放速率维持在1MW。
根据规范要求，启动火源所在防烟分区的机械排烟口，按照该分区每平方米面积不小于60m3/h计算，设定排烟口面积
（a）场景F-02计算区域范围示意图
（b）场景F-02机械排烟位置示意图
图2 火灾场景F-02计算区域示意图
1.3 火灾场景F-03（酒店大堂休息厅）
火灾场景F-03为酒店大堂休息厅火灾场景，火源功率为6MW，模拟中的具体参数设定如表1所示：
表1 火灾场景F-03模拟计算参数
1.4 火灾场景F-04（酒店多功能厅）
火灾场景F-04表示喷淋失效情况下的火灾情景。
火源位于多功能厅内，参考上海市《建筑防排烟技术图3火灾场景F-03示意图（多功能厅，左侧平面图，右侧几何建模图）2 数值模拟结果分析
2.1 标准办公层火灾烟气模拟结果分析
通过FDS计算，火灾场景F-01与F-02的数值模拟结果如图4所示，在模拟时间600s内，两火灾场景各监测点附近2.0m高度最高温度均低于设定的危险温度60℃。
场景F-01在火灾发生后219s，监测点5附近能见度低于10m，即火灾危险时间为219s。
场景F-02在火灾发生后246s时，监测点4附近能见度低于10m，即火灾危险时间为246s。
可见，对于标准办公层，随着单元分区的扩大，火灾危险时间增大。
F-01监测点温度变化 F-02监测点温度变化
F-01监测点能见度变化 F-02监测点能见度变化图4 火灾场景F-01，F-02温度及能见度变化曲线
场景描述酒店大堂休息厅火灾（喷淋失效和正常启动）计算区域44.2×70.5×6.5m
网格数量90×140×22
计算时间900s
火灾增长速率中速t2
设计火灾规模6MW
风机模式机械风机，7个，总排烟量为60000 m3/h，120s开启测量点3个，高度2m，位于每个疏散楼梯对应的疏散门口
图5 火灾场景F-03，2m高度能见度点测量结果
图5是酒店大堂休息厅火灾的能见度情况，可见300s时有部分位置能见度降到10.0m以下，600s
休息厅内大部分位置能见度已经低于危险值。
图6 火灾场景F-04，2m高度能见度点测量结果
参考文献
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