第３５卷 第４期 ２０１７年１２月 Ｖ０Ｉ．３５ ＮＯ．４ 太原学院学报 Ｄｅｃ．２Ｏ１７ 基于ＦＤＳ的高校火灾模拟及控制对策 李建沛 （河南质量工程职业学院，河南平顶山４６７０００） 摘 要：随着国内高等教育事业的快速发展。学校规模和数量迅速扩大，但其消防配套却未能 完善，一旦发生校园火灾．极易出现严重事故。文章以高校办公楼为研究对象．运用ＦＤＳ火灾模拟 软件，针对温度场和烟气发生过程，制定了高校火灾的防治对策。 关键词：高校建筑；ＦＤＳ；火灾模拟；对策 中图分类号：ＴＵ３５２．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９６—１９１ｘ（２０ｌ７）０４—００１３－０３ ＤｏＩ：１０．１４１５２／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９６—１９１Ｘ．２０ｌ７．０４．００３ 引 言 随着高校学生和教职工的增多，国家对高校消 防安全愈加重视，高校火灾严重威胁着师生的学习 生活环境。通过认真分析高校火灾的发生原因和发 生过程，可以从很大程度上遏制高校灾难的发生ｌ＿ｌ 。 对于高校来说，实验室是最可能发生高校火灾的地 ２ 办公楼工程概况 本工程是某高校学院楼的主体建筑，整个大楼 为框架结构，一共四层，宽１８ ｍ，层高为４ ｍ，总建 筑面积约２５００平方米左右，根据整个建筑的施工图 纸．综合考虑其土建、设备、装修等参数制定整个大 楼的边界条件，为方便整个大楼的模拟，对于办公室 其他区域的办公器材进行适当的简化，最终形成本 文的三维模型，鉴于篇幅所限。本文只给出了本楼某 一方，因为实验室内物品众多，加上有时候会含有易燃 易爆器材．这些都成为高校火灾的发生原因，其次就 是学生宿舍，学生自身喜欢乱丢烟头，乱用燃气，乱 拉电线，这些是高校火灾预防的重点。再次是食堂 火灾，由于常常有人，往往不会发生较大的事故。最 间办公室的燃烧工况模拟如图ｌ所示。 重要的就是办公楼和图书馆火灾，一旦发生事故，损 失不可弥补，比如山东医科大学办公楼的火灾，让学 校珍贵资料付之一炬，历史文物就此破坏。因此，研 究高校办公楼的火灾是消防工作的重点 】。 图１ 办公楼标准层平面图 ｌ ＦＤｓ简介 ＦＤＳ（Ｆｉｒｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）是美国国家标 ３ ＦＤＳ火灾场景模拟过程 ３．１ 参数赋值 准与技术研究院（ＮＩＳＴ）开发的流体力学模拟软件， 通过ＦＤＳ软件可以模拟建筑物火灾引起的热量传 输，将起火后建筑物的热辐射传输准确表达出来，还 可以将材料的热解、火灾的蔓延过程模拟出来，通过 火灾的蔓延过程模拟，制定出适合建筑疏散的最佳 方案 。 考虑到办公室有关的燃烧物体，按照材料的属 性进行赋值，主要考虑本办公楼出现的沙发、桌、柜、 窗帘等因素，这些因素的燃烧等级和传热系数都不 同，因此将办公楼中常用的室内材料按照软件要求 进行赋值 见表１。 收稿日期：２０１ ７一ｌ１—１ ３ 作者简介：李建沛（１９８２一）。女，河南鲁山人，河南质量工程职业学院讲师．硕士，研究方向：建筑工程技术。 １３— 拿建沛： 于ＦＩ）Ｓ的ｌ岛佼火灾嵌拟及控制对策 第４期 表１ 室内材料参数 称 改 材料 密度（ｋｇ／ｍ ） 俜执导牢（Ｗ／ｍｋ） 数 沙发 泡淋材料 ２８ ０．０５ ）‘ 低Ｈ， 家ｊ｝ 技饰材料 ，１０ （）．２ １ 艇 曲松术 ６ ４（） （）．１ ４ １ ２ 宋ｊ 装饰材料 ｌ Ｃ） （）．２ ３ 简ｒ】 玻璃 ２７００ （）．７６ ９ 商帘 ，寐ｌｌＩ 饰材料 ｌ（】 ）．２ ４ 椅ｒ 宋ｊ 装饰材料 １（） ｌ１．２ ８ 夫花扳 ｆ Ｊ 板 】¨１ ４（１ （１．１８ １ ３．２ 网格划分 ＦＩ）Ｓ模拟软件的计算区域大小，一般我们 将 格Ｊ 、ｊ‘定为０．１米．这样不 Ｉ１『以反映整个建 筑物的燃烧速度，还能够提高计算速度 。为了真 实地使拟火灾情况．我们将着火点没嚣在门口沙发 卜．将燃烧［ｆ１『的环境温度定义在２５度，由于本文主 要研究燃烧时间和燃烧烟雾浓度．故暂不考虑自动 喷淋对髂１＼火灾的控制。 ３．３定义边界条件 水史为ｒ更好地反应模拟结果，设置多组边界 条件． ‘些ｉ殳汁的边界条件是恒定的，比如墙面和楼 板部没 为尤位移，而¨窗则采川速度边界条件，对 于楼梯川１的墒壁设置为绝热边界。 ３．．Ｉ设置运行环境 本丈・｝１将外界大气 设置为标准大气压．对于 窗帘等附 施．考虑重力加速度为ｇ一９．８ ｍ，／ｓ！。 对于 个建筑的结构墙体和楼板，均设 为混凝士。 ３．５火灾载荷赋值 办公 所有可燃物品的单位燃烧热值如表２所 永．骼个防Ｍ的最大火灾载荷为９４９０ ＭＪ，整个房『自】 的嘶积 １８平方米．形状为长方形．可以较易得出 —■ 火灾载简衔发为ｌ９８ ＭＪ／Ｉｌｌ＿！。 表２可燃物的燃烧热值统计 村料 称 电侍执佰（ＭＩ１个１ 个数（个） 热值（ＭＪ） ｂ ２（） １ ４２０ 椅ｆ－（企 腿） ６（Ｊ ８ ４８（） 忙 （ 所甜’物ｒ ） ８．１ｏ ３ ２５２ｏ 电Ｊ】｝ｉ ｊ２５（） ６ ｌ ５０（） ＩＫ ｊ ６０（１ ２ １ ２００ 人扶ｒ犄 ３３（Ｊ １ （１ 两 Ｃ 赍 ２２Ｏ０ １ ２２０（】 沙发 ８ｌ０ １ ８４０ ４ ＦＤＳ火灾场景模拟结果 鉴Ｊ 篇幅所限，本文选取某一房问作为样本，主 螫芬虑 水半方向和竖直方向温度场的变化，在发 火灾时．－旦烟雾浓度超过１．５米，就会对人体呼 ｌ及ｌ造成较人侵害，故本文选取地面高度１．５米的温 ¨ 度 ”。 ４．１ 水平方向温度场 图２ 时间为 ｔＩ）Ｏ秒时１．５米高度温度场 图３ 时Ｉ司为 ３０Ｏ秒时１．：）米禹厦温度场 从Ｉ冬１ ２、图３『１】可以看出，对于１．５米高度的温 度 片来说。在３４（）Ｏ秒时．所有的温度呈现绿色．此 ｆ１寸的温 大约为ｌ２Ｏ一１ ７（）度左 ．而当时问为 ４３００秒ＩＩ、Ｉ．所有的温度都已经达到ｒ ２００度以上， 部分 域 经开出出现２４ ５度以ｆ 的高温，在这个 时候，即使人们穿上防护服。Ｌｉ王不敢进去灭火。也就 是说，我ｆ『】对于办公楼火灾，要选取 着火前期进行 火火 ＿－ ２巾．我们可以看出．几 ■＿ 个墙面呈现绿 色，除ｒ 顶一块旱现红色之外． ３中．则是 在整个墙 的四周旱现出黄色． 至部分地区出现 红色 域．１町在墙面的中间部分．反 是出现了淡淡 的绿色．产，Ｅ这种现象的原因是 最 燃烧阶段，整 个窄１人Ｊ的氧气支持物体燃烧，但随着火势加大．在整 个房问的通风口处的燃烧相埘完全． …司区域则很 容易ｆ“现供氧／ｆ 足．所以导致整个房问的四周部位 燃烧温度吱！高。 ４．２烟气浓度情况 众』 川知，很多火灾并非足温度杀死了人，而是 由于 气 先将人熏倒。 此，研究整个火灾时的 烟气浓度 分必要。 ４、 ５【１ｌ列 了在３００秒 和１０００秒时的烟气浓度情况。在着火３０Ｏ秒内．沙 发燃烧的比较缓慢，这个时候烟气浓度并不算浓烈． 第３５卷 太原学院学报 第１２５期 以通过管道系统，向房间内注入二氧化碳气体，这样 就可以阻止新鲜空气的进入，降低房间内的氧气含 量，从而降低燃烧速度，为我们的救援增加时间。 ５．３加强火灾探测 随着智能建筑的出现，火灾探测技术迅速发展， 自动灭火系统日益完善，在火灾的早期，要尽早发现 火情，并迅速报警，比如可以安装火灾探测器或者烟 雾探测器，即使不能阻止火灾蔓延，也可以减少 图ｌ时间为３ｏ０秒时烟气浓度 损失。 考虑到火灾探测的成本问题，可以在办公室邻 近走廊墙壁处留一个小窗口，这样烟气就很容易在 窗口处聚集，让人们及早发现火灾。同时，在没有火 灾时，可以作为办公室空气通风口；在发生火灾前 期，作为自然排烟的手段；在火灾后期，还可以作为 机械排烟的排烟口，如果采用二氧化碳灭火，还可以 作为泄压口。 ６ 结论 图５时间为１０００秒时烟气浓度 高校办公楼的火灾模拟涉及到多个领域的知 但是一旦达到ｌ０００秒之后．所有的烟气浓度开始出 现较大的变化，随着时间的增长，当达到３０００秒之 识，比如安全工程、消防工程、建筑工程、流体领域 等，本文以ＦＤＳ软件为基础，主要对办公楼的火灾 温度和火灾烟雾进行了模拟，对烟气的释放速度和 后，屋内几乎没有新鲜的空气，而是完全都是黑烟， 这个时候往往就失去了救援的最佳时间。 水平温度场进行了简要分析，最后提出了高校办公 楼火灾防范的对策，比如设置通道口、低压二氧化碳 灭火等，希望这些方法的提出能够为火灾救援提供 思路，为高校办公人员的安全提供保障。 参考文献： ［１］何中旭．基于ＦＤＳ和ＳＴＥＰＳ模拟的大型商业综合体地 下商业区火灾模拟与安全疏散研究［Ｊ］．南开大学学报 （自然科学版），２０１７，５０（０４）：７６—８２． ５ 火灾的防治对策 根据前文所述，对于火灾的防治宜早不宜晚，一 旦超过３０００秒，则很难进行救援，而超过１８００秒， 烟雾浓度就有可能对人造成生命危险。鉴于此，本 文采取以下几个方面进行火灾防范： ５．１防患未然 学校的安全部门要对整个线路进行及时检查、 ［２］李涛．某大型建筑长廊排烟设计分析［Ｊ］．消防科学与技 术，２Ｏ１７，（０７）：９４２—９４４． 检修，发现安全隐患及时更换，高校要定期的对自己 存在的安全隐患进行排查，充分调动工作人员的积 极性，让所有工作人员既能选择理想的火灾救援手 ［３］杨志舟．某高层住宅建筑非封闭天井火灾危险性分析 ［Ｊ］．消防科学与技术，２Ｏｌ ７，３６（０７）：９５０—９５３． 段．又可以保护自己的安全不受火灾的伤害。同时 要注重疏散线路的选择．对于高校办公楼来说，要设 置流畅的人员疏散安全通道，在发生火灾时能够及 时进行救援，保证人员疏散。 ５．２低压二氧化碳灭火 ［４］张议丹，宋文华，常力，等．基于ＦＤｓ＋Ｅｖａｃ和Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ 的服装厂建筑火灾模拟研究［Ｊ］．南开大学学报（自然科 学版），２０１ ７，５０（０３）：９卜９４． ［５］吴晓爽，金彦亮．基于ＦＤｓ＋ＥＶＡＣ高校宿舍楼火灾疏散 模拟仿真研究［Ｊ］．内蒙古科技大学学报，２０１７，３６（Ｏ１）： ５９—６３． 由于高校办公楼的火灾多属于室内燃烧，室内 的氧气毕竟有限，根据模拟过程，随着燃烧的进行， ［６］张江涛．基于ＦＤＳ的办公大楼火灾数值模拟研究［Ｄ］．邯 郸：河北工程大学．２０１５． 氧气含量逐渐减少．会出现燃烧速度降低的短暂时 间，这样就为我们二氧化碳灭火提供了方向，我们可 （下转第２Ｏ页） ２Ｏ１７年 王天：横管外重力降膜过程流速分布的理论分析与数值模拟 第４期 Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌｏｗ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ Ｆａｌｌｉｎｇ Ｆｉｌｍ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｕｔ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｔｕｂｅ ＷＡＮＧ Ｔｉａｎ （Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｇｌｏｂａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｔｒｉｇｅ— ｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ＨＶＡＣ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ａｂｓｏｒｂｅｒ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ａｂ— ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ｅｉｔｈｅｒ ｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｒ ｉｎ ｖｏｌｕｍｅ．Ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ａｂ— ｓ。ｒｐｔｉ。ｎ ａｔ ｈ。ｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｓ ｍ。ｒｅ ａｐｒｒｏｖｅｄ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｃ。ｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ。ｔｈｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍ。ｄｅｓ・ Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ｆｌｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｃｔ。 ｏｆ ｅａｓｙ ｉｍｐ１ｅｍｅｎｔ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ｆｌｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓ・ Ｉｎ ｔｈ ｓ ｐａ— ｐｅｒ，ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｕｔ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｕｂｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ａｐ— ｐｒｏ ｐｒｉａｔｅ１ｙ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ． Ｂｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｕｂｅ ｃｉｒｃｕｍ±ｅｒｅｎｔ ａｌ ａｎ－ ｇ１ｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ＯＨｔ ｈｏｒｉ－ ｚｏｎｔａ１ ｔｕｂｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ｆｌｏｗ Ｄｒｏｃｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＶＯＦ ｍｅｔｈｏｄ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｒｅｇｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｇｏｔ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｔｗｏ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ；ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ ｆａｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｖ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ （上接第１５页） Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｆｉｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＤＳ ＬＩ Ｊｉａｎｐｅｉ （ＨＰ ｎ咒Ｑ“ｎｌｉｔ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ ４６７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｔ ｓｃｈｏｏｌｓ ｈａｖｅ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏＶｅｄ・ ｌ ａｋ ｎｇ ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆｆｉｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ｕｓｉｎｇ ＦＤＳ ｆｉｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｃｃｏｒｄ ｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｓｍｏｋｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ＰｒｅＶｅｎｔ ｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ Ｃｏｌｌｅｇｅｓ ａｎｄ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ． Ｋｅｖ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ；ＦＤＳ；ｆｉｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｕｎｔｅｒｍ ｕ 一２Ｏ一
