火灾模拟软件FDS在特殊消防设计安全评估中的应用实例

本项目利用火灾模拟软件（场模拟软件 FDS）对某高铁站出站层、地面层、高架进站层及高架夹层所设置的火灾场景进行计算模拟，以研究其火灾发展和烟气运动的规律，分析消防设施的有效性。

场模拟是利用计算机求解火灾过程中状态参数的空间分布及其随时间变化的模拟方式。场是指状态参数如速度、温度、各组分浓度等的空间分布。场模拟的理论依据是自然界普遍成立的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应定律等。火灾过程中状态参数的变化也遵循这些规律。场模拟可以给出火灾过程的细节，但它对计算机的能力以及火灾分过程理论模型的要求限制了其使用范围。

FDS 模拟基本参数及假设

（1）建筑尺寸：实际建筑尺寸

（2）假设火源：采用t²——稳定火源

（3）初始条件：假设流场的初始状态为静止，模拟区域内温度与室外环境温度均为20℃，压力为1个标准大气压。在火灾模拟过程中，除防火门关闭外，站房内的所有疏散出口均处于开启状态。

（4）边界条件：为热厚（thermally-thick）边界条件，即围护结构传热按一维传热处理，并且假定外壁面温度与环境温度相同并保持不变。在大涡模拟中壁面速度采用滑移模型，通常壁面速度取作临近网格节点速度的3/4。

设计火灾场景—— 高架夹层餐饮火灾

根据“可信且最不利”原则设定高架夹层餐饮火灾场景，火灾时自动灭火系统失效，利用站房高侧窗进行自然排烟，具体火源位置如图1，火灾规模为 8.0MW，模拟时间为 1200s。

图1

火灾场景：本场景设定为高架夹层餐饮火灾。考虑自动灭火系统失效，采用自然排烟，火灾规模为8.0MW，将设定条件输入火灾模拟软件FDS中进行模拟计算，结果如图2至11所示。

结果分析：

（1）由图2可以看出，当火灾发生后，烟气沿热烟羽流上升至高架进站层顶棚后向四周蔓延。由于高架进站层顶棚空间高大，具有良好的蓄烟功能，再加上自然排烟作用，在模拟时间 1200s 内，烟气未沉降至距高架夹层、高架进站层地面 2.0m 处；

图2烟气分布三维视图

（2）由图3图4可以看出，1200s 内，除火源上方的热烟羽流区域外烟气层温度未达到 180℃；

图3火源处横剖面温度分布图

图4火源处纵剖面温度分布图

（3）由图5可以看出，1200s 内，距高架夹层地面 2.0m 高度处（除火源上空外）能见度大于 10m；

图5距高架夹层地面 2.0m 高度处能见度分布图

（4）由图6可以看出，1200s 内，距高架夹层地面 2.0m 高度处（除火源上空外）温度未达到 60℃；

图6距高架夹层地面 2.0m 高度处温度分布图

（5）由图7可以看出，1200s 内，距高架夹层地面 2.0m 高度处（除火源上空外）CO 浓度小于 450ppm；

图7距高架夹层地面 2.0m 高度处 CO 浓度分布图

（6）由图7可以看出，1200s 内，距高架夹层地面 2.0m 高度处（除火源上空外）CO2 浓度小于 1%。

图7距高架夹层地面 2.0m 高度处 CO2浓度分布图

（7）由图8可以看出，1200s 内，距高架进站层地面 2.0m 高度处能见度大于 10m；

图8距高架进站层地面 2.0m 高度处能见度分布图

（8）由图9可以看出，1200s 内，距高架进站层地面 2.0m 高度处温度未达到 60℃；

图9距高架进站层地面 2.0m 高度处温度分布图

（9）由图10可以看出，1200s 内，距高架进站层地面 2.0m 高度处 CO 浓度小于 450ppm；

图10距高架进站层地面 2.0m 高度处 CO 浓度分布图

（10）由图11可以看出，1200s 内，距高架进站层地面 2.0m 高度处 CO2浓度小于 1%。

图11距高架进站层地面 2.0m 高度处 CO2浓度分布图

根据对上述设定火灾场景的火灾烟气运动模拟计算分析，得出火灾场景中，火灾产生的烟气温度、环境能见度及有害气体是否到达影响人员安全疏散的极限状态，模拟结果见表1。