复杂地下空间火灾安全数值模拟分析研究
发布时间：2021-06-29 17:23
伴随着国民经济的发展和城市人口的快速增长,城市地下空间的开发利用逐渐成为城市可持续发展不可或缺的组成部分,是改善城市交通运输、功能格局、改善人民生存环境的重要举措。然而地下建筑由于其大部分在地下,空间相对狭小封闭,人员相对密集的特点,一旦发生火灾,火势扩散迅速,烟气蔓延聚集,会造成巨大人员伤亡和经济损失。因此,及时地控制火势,掌握火场中烟气的流动规律,使得人员可以安全疏散,减少人员伤亡,成为地下建筑火灾研究的重要内容。应用数值模拟软件对地下建筑火灾烟气蔓延过程进行数值模拟,可以掌握地下建筑的烟气流动规律,对验证地下建筑火灾中消防措施的有效性具有指导意义。本文通过BIM（Building Information Modelling,建筑信息模型）模型与火灾模拟软件FDS的结合,实现了BIM模型向FDS模型的直接转换,客服了传统FDS建模过程粗糙、精度低、细节丢失严重的问题,提高了火灾模拟结果的准确性,为地下空间的准确模拟奠定了基础。在此基础上,本文选取综合管廊、地铁站、地下车库这三种具有代表性的复杂地下空间结构,将其BIM模型导入火灾模拟软件FDS,建立地下建筑案例分析的精细化语义化火灾...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2018十年间我国火灾伤亡人员情况统计柱状图
上海应用技术大学硕士学位论文第2页图1.22009-2018十年间我国火灾造成的直接经济损失Fig.1.2directeconomiclosscausedbyfireinChinainthedecadeof2009-20181.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状近年来，国外许多国家在火灾烟气的研究方面做了大量工作，取得了一些成果。现阶段研究者对地下建筑的研究主要在三个方面：实体实验、计算机模拟、模型试验。瑞典的研究学者IngsonHaukur主要对废弃地下建筑火灾进行了大量的实体研究，得到了地下建筑顶棚烟气的温度、烟气释放速率等参数［3］。日本东京交通局主要对都营地铁的通风状况和排烟状况进行了详细的研究［4］。美国的研究员Matsushita在地下空间里面建立了一个烟气运动模型，通过该模型获得了烟气模型数据，然后一句地下空间模型搭建了一个1:20的试验台对烟气做实验模拟，得到了实验数据和烟气模型数据进行对比分析地下空间烟气状况［5］。Cox和Kumar在机械通风环境中对火灾进行了场模拟的研究［6］。Cooper及Forney开展了房间火灾区域模拟的研究［7］，Hinkley分析了热烟气在屋顶有通风口的情况下的产生率［8］，Morgan研究了烟气在大空间的水平流动，而且得出了封闭商场中烟气控制的设计方法［9，10］。美国Meacham指出:“成功应用性能化防火设计规范需要掌握火灾中的人员反应”［11］。在地下建筑模型实验研究方面，美国的研究学者IdaLarsson主要是将实体模型按照一定的比例缩小，对水喷淋、强制通风、自然通风对火灾的影响状况进行了详细的研究［12］；Drysdale等搭建了一个1:15小型试验台，通过对试验台的火灾进行研究，得到了狭长通道可以加速火灾蔓延，并且可以出现轰燃现象［13］；研究学者KangKai主要是把烟气模型应用于地铁车站的烟气控制
上海应用技术大学硕士学位论文第8页第2章地下建筑火灾烟气理论研究2.1火灾燃烧基础理论分析地下建筑火灾属于室内火灾范畴，因此分析室内火灾的发展过程是十分有必要的，为之后研究地下建筑火灾奠定理论基矗2.1.1火灾发展的基本过程室内火灾的发展一般经历三个阶段：初期增长阶段、充分发展阶段和减弱阶段，如图2.1所示[79]。图2.1火灾发展历程Fig.2.1firedevelopmenthistory（1）初期增长时期当温度到达材料的燃点时，材料开始燃烧。此时期仍在火灾发展的早期阶段。在此期间，火的状态小，燃烧范围不大，火场温度仍在正常范围内，火势小，蔓延发展慢。这时，火灾的进一步发展主要取决于两方面的因素:燃料分配和通风情况。如果两个条件同时满足，材料将迅速燃烧，火灾会迅速增长，引起轰燃，此时期，此阶段火灾的增长速度达到最大，灭火难度大大增加。（2）充分发展时期轰燃出现后，火灾进入充分发展阶段，这时室内火势加大，室内温度急剧上升，温度很快会升高到800摄氏度以上，此时大量的高温火焰和烟气从室内开口处大量喷出，向外扩散，火灾的规模进一步加大，并且火灾将会扩大蔓延到附近的房间和建筑，破坏范围扩大。（3）减弱时期到达此阶段后，火势减小，火灾强度下降，室内火灾温度也逐渐下降。之后火灾进入减弱阶段。在火灾衰弱阶段，可燃物大多消耗殆尽，残余物以及可燃物形成的焦炭会继续燃烧，燃烧速率和强度会一直减小，持续时间较长，温度会继续降低直至火熄灭。在火灾减弱阶段，其强度以及环境温度在初期仍然很高，并且由于火灾时期建筑物
【参考文献】：
期刊论文
[1]BIM时代计算机信息技术在建筑工程中的应用[J]. 孙冬冬,李志强. 电子技术与软件工程. 2019(17)
[2]基于建筑信息模型与Pyrosim软件的地铁车站火灾模拟仿真方法[J]. 吕希奎,白娇娇,陈瑶. 城市轨道交通研究. 2019(06)
[3]地铁隧道火灾模拟及人员疏散研究[J]. 罗振敏,郝强强,程方明,王涛. 消防科学与技术. 2019(03)
[4]地铁站台火灾烟气扩散模拟与分析[J]. 陈柯成,谢嘉斌,姚清河. 中山大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]地铁车站列车火灾烟气蔓延规律模拟分析[J]. 赵兰英,曹鸽. 城市轨道交通研究. 2019(01)
[6]基于BIM的地铁站台火灾防排烟模式研究[J]. 徐伟,赵喜祥. 消防科学与技术. 2018(08)
[7]建筑的自动消防系统设计与优化研究[J]. 姚远. 决策探索(中). 2018(07)
[8]火源位置对城市地下综合管廊电力舱火灾蔓延的影响研究[J]. 杨永斌. 武警学院学报. 2018(02)
[9]基于BIM技术的建筑消防应用模型及某建筑火灾模拟探讨[J]. 张勇. 消防技术与产品信息. 2016(12)
[10]电动汽车充换电站火灾燃烧模拟试验研究[J]. 汪书苹,高飞,武海澄,范明豪. 中国安全科学学报. 2015(06)
博士论文
[1]地铁站火灾烟气流动及通风控制模式研究[D]. 纪杰.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]大型地铁车站火灾烟气流动规律与安全疏散研究[D]. 雒智铭.首都经济贸易大学 2018
[2]某综合管廊电缆舱火灾安全性研究[D]. 高明旭.北方工业大学 2018
[3]地铁隧道火灾烟气特性与人员疏散策略研究[D]. 李静婧.北京交通大学 2018
[4]关于某地铁站火灾模拟及人员疏散研究[D]. 李昇阳.安徽理工大学 2018
[5]地铁站台火灾烟气流动模拟与控制研究[D]. 师长更.西安科技大学 2018
[6]综合管廊燃气舱事故通风方案优化及爆炸危害性研究[D]. 吴欢.西安建筑科技大学 2018
[7]城市地下综合管廊灭火系统的实验与数值模拟研究[D]. 孙瑞雪.中国科学技术大学 2018
[8]地下车库火灾蔓延规律及烟气发展过程研究[D]. 李大燕.中国矿业大学 2018
[9]地铁站火灾烟气扩散及控制研究[D]. 史玉晓.西安建筑科技大学 2017
[10]城市地下综合管廊火灾危险控制技术研究[D]. 孙伟俊.西安建筑科技大学 2017
本文编号：3256841
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2018十年间我国火灾伤亡人员情况统计柱状图
上海应用技术大学硕士学位论文第2页图1.22009-2018十年间我国火灾造成的直接经济损失Fig.1.2directeconomiclosscausedbyfireinChinainthedecadeof2009-20181.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状近年来，国外许多国家在火灾烟气的研究方面做了大量工作，取得了一些成果。现阶段研究者对地下建筑的研究主要在三个方面：实体实验、计算机模拟、模型试验。瑞典的研究学者IngsonHaukur主要对废弃地下建筑火灾进行了大量的实体研究，得到了地下建筑顶棚烟气的温度、烟气释放速率等参数［3］。日本东京交通局主要对都营地铁的通风状况和排烟状况进行了详细的研究［4］。美国的研究员Matsushita在地下空间里面建立了一个烟气运动模型，通过该模型获得了烟气模型数据，然后一句地下空间模型搭建了一个1:20的试验台对烟气做实验模拟，得到了实验数据和烟气模型数据进行对比分析地下空间烟气状况［5］。Cox和Kumar在机械通风环境中对火灾进行了场模拟的研究［6］。Cooper及Forney开展了房间火灾区域模拟的研究［7］，Hinkley分析了热烟气在屋顶有通风口的情况下的产生率［8］，Morgan研究了烟气在大空间的水平流动，而且得出了封闭商场中烟气控制的设计方法［9，10］。美国Meacham指出:“成功应用性能化防火设计规范需要掌握火灾中的人员反应”［11］。在地下建筑模型实验研究方面，美国的研究学者IdaLarsson主要是将实体模型按照一定的比例缩小，对水喷淋、强制通风、自然通风对火灾的影响状况进行了详细的研究［12］；Drysdale等搭建了一个1:15小型试验台，通过对试验台的火灾进行研究，得到了狭长通道可以加速火灾蔓延，并且可以出现轰燃现象［13］；研究学者KangKai主要是把烟气模型应用于地铁车站的烟气控制
上海应用技术大学硕士学位论文第8页第2章地下建筑火灾烟气理论研究2.1火灾燃烧基础理论分析地下建筑火灾属于室内火灾范畴，因此分析室内火灾的发展过程是十分有必要的，为之后研究地下建筑火灾奠定理论基矗2.1.1火灾发展的基本过程室内火灾的发展一般经历三个阶段：初期增长阶段、充分发展阶段和减弱阶段，如图2.1所示[79]。图2.1火灾发展历程Fig.2.1firedevelopmenthistory（1）初期增长时期当温度到达材料的燃点时，材料开始燃烧。此时期仍在火灾发展的早期阶段。在此期间，火的状态小，燃烧范围不大，火场温度仍在正常范围内，火势小，蔓延发展慢。这时，火灾的进一步发展主要取决于两方面的因素:燃料分配和通风情况。如果两个条件同时满足，材料将迅速燃烧，火灾会迅速增长，引起轰燃，此时期，此阶段火灾的增长速度达到最大，灭火难度大大增加。（2）充分发展时期轰燃出现后，火灾进入充分发展阶段，这时室内火势加大，室内温度急剧上升，温度很快会升高到800摄氏度以上，此时大量的高温火焰和烟气从室内开口处大量喷出，向外扩散，火灾的规模进一步加大，并且火灾将会扩大蔓延到附近的房间和建筑，破坏范围扩大。（3）减弱时期到达此阶段后，火势减小，火灾强度下降，室内火灾温度也逐渐下降。之后火灾进入减弱阶段。在火灾衰弱阶段，可燃物大多消耗殆尽，残余物以及可燃物形成的焦炭会继续燃烧，燃烧速率和强度会一直减小，持续时间较长，温度会继续降低直至火熄灭。在火灾减弱阶段，其强度以及环境温度在初期仍然很高，并且由于火灾时期建筑物
【参考文献】：
期刊论文
[1]BIM时代计算机信息技术在建筑工程中的应用[J]. 孙冬冬,李志强. 电子技术与软件工程. 2019(17)
[2]基于建筑信息模型与Pyrosim软件的地铁车站火灾模拟仿真方法[J]. 吕希奎,白娇娇,陈瑶. 城市轨道交通研究. 2019(06)
[3]地铁隧道火灾模拟及人员疏散研究[J]. 罗振敏,郝强强,程方明,王涛. 消防科学与技术. 2019(03)
[4]地铁站台火灾烟气扩散模拟与分析[J]. 陈柯成,谢嘉斌,姚清河. 中山大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]地铁车站列车火灾烟气蔓延规律模拟分析[J]. 赵兰英,曹鸽. 城市轨道交通研究. 2019(01)
[6]基于BIM的地铁站台火灾防排烟模式研究[J]. 徐伟,赵喜祥. 消防科学与技术. 2018(08)
[7]建筑的自动消防系统设计与优化研究[J]. 姚远. 决策探索(中). 2018(07)
[8]火源位置对城市地下综合管廊电力舱火灾蔓延的影响研究[J]. 杨永斌. 武警学院学报. 2018(02)
[9]基于BIM技术的建筑消防应用模型及某建筑火灾模拟探讨[J]. 张勇. 消防技术与产品信息. 2016(12)
[10]电动汽车充换电站火灾燃烧模拟试验研究[J]. 汪书苹,高飞,武海澄,范明豪. 中国安全科学学报. 2015(06)
博士论文
[1]地铁站火灾烟气流动及通风控制模式研究[D]. 纪杰.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]大型地铁车站火灾烟气流动规律与安全疏散研究[D]. 雒智铭.首都经济贸易大学 2018
[2]某综合管廊电缆舱火灾安全性研究[D]. 高明旭.北方工业大学 2018
[3]地铁隧道火灾烟气特性与人员疏散策略研究[D]. 李静婧.北京交通大学 2018
[4]关于某地铁站火灾模拟及人员疏散研究[D]. 李昇阳.安徽理工大学 2018
[5]地铁站台火灾烟气流动模拟与控制研究[D]. 师长更.西安科技大学 2018
[6]综合管廊燃气舱事故通风方案优化及爆炸危害性研究[D]. 吴欢.西安建筑科技大学 2018
[7]城市地下综合管廊灭火系统的实验与数值模拟研究[D]. 孙瑞雪.中国科学技术大学 2018
[8]地下车库火灾蔓延规律及烟气发展过程研究[D]. 李大燕.中国矿业大学 2018
[9]地铁站火灾烟气扩散及控制研究[D]. 史玉晓.西安建筑科技大学 2017
[10]城市地下综合管廊火灾危险控制技术研究[D]. 孙伟俊.西安建筑科技大学 2017
本文编号：3256841
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