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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 在建高層建筑火災(zāi)數(shù)值模擬與分析
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡(jiǎn)介：
- 為了探究在建高層建筑火災(zāi)蔓延規(guī)律以及溫度和煙氣在高層建筑火災(zāi)中的分布狀態(tài)，以央視北配樓火災(zāi)為背景，應(yīng)用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件FDS，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行模擬與分析。實(shí)驗(yàn)得到了“表皮過火”火災(zāi)蔓延途徑和火災(zāi)中空氣溫度、煙氣濃度在建筑周圍的分布規(guī)律。分析得出建筑防煙性能的重要性，并提出了防煙間距的概念。作品對(duì)“表皮火災(zāi)”的控制和救援提供理論依據(jù)，對(duì)理論計(jì)算確定高層建筑防火間距提供了參考，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前國(guó)內(nèi)關(guān)于高層建筑火災(zāi)研究主要在建筑防排煙方式和高溫?zé)煔庠诮ㄖ?nèi)的分布情況，對(duì)“表皮火災(zāi)”蔓延過程和高溫?zé)煔庠诮ㄖ獠糠植紶顟B(tài)研究較少。本作品采用大渦模擬技術(shù)，以央視北配樓火災(zāi)為背景，對(duì)“表皮火災(zāi)”進(jìn)行模擬與分析。實(shí)驗(yàn)得到“表皮火災(zāi)”蔓延的兩條主要途徑：一方面通過表皮可燃材料迅速蔓延至樓頂，再由表面向建筑內(nèi)部蔓延；另一方面先通過著火點(diǎn)向建筑內(nèi)部蔓延，再通過連續(xù)中庭、樓梯間向上蔓延，最后再由內(nèi)向外蔓延。分析得出：熱對(duì)流和熱輻射兩種途徑下的熱能以及煙氣在建筑外部環(huán)境中的分布狀態(tài)；火災(zāi)中空氣溫度和煙氣濃度隨離著火面距離增加先升高，再降低。比較得出煙氣的危害范圍大于溫度，因此在確定防火間距時(shí)還需要考慮建筑的防煙性能和防煙間距。本作品對(duì)“表皮火災(zāi)”的控制和消防救援提供理論依據(jù)，提出煙氣是確定防火間距的主要因素之一，并為從理論計(jì)算的角度確定防火間距提供了參考，創(chuàng)新性明顯，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 1.目的：得到在建高層建筑發(fā)生“表皮火災(zāi)”時(shí)的蔓延途徑和溫度場(chǎng)、熱輻射場(chǎng)及煙氣在周圍環(huán)境中的分布狀態(tài)。 2.基本思路：以央視北配樓火災(zāi)為模型背景建立“表皮火災(zāi)”的FDS模型，通過還原火災(zāi)發(fā)展過程、分析各切片和測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)得到火災(zāi)蔓延過程和煙氣分布狀態(tài)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1.科學(xué)性：采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局開發(fā)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件(FDS) ，軟件選擇和建模均符合實(shí)驗(yàn)要求。 2.先進(jìn)性：運(yùn)用先進(jìn)的大渦模擬技術(shù)，以央視北配樓火災(zāi)為模擬對(duì)象，成功再現(xiàn)高層建筑 “表皮火災(zāi)”蔓延過程。 3.獨(dú)特性：得出高層建筑“表皮火災(zāi)”蔓延途徑，分析了熱對(duì)流和熱輻射兩種途徑下的熱能以及煙氣在建筑外部的分布狀態(tài)，提出建筑防火間距必須與建筑整體防煙性能和兩棟建筑之間的防煙間距綜合考慮。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1.得到了 “表皮火災(zāi)”的兩條蔓延途徑，為從建筑結(jié)構(gòu)、建筑消防布置、裝飾材料等方面預(yù)防和控制此類火災(zāi)提供依據(jù)。 2.得到了熱能和煙氣在建筑外部的分布情況，對(duì)此類火災(zāi)的撲救提供指導(dǎo)，為合理確定高層建筑防火間距提供理論依據(jù)。 3.強(qiáng)調(diào)建筑防煙性能并提出防煙間距的概念，為減小火災(zāi)過程中周圍居民受煙氣影響提供了參考依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了探究在建高層建筑火災(zāi)蔓延規(guī)律以及溫度和煙氣在在建高層建筑火災(zāi)中的分布狀態(tài)，以央視北配樓火災(zāi)為背景，應(yīng)用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件FDS，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行模擬與分析。實(shí)驗(yàn)得到了“表皮過火”火災(zāi)一方面通過表皮可燃材料迅速蔓延至樓頂，再由表面向建筑內(nèi)部蔓延；另一方面先通過著火點(diǎn)向建筑內(nèi)部蔓延，再通過連續(xù)中庭、樓梯間等向上蔓延。通過煙氣分析得到：火災(zāi)中空氣溫度和煙氣濃度隨離著火面距離增加先升高，再降低；在計(jì)算建筑的防火間距時(shí)，還要充分考慮建筑的防煙間距和建筑的防煙性能。通過改變表面裝飾材料燃燒最高溫度和發(fā)射率可以降低熱輻射對(duì)周圍建筑的影響。
獲獎(jiǎng)情況
- 論文《Numerical Simulation and Analysis of On-building High-rise Building Fires》2010年12月收錄于中國(guó)消防協(xié)會(huì)、中山大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)主辦的“第五屆消防性能化與消防工程研討會(huì)”論文集（中文版由《消防科學(xué)與技術(shù)》期刊結(jié)集出版，英文版被ISTP、EI收錄）。 論文《環(huán)境因素對(duì)隧道火災(zāi)蔓延的數(shù)值模擬與分析》2010年發(fā)表于《消防科學(xué)與技術(shù)》（中文核心）第29卷第5期。 論文《風(fēng)速對(duì)高層建筑火災(zāi)時(shí)環(huán)境中煙氣分布的影響》2011年發(fā)表于《中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)》（中文核心）第8期。
鑒定結(jié)果
- 無。
參考文獻(xiàn)
- [1] 靖成銀,何嘉鵬,周汝,許小磊. 高層建筑火災(zāi)煙氣控制模式的數(shù)值分析[J].建筑科學(xué), 2009,25(7):18-23. [2] 趙江平,馮文興,武來喜.建筑火災(zāi)煙氣中CO遷移規(guī)律的FDS模擬[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2008,18(6):18-22. [3] 朱杰,霍然,付永勝.超高層建筑火災(zāi)防排煙研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2007,26(1):54-57. [4] 肖國(guó)清, 廖光煊. 建筑物火災(zāi)中入的疏散方式研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,16(2): 26-29. [5] 中華人民共和國(guó)公安部GB 50045—95.高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2005年版)[S]. 中國(guó)計(jì)劃出版社,2005. [6] Noah L. Ryder, ChristopherF. Scheme,l Sean P. Jankiewicz. Near and far field contam ination modeling in a large scale enclosure: fire dynamics simulator comparisons with measured observations[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006(130): 182-186. [7] L.H. Hu, R. Huo, W. Peng, W.K. Chow, R.X. Yang. On the maximum smoke temperature under the ceiling in tunnel fires[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2006, 21: 650-655. [8] 龍文志. 央視新址火災(zāi)對(duì)幕墻的反思(一) [J].門窗,2009(2):4-10. [9] 龍文志. 央視新址火災(zāi)對(duì)幕墻的反思(二) [J].門窗,2009(3):9-14. [10]陳國(guó)慶,袁新彥,吳杰.火災(zāi)煙氣毒害分析[J].適用全科醫(yī)學(xué),2004,2(4):353-354.
同類課題研究水平概述
- 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算流體力學(xué)(CFD)理論的不斷完善，火災(zāi)數(shù)值模擬技術(shù)也得到了快速發(fā)展。目前，火災(zāi)數(shù)值模型主要有以下幾種：專家系統(tǒng)、區(qū)域模型、場(chǎng)模型、網(wǎng)絡(luò)模型和混合模型。FDS就是由美國(guó)NIST開發(fā)的一種場(chǎng)模擬程序。FDS(Fire Dynamics Simulator)是一種以火災(zāi)中流體運(yùn)動(dòng)為主要模擬對(duì)象的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件。該軟件采用數(shù)值方法求解受火災(zāi)浮力驅(qū)動(dòng)的低馬赫數(shù)流動(dòng)的N—S方程，重點(diǎn)計(jì)算火災(zāi)中的煙氣和熱傳遞過程。FDS程序是開放的，其準(zhǔn)確性得到了大量試驗(yàn)的驗(yàn)證，因而在火災(zāi)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 國(guó)外應(yīng)用及成果已經(jīng)非常豐富，現(xiàn)在大量運(yùn)用于火災(zāi)事故調(diào)查和評(píng)估中。國(guó)內(nèi)的使用和研究也在不斷發(fā)展壯大中，運(yùn)用較為成熟的有清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、消防研究所等。軟件應(yīng)用領(lǐng)域主要為：隧道、機(jī)場(chǎng)、劇院及大型廠房等的火災(zāi)分析及預(yù)防的數(shù)值模擬。對(duì)數(shù)值模擬在高層建筑火災(zāi)中的運(yùn)用，國(guó)內(nèi)很多高校和研究院所已經(jīng)進(jìn)行了較深入的研究。 中國(guó)科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)高層建筑火災(zāi)進(jìn)行了深入的研究?；羧会槍?duì)現(xiàn)代超高層建筑火災(zāi)的危害特點(diǎn),研究了防排煙設(shè)計(jì)在超高層建筑防火設(shè)計(jì)中的重要性, 分析了超高層建筑火災(zāi)煙氣蔓延的影響因素, 提出了超高層建筑火災(zāi)防排煙的措施。蔣勇等將計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)調(diào)查，采用大渦模擬方法再現(xiàn)國(guó)內(nèi)某大廈特大火災(zāi)坍塌事故的發(fā)生過程，完善火災(zāi)調(diào)查結(jié)論。西安建筑科技大學(xué)趙江平等采用FDS軟件分別對(duì)CO在T型“側(cè)間一走廊”典型建筑和高層建筑物內(nèi)火災(zāi)煙氣在垂直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行模擬分析，得到了煙氣在走廊中的水平和垂直流動(dòng)特征和在防火門開啟狀態(tài)下各層樓梯間及走廊中火災(zāi)煙氣的濃度變化情況。南京工業(yè)大學(xué)何嘉鵬等根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有高層建筑所采用的主要防排煙方式，采用CFD的方法完成了火災(zāi)時(shí)煙氣的不同控制模式的模擬，并進(jìn)行了模擬結(jié)果比較。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)朱國(guó)慶等研究了設(shè)有吹拔空間的高層建筑煙氣流動(dòng)及火災(zāi)蔓延特征,分析其對(duì)防火分區(qū)和安全疏散的影響。 綜上所述：目前國(guó)內(nèi)關(guān)于高層建筑火災(zāi)研究更多的是在建筑防排煙方式和火災(zāi)期間高溫?zé)煔庠诮ㄖ?nèi)的分布情況,而本文基于超高層建筑“表皮火災(zāi)” 現(xiàn)象, 重點(diǎn)研究火災(zāi)蔓延和高溫?zé)煔庠诮ㄖ獠糠植记闆r,強(qiáng)調(diào)了建筑防煙性能的重要性，并提出了防煙間距的概念，創(chuàng)新性明顯，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
