基本信息
- 項目名稱：
- 在建高層建筑火災數(shù)值模擬與分析
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 為了探究在建高層建筑火災蔓延規(guī)律以及溫度和煙氣在高層建筑火災中的分布狀態(tài)，以央視北配樓火災為背景，應用火災動力學軟件FDS，對火災進行模擬與分析。實驗得到了“表皮過火”火災蔓延途徑和火災中空氣溫度、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“表皮火災”的控制和救援提供理論依據(jù)，對理論計算確定高層建筑防火間距提供了參考，具有很強的工程應用價值。
- 詳細介紹：
- 目前國內(nèi)關于高層建筑火災研究主要在建筑防排煙方式和高溫煙氣在建筑內(nèi)的分布情況，對“表皮火災”蔓延過程和高溫煙氣在建筑外部分布狀態(tài)研究較少。本作品采用大渦模擬技術，以央視北配樓火災為背景，對“表皮火災”進行模擬與分析。實驗得到“表皮火災”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還需要考慮建筑的防煙性能和防煙間距。本作品對“表皮火災”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，具有很強的工程應用價值。
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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”時的蔓延途徑和溫度場、熱輻射場及煙氣在周圍環(huán)境中的分布狀態(tài)。 2.基本思路：以央視北配樓火災為模型背景建立“表皮火災”的FDS模型，通過還原火災發(fā)展過程、分析各切片和測點的數(shù)據(jù)得到火災蔓延過程和煙氣分布狀態(tài)。
科學性、先進性及獨特之處
- 1.科學性：采用美國國家標準技術局開發(fā)的火災動力學模擬軟件(FDS) ，軟件選擇和建模均符合實驗要求。 2.先進性：運用先進的大渦模擬技術，以央視北配樓火災為模擬對象，成功再現(xiàn)高層建筑 “表皮火災”蔓延過程。 3.獨特性：得出高層建筑“表皮火災”蔓延途徑，分析了熱對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。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 1.得到了 “表皮火災”的兩條蔓延途徑，為從建筑結構、建筑消防布置、裝飾材料等方面預防和控制此類火災提供依據(jù)。 2.得到了熱能和煙氣在建筑外部的分布情況，對此類火災的撲救提供指導，為合理確定高層建筑防火間距提供理論依據(jù)。 3.強調建筑防煙性能并提出防煙間距的概念，為減小火災過程中周圍居民受煙氣影響提供了參考依據(jù)。
學術論文摘要
- 為了探究在建高層建筑火災蔓延規(guī)律以及溫度和煙氣在在建高層建筑火災中的分布狀態(tài)，以央視北配樓火災為背景，應用火災動力學軟件FDS，對火災進行模擬與分析。實驗得到了“表皮過火”火災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；在計算建筑的防火間距時，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周圍建筑的影響。
獲獎情況
- 論文《Numerical Simulation and Analysis of On-building High-rise Building Fires》2010年12月收錄于中國消防協(xié)會、中山大學、清華大學、中國科技大學主辦的“第五屆消防性能化與消防工程研討會”論文集（中文版由《消防科學與技術》期刊結集出版，英文版被ISTP、EI收錄）。 論文《環(huán)境因素對隧道火災蔓延的數(shù)值模擬與分析》2010年發(fā)表于《消防科學與技術》（中文核心）第29卷第5期。 論文《風速對高層建筑火災時環(huán)境中煙氣分布的影響》2011年發(fā)表于《中國安全生產(chǎn)科學技術》（中文核心）第8期。
鑒定結果
- 無。
參考文獻
- [1] 靖成銀,何嘉鵬,周汝,許小磊. 高層建筑火災煙氣控制模式的數(shù)值分析[J].建筑科學, 2009,25(7):18-23. [2] 趙江平,馮文興,武來喜.建筑火災煙氣中CO遷移規(guī)律的FDS模擬[J].中國安全科學學報,2008,18(6):18-22. [3] 朱杰,霍然,付永勝.超高層建筑火災防排煙研究[J].消防科學與技術,2007,26(1):54-57. [4] 肖國清, 廖光煊. 建筑物火災中入的疏散方式研究[J].中國安全科學學報,2006,16(2): 26-29. [5] 中華人民共和國公安部GB 50045—95.高層民用建筑設計防火規(guī)范(2005年版)[S]. 中國計劃出版社,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. 央視新址火災對幕墻的反思(一) [J].門窗,2009(2):4-10. [9] 龍文志. 央視新址火災對幕墻的反思(二) [J].門窗,2009(3):9-14. [10]陳國慶,袁新彥,吳杰.火災煙氣毒害分析[J].適用全科醫(yī)學,2004,2(4):353-354.
同類課題研究水平概述
- 隨著計算機技術的飛速發(fā)展和計算流體力學(CFD)理論的不斷完善，火災數(shù)值模擬技術也得到了快速發(fā)展。目前，火災數(shù)值模型主要有以下幾種：專家系統(tǒng)、區(qū)域模型、場模型、網(wǎng)絡模型和混合模型。FDS就是由美國NIST開發(fā)的一種場模擬程序。FDS(Fire Dynamics Simulator)是一種以火災中流體運動為主要模擬對象的計算流體動力學軟件。該軟件采用數(shù)值方法求解受火災浮力驅動的低馬赫數(shù)流動的N—S方程，重點計算火災中的煙氣和熱傳遞過程。FDS程序是開放的，其準確性得到了大量試驗的驗證，因而在火災科學領域得到了廣泛應用。 國外應用及成果已經(jīng)非常豐富，現(xiàn)在大量運用于火災事故調查和評估中。國內(nèi)的使用和研究也在不斷發(fā)展壯大中，運用較為成熟的有清華大學、中國科技大學、消防研究所等。軟件應用領域主要為：隧道、機場、劇院及大型廠房等的火災分析及預防的數(shù)值模擬。對數(shù)值模擬在高層建筑火災中的運用，國內(nèi)很多高校和研究院所已經(jīng)進行了較深入的研究。 中國科技大學火災科學國家重點實驗室對高層建筑火災進行了深入的研究。霍然針對現(xiàn)代超高層建筑火災的危害特點,研究了防排煙設計在超高層建筑防火設計中的重要性, 分析了超高層建筑火災煙氣蔓延的影響因素, 提出了超高層建筑火災防排煙的措施。蔣勇等將計算機數(shù)值模擬技術應用于火災調查，采用大渦模擬方法再現(xiàn)國內(nèi)某大廈特大火災坍塌事故的發(fā)生過程，完善火災調查結論。西安建筑科技大學趙江平等采用FDS軟件分別對CO在T型“側間一走廊”典型建筑和高層建筑物內(nèi)火災煙氣在垂直方向的運動規(guī)律進行模擬分析，得到了煙氣在走廊中的水平和垂直流動特征和在防火門開啟狀態(tài)下各層樓梯間及走廊中火災煙氣的濃度變化情況。南京工業(yè)大學何嘉鵬等根據(jù)我國現(xiàn)有高層建筑所采用的主要防排煙方式，采用CFD的方法完成了火災時煙氣的不同控制模式的模擬，并進行了模擬結果比較。中國礦業(yè)大學朱國慶等研究了設有吹拔空間的高層建筑煙氣流動及火災蔓延特征,分析其對防火分區(qū)和安全疏散的影響。 綜上所述：目前國內(nèi)關于高層建筑火災研究更多的是在建筑防排煙方式和火災期間高溫煙氣在建筑內(nèi)的分布情況,而本文基于超高層建筑“表皮火災” 現(xiàn)象, 重點研究火災蔓延和高溫煙氣在建筑外部分布情況,強調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，具有很強的工程應用價值。
