基于计算机模拟的建筑物室内火灾风险评估研究

论文摘要

火灾是仅次于地震的灾害,“安全第一,预防为主”是我国安全工作的指导方针。科学有效的火灾风险评估对防范火灾风险,减少火灾事故有重要意义。通过对火灾风险评估研究现状和工程实践进行统计分析发现,我国的火灾风险评估大多立足于单一方法如:模糊综合评价法、疏散经验公式评估法、热烟气数值模拟法、危险源辨识技术等方法。本研究立足于现有的较成熟三种技术手段—三类危险源理论及危险源辨识技术、人员疏散计算机模拟、热烟气数值模拟,通过对三种技术的有机整合,提出了一种较新的火灾风险评估方法—基于计算机模拟的火灾风险评估。为识别建筑物中存在的火灾三类危险源,本研究对建筑物火灾的致灾原因、致害因素、火灾的两个“双重性”本质及建筑物火灾的一般规律进行里详尽的阐述。研究发现,火灾疏散中可能存在着羊群行为,而非理性的羊群行为也被本论文列为第三类危险源,这是本研究的创新点之一。以面积达千平方米的某大型图书馆阅览室为例,阐明基于计算机模拟的火灾风险评估方法。采用新版的人员疏散模拟软件FDS+EVAC5.0对人员疏散进行了模拟研究得出如下结论:必须疏散时间是出口宽度的减函数,并且出口宽度有一个临界值;室内主通道也存在一个临界值;增加出口个数能明显降低必须疏散时间;人员性别比例对必须疏散时间有一定的影响;人员密度与必须疏散时间有一定的函数关系;必须疏散时间是人员期望步行速度的减函数并且也有一个临界值;人员疏散模拟结果对网格密度不敏感;对羊群行为的测试表明非理性羊群行为会增加必须疏散时间。采用了火灾动力学模拟软件FDS5.0对热烟气进行了数值模拟研究得出如下结论:火灾功率的大小和火源位置对人员疏散安全影响较大;门窗全开对早期疏散有利;正确安装火灾探测器有利发现火灾;自动喷淋系统是抑制火灾发展的“保护神”;排烟机能降低烟气温度和浓度;夏季火灾对人员疏散的危害性比冬季火灾大。火灾蔓延分析、玻璃破裂行为预测及建筑结构安全评估是本研究中最有特色的部分。采用同时耦合运行疏散模拟和烟气模拟的方法,得出该阅览室能确保疏散安全的结论,并提出消防改进对策。论文对火灾风险评估做了初步研究,对研究中取得的进步和存在的问题进行了总结,并指明了今后发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 火灾危害性及风险评估的意义
• 1.2 通用火灾风险评估方法比较分析
• 1.3 专用火灾风险评估方法比较分析
• 1.4 我国的火灾风险评估研究现状与评述
• 1.5 我国火灾风险评估工程实践分析
• 1.6 本论文的研究内容与意义
• 1.7 本研究的技术路线图
• 第二章 建筑物火灾起因、伤害因素分析与危险源辨识
• 2.1 建筑物火灾致灾原因分析
• 2.1.1 电火灾
• 2.1.2 过失火灾
• 2.1.3 雷击、静电、自燃、地震等自然火灾
• 2.1.4 人为纵火
• 2.2 建筑物火灾致害因素分析
• 2.2.1 热伤害
• 2.2.2 中毒
• 2.2.3 缺氧与窒息
• 2.2.4 非理性行为
• 2.2.5 建筑结构坍塌
• 2.3 建筑物火灾的本质分析
• 2.3.1 建筑物火灾过程的双重性本质
• 2.3.2 建筑物火灾事故的双重性本质
• 2.4 建筑物火灾三类危险源特性和火灾事故致因机理分析
• 2.4.1 建筑物火灾中的危险源分类
• 2.4.2 建筑物火灾中的三类危险源的事故致因机理分析
• 2.5 建筑物火灾中三类危险源分析
• 2.5.1 第一类危险源特性分析
• 2.5.2 第二类危险源特性分析
• 2.5.3 第三类危险源特性分析
• 2.5.4 案例分析:湘潭金泉大酒店火灾
• 第三章 建筑物火灾热烟气的数值模拟
• 3.1 火灾物理过程的研究方法
• 3.1.1 实验方法
• 3.1.2 数值模拟方法
• 3.2 火灾动力学模拟软件FDS
• 3.3 建筑物火灾场景设定
• 3.3.1 火灾荷载密度估算
• 3.3.2 火源和热释放速率设定
• 3.3.3 边界条件设定
• 3.4 建模、网格划分、输出参数设定
• 3.4.1 物理模型建立
• 3.4.2 网格划分与局部加密
• 3.4.3 输出参数设定
• 第四章 建筑物火灾人员疏散安全评估
• 4.1 人员疏散理论
• 4.1.1 必须安全疏散时间RSET
• 4.1.2 可用安全疏散时间ASET
• 4.1.3 安全疏散判别标准
• 4.2 火灾疏散中人员行为特征
• 4.3 人员疏散模拟的计算机模型
• 4.4 人员必须疏散时间计算
• 4.4.1 用经验公式计算RSET
• 4.4.2 人员疏散模拟软件FDS+EVAC
• 4.4.3 FDS+EVAC使用技巧与应用限制
• 第五章 应用实例:阅览室火灾风险评估
• 5.1 引言
• 5.2 阅览室建筑环境描叙与物理建模
• 5.2.1 阅览室平面布置
• 5.2.2 物理建模、简化与假设
• 5.2.3 消防系统布置与重要监测点设置
• 5.3 不考虑火灾热烟气危害影响下的人员疏散特性分析
• 5.3.1 阅览室疏散特性描叙与工程假设
• 5.3.2 人员荷载密度计算与拟模拟的场景
• 5.3.3 出口宽度影响分析
• 5.3.4 出口个数影响分析
• 5.3.5 室内主通道宽度影响分析
• 5.3.6 前室通道宽度影响分析
• 5.3.7 性别影响因素分析
• 5.3.8 不同人员反应时间概率分布影响分析
• 5.3.9 人员密度分布影响分析
• 5.3.10 期望人员速度影响分析
• 5.3.11 羊群行为测试
• 5.3.12 网格敏感性分析
• 5.4 阅览室火灾热烟气的数值分析
• 5.4.1 火灾场景设定与工程假设
• 5.4.2 典型火灾演化过程分析
• 5.4.3 火源功率的影响分析
• 5.4.4 火源位置影响分析
• 5.4.5 门窗开口影响分析
• 5.4.6 喷淋灭火影响分析
• 5.4.7 排烟机影响分析
• 5.4.8 冬夏季火灾危害性对比分析
• 5.4.9 网格敏感性分析
• 5.4.10 火灾蔓延影响分析
• 5.4.11 玻璃窗破裂行为的影响分析
• 5.4.12 建筑结构安全评估
• 5.5 火灾热烟气危害作用影响下的人员疏散特性分析
• 5.6 消防对策与建议
• 5.7 本章小结
• 5.7.1 人员疏散模拟小结
• 5.7.2 热烟气模拟小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足之处
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢