多功能高层建筑火灾安全评价系统研究

论文摘要

火灾安全的根本出发点就是尽量减少火灾中所造成的人员伤亡和财产损失。当一幢建筑发生火灾时,火灾产生的热烟气和热量便会在整个建筑物内迅速扩散,严重危及室内人员生命和财产的安全。因此,如何及时控制火灾,使人员能安全疏散,避免或减少建筑物内的生命和财产损失,便成为建筑物火灾安全研究的一个重要内容。而基于烟流理论的建筑火灾安全疏散动态模拟研究正是评价建筑物安全性能的一种方法,目的是判断火灾时室内人员是否能够安全疏散,如不满足,则应对建筑设计及其防火设计加以修改,从而达到对建筑物安全疏散的性能化设计。场模拟、区域模拟和网络模拟是建筑火灾烟流特性预测常用的模拟方法。对于需要了解整个燃烧细节及宏观过程的建筑火灾尤其是高层建筑火灾中的烟气运动,显然只利用上述三种模型的任何一种模型都无法完成,而必须构建复合模型。本文所提出的场-网复合模拟的思想是:先对整栋建筑进行网络模拟,求得各个开口的参数状态和流量作为对特定房间进行场模拟的边界条件,然后以场模拟所提供参数作为边界条件,对其它房间再进行网络模拟。由于场-网复合模拟是在网络模拟假设的前提下进行,因而其理论可行性尚需要进一步的分析论证。人员疏散模型的研究建立在人员正常情况和紧急情况下运动的量化研究的基础上,其理论模型包括三部分,即火灾探测系统的报警时间模型、人员疏散的预动作时间模型和人员疏散行动时间模型。借助基于场-网复合模型的多功能高层建筑火灾烟流运动特性预测软件,模拟出火灾烟流运动特性,在确定危险状态的标准后,既可据此计算得出可用安全疏散时间ASET,同时根据疏散模型运用软件计算得到所需安全疏散时间（Required Safety Egress Time,RSET）,对比这两个时间便可评价人员是否安全疏散。通过将多功能高层建筑火灾烟流运动特性预测软件与人员疏散行动时间预测软件的结合,在解决好两种软件的接口技术后,即可完成多功能高层建筑火灾安全性能评价系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 火灾烟流模型
• 1.2.2 人员疏散模型
• 1.3 本研究的工作基础
• 1.3.1 建筑火灾烟流运动特性预测系统
• 1.3.2 建筑火灾人员疏散预测模型
• 1.4 研究目的及内容
• 2 建筑火灾蔓延特性
• 2.1 火灾发展的基本过程
• 2.2 室内的受限燃烧
• 2.2.1 受限燃烧的基本特征
• 2.2.2 通风因子
• 2.2.3 燃烧的控制形式
• 2.3 建筑火灾的扩大与蔓延
• 2.3.1 引起火灾蔓延的因素
• 2.3.2 火灾蔓延途径
• 2.4 火灾过程中的特殊现象
• 2.4.1 火灾发展中的轰燃现象
• 2.4.2 火灾中的回燃现象
• 3 多功能建筑火灾温度场－网复合模拟
• 3.1 复合模型思想
• 3.2 场-网复合模型理论基础
• 3.3 计算软件FLUENT
• 3.4 建筑物火灾烟流运动特性预测软件
• 3.4.1 节点质量平衡方程式
• 3.4.2 环路压力平衡方程式
• 3.4.3 开口质量流量与开口压差关系式
• 3.4.4 房间热平衡方程式
• 3.4.5 有限厚墙体传热方程式
• 3.4.6 半无限大物体传热方程式
• 3.4.7 烟气浓度方程式
• 2 浓度方程式'>3.4.8 CO₂浓度方程式
• 3.4.9 CO 浓度方程式
• 3.5 场—网复合模拟
• 3.6 实验验证
• 3.6.1 实验工况及过程
• 3.6.2 实验数据与模拟结果对比
• 3.7 结论
• 4 人员疏散模型理论
• 4.1 火灾探测系统的报警时间
• 4.2 人员疏散的预动作时间
• 4.3 人员疏散行动时间
• 4.3.1 人员数量
• 4.3.2 人员行进速度
• 4.3.3 流动系数
• 4.4 疏散行动时间预测软件
• 4.4.1 疏散模型基本假定条件
• 4.4.2 疏散流动的模式化
• 4.4.3 疏散模型的计算原理
• 5 安全性能评价
• 5.1 人员安全疏散的基本条件
• 5.2 可用安全疏散时间计算
• 5.2.1 火灾场景设定
• 5.2.2 火灾危险状态临界值
• 5.3 所需安全疏散时间计算
• 5.4 安全裕量计算
• 5.5 基于疏散的火灾安全评价系统
• 6 算例
• 6.1 建筑概况
• 6.2 场-网复合模拟及结果分析
• 6.2.1 单一网络模拟
• 6.2.2 着火室场模拟
• 6.2.3 复合网络模拟
• 6.2.4 大空间节点场模拟
• 6.3 可用安全疏散时间计算
• 6.4 所需安全疏散时间计算
• 6.5 安全评价结果
• 6.6 本章小结
• 7 不确定性分析
• 7.1 建筑火灾模拟的不确定性
• 7.1.1 计算机模型
• 7.1.2 火源设定
• 7.2 人员疏散模拟的不确定性
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录