基于PyroSim软件的幼儿园楼道火灾逃生模拟研究.pdf

前卫理念 前卫 基于P y r o S i m软件的幼儿园楼道火灾逃生模拟研究王世玲彭英健(兴义民族师范学院,贵州 黔西南 )【摘要】在社会生活中,火灾已成为威胁公共安全,危害人们生命财产安全的一种多发性灾害.据相关统计资料显示 年全国消防救援队伍共接报处置各类警情 万起,出动消防救援人员 万人次、消防车 万辆次,累计从灾害现场营救被困人员 万人,疏散遇险人员 万人;共接报火灾 万起,死亡 人,受伤 人,直接财产损失 亿元.通过对特大火灾进行分析研究,可以发现其中最大的危害因素是火灾烟气,火灾烟气能让火场人员因窒息或中毒而死亡,距离火灾较近的人员还会受到火焰高温伤害.只有消防系统设置合理,现场人员冷静机智地运用火场自救与逃生知识,才有可能拯救自己、拯救他人.对于此类问题,可以利用P y r o S i m软件构建仿真系统进行预测,为火灾逃生、救援提供依据.【关键词】幼儿园楼道;火灾模拟;P y r o S i m国内已有大量基于P y r o S i m的模拟研究，有天然气管道泄漏火灾后果的模拟研究、粮食储备库火灾仿真模拟分析、小型电影院火灾数值模拟分析、老年公寓火灾蔓延规律分析、高校学生宿舍火灾虚拟仿真等分析等，但对幼儿园火灾的仿真研究还比较欠缺，尤其是对幼儿园火灾烟气流动规律的研究。小朋友们年龄尚小，缺乏火灾安全意识，应当借助仿真技术增哟幼儿园安全管理人员的应对意识，提高幼儿园火灾发生时管理人员的应急处置能力。教学楼道的P y r o S i m数值模拟物理模型的设定本文以某幼儿园一老旧教学楼为研究对象，该教学楼为四层建筑，已有三十余年历史，为砖混结构，耐火等级为二级。一至四层每层都有一间教师休息室，男女卫生间各一间，其余全 为教 学教 室。另 外，在 一 层 还 设 置 有 两 间 门卫室。楼道内有安装一些应急设施，分别为三部疏散楼梯，在一层的三个玻璃门和两个铁门，各层均配置有灭火器。中间的大门的宽度和高度为 m m，其余楼梯尺寸为 m m。教学楼虽然有五个门，但除了中间的大门常年处于开启状态，其余四个门虽然能够正常使用，但常年处于锁闭状态。网格模型的确定因测量数据带有小数点而P y r o S i m中网格总数的确定必须为整数，故确定网格时X方向定为 m，Y方向定为 m，Z方向定为 m。最小网格尺寸为 m m m，网格总数为 ，。火灾场景的设定火灾场景是定性的对一次火灾整个发展过程的描述，该描述确定了反映该次火灾特征并区别于其他可能火灾的关键事件。火灾场景通常要定义引燃、火灾增长阶段、完全发展阶段、衰退阶段以及影响火灾发展过程的各种消防措施和环境条件。在创建火灾场景时，需要考虑的因素有很多，例如：建筑物在平面上的总体布局、火灾可能发生的位置、火灾最可能发生时的环境状态、火灾的载荷以及分布状态等。火灾场景的设定主要分为三个步骤，首先是火灾危险源的辨识，其次是火灾增长，最后是设定火灾场景。根据最不利原则，本文选择了火灾发生时风险性最大的位置作为火灾发生场景。结合一号教学楼的设计特性，以一层中间楼梯旁 楼道火灾为例进行研究。火 灾发 生后，烟气的扩散情况和门窗的开关状态有很大的关系。在实际生活中门的开关是随机的，所以依据最不利原则，本文仅针对着火房间门打开，非着火房间门窗全部关闭的情况进行火灾数值模拟。火灾数值模拟初始条件的设定在进行P y r o S i m软件进行火灾数值模拟时，有一部分火灾模拟的初始条件是系统默认设定的，还有一部分是根据模拟对象的不同而单独进行设定。根据该教学楼的情况设计参数如表所示。表教学楼模拟参数名称数值环境温度 环境大气压力 p a环境湿度 火灾增长类型快速火风速 m/s火灾模拟运行时间 s前卫理念 前卫 续表:名称数值燃烧类型木材等复合材料、电缆地板类型绝缘且不传热建筑高度 m火灾场景模拟结果及分析模型运算火灾研究的重点在于火灾烟气的研究，根据近几年发生的火灾统计数据，当发生火灾时，对人体伤害最大、最严重的是烟气，烟熏致死的比例高达。因此，在这项研究当中，烟气的流动方向对人员疏散有着决定性的作用。在火灾发生的过程中，影响人员疏散的是烟气的高度，其运动也是不规律的，可能会出现紊流运动，不能只是根据烟气层与人体眼睛接触作为判断伤害的标准，还要考虑温度场的分布和能见度的分布。通过使用P y r o S i m软件建立研究对象一号教学楼的物理模型，然后根据不同的火灾场景，设定参数不同的火灾初始条件，之后运行F D S进行火灾动态模拟，计算机将会根据所设定的参数进行自动模拟、运算。运算、模拟的时间与建筑物的大小、网格的大小与数量有着很大的关系。运行完成后可以通过S m o k e v i e w得到视频化火灾场景模拟结果。可以通过S m o k e v i e w来看到各时间段 火灾 发展 的 情况，也可以通过S m o k e v i e w看到温度场的分布、能见度分布以及烟气层高度的变化。本文的起火 条件 为：火 灾 规模 MW；着 火 物 质 为 木材；窗户关闭；门开启；无自动喷水灭火系统。主要从设置位置为Z m的温度切片研究温度随时间的变化。该火灾场景设置在一层 楼道上，引起火灾的原因是多媒体设备使用时间长、线路老化短路，从而引起火灾。起火位置位于讲台正中间的多媒体内，火灾设定为快速火。在火灾发生后，烟气不断地产生且在室内积聚，同时伴随着高温的产生。烟气不断地在顶棚集聚，最终通过 楼道的门向外扩散，烟气进入走廊后在顶棚积聚，同时也向两边蔓延。由于该教学楼建成已久，没有防烟设施，所以烟气通过一层 楼 梯 间 向 二 至 四 层 快 速 蔓 延，最 终 充 满 整 个 建筑物。烟气蔓延规律经结果分析，在火灾发生后会产生大量的烟气，在火点燃后 s时，室内的烟气层高度下降到 m，与此同时，烟气通过 门 向 一 层 走 廊 的 天 花 板 和 走 廊 周 围 蔓 延。根 据s m o k e v i e w显示，烟气在t s左右首先通过中间的楼梯蔓延到二层，在t s左右通过中间的楼梯蔓延到三层，由于三层到四层之间不能通过中间的楼梯到达，所有烟气在蔓延到三层后向两边扩散，同时，烟气通过左侧副楼梯在t s的时候蔓延到四层。一层走廊的烟气平均高度在t s左右下降到危险值 m。到达四层以后，烟气蔓延随时间产生变化。t s时，中间的楼梯与左侧楼梯均充满了烟气，且烟气厚度超过 m，由于烟气主要通过楼梯间向上蔓延，所以，二、三、四层走廊间的烟气主要积聚到天花板上，没有明显的下降。由此可见，烟气在蔓延的时候首先是往高处积聚，随后才向四周蔓延，同时烟气向其他楼层蔓延的速度和起火房间与疏散楼梯的距离有着直接的关系，距离越近，向上蔓延的速度越快。能见度随时间的变化规律火灾发生时，产生的烟气因具有遮光性，所以其对人的视线有很大的阻碍作用，人会因此找不到正确的疏散线路，根据人眼的特征高度为 m，故本文设定Z m的能见度切片，来分析火灾发生时能见度随时间的变化情况。楼道 s时能见度随时间的变化如图所示。图 s时 楼道能见度一层 s时的能见度随时间的变化如图所示。图 s时一层走廊的能见度火灾发生后的第 s左右，楼道的能见度良好，但在t s时，楼道内大部分能见度低于 m，t s时楼道的能见度也下降到 m，此时处于危险临界值。s时烟气前卫理念 前卫 主要通过楼梯间向上蔓延的速度要大于烟气在天花板堆积的速度，所以此时一层走廊的能见度没有出现明显的下降还处于健康值，如图所示。t s时烟气蔓延到第三层，此时一层走廊部分区域的能见度出现下降，在t s时一层左侧走廊能见度为 m，着火房间门口走廊及中间大厅等地能见度都将下降到 m，此时一层走廊有多数区域的烟气层高度下降到 m。t s时，中间 大 厅的 能见 度下 降 到 m，教学楼出口的能见度下降到 m。温度随时间的变化规律图温度 s时的变化规律根据设置的温度切片显示，t s时火源附近的温度开始有了明显的变化，如图所示，由此可见在t s之前 楼道处于火灾初期阶段，属于较为安全的时间。在t s时着火房间温度达到了人体耐受极限的危险值，t s时温度超过 。s到 s时温度缓慢升高，直到 s时依旧没有太大变化。综合以上烟气蔓延、能见度以及温度场分布的分析，可以得出以下结论：火灾发生时温度并不是影响人员疏散的主要原因。火灾危险值在以上三个因素中取最小值来判定，上述 分 析 中，室 内 烟 气 高 度 下 降 到 危 险 值 m的 时 间 为 s，室内能见度下降到危险值的时间为 s，温度上升到危险值的时间为 s，所以楼道的危险值时间取 s。走廊中烟气层高度下降到危险值时间为 s，走廊中能见度下降到 m的时间为 s，温度对人影响不大不做对比。走廊等疏散通道的危险值时间取 s。结论()通过对该幼儿园旧教学楼 楼道的火灾模拟，从烟气层高度、温度分布以及能见度等三个方面进行分析，得出 楼道起火时房间危险值时间为 s，走廊等疏散通道的危险值时间为 s。()从模拟得出的规律发现，能见度与烟气层高度有着密切的关系，烟气层的高度越低，能见度就越低。烟气的能见度会因烟气的流动而产生变化，会从危险值重新上升到健康值，然后再下降到危险值。参考文献:薛鹏教学楼火灾数值模拟及人员疏散研究D阜新:辽宁工程技术大学,孙超,刘月婵,王博,等教学楼火灾蔓延及人员疏散的数值模拟J哈尔滨理工大学学报,():谢明峰,鲁义高校教学楼火灾与人员疏散模拟研究J消防科学与技术,():黄凯,李雪微,徐蕾基于F D S的火灾产物对人员疏散影响的研究J大连民族大学学报,():康博鹏基于小群体行为仿真的高校综合教学楼火灾疏散设计研究D哈尔滨:哈尔滨工业大学,作者简介:王世玲(),女,汉族,贵州毕节人,大学本科,研究方向:消防安全.彭英健(),男,汉族,山东临沂人,博士,副教授,研究方向:安全科学与工程.