火災模擬軟件FDS在特殊消防設計安全評估中的應用實例

本項目利用火災模擬軟件（場模擬軟件 FDS）對某高鐵站出站層、地面層、高架進站層及高架夾層所設置的火災場景進行計算模擬，以研究其火災發展和煙氣運動的規律，分析消防設施的有效性。

場模擬是利用計算機求解火災過程中狀態參數的空間分布及其隨時間變化的模擬方式。場是指狀態參數如速度、溫度、各組分濃度等的空間分布。場模擬的理論依據是自然界普遍成立的質量守恒、動量守恒、能量守恒以及化學反應定律等。火災過程中狀態參數的變化也遵循這些規律。場模擬可以給出火災過程的細節，但它對計算機的能力以及火災分過程理論模型的要求限制了其使用范圍。

FDS 模擬基本參數及假設

（1）建筑尺寸：實際建筑尺寸

（2）假設火源：采用t2——穩定火源

（3）初始條件：假設流場的初始狀態為靜止，模擬區域內溫度與室外環境溫度均為20℃，壓力為1個標準大氣壓。在火災模擬過程中，除防火門關閉外，站房內的所有疏散出口均處于開啟狀態。

（4）邊界條件：為熱厚（thermally-thick）邊界條件，即圍護結構傳熱按一維傳熱處理，并且假定外壁面溫度與環境溫度相同并保持不變。在大渦模擬中壁面速度采用滑移模型，通常壁面速度取作臨近網格節點速度的3/4。

設計火災場景—— 高架夾層餐飲火災

根據“可信且最不利”原則設定高架夾層餐飲火災場景，火災時自動滅火系統失效，利用站房高側窗進行自然排煙，具體火源位置如圖1，火災規模為 8.0MW，模擬時間為 1200s。

圖1

火災場景：本場景設定為高架夾層餐飲火災。考慮自動滅火系統失效，采用自然排煙，火災規模為8.0MW，將設定條件輸入火災模擬軟件FDS中進行模擬計算，結果如圖2至11所示。

結果分析：

（1）由圖2可以看出，當火災發生后，煙氣沿熱煙羽流上升至高架進站層頂棚后向四周蔓延。由于高架進站層頂棚空間高大，具有良好的蓄煙功能，再加上自然排煙作用，在模擬時間 1200s 內，煙氣未沉降至距高架夾層、高架進站層地面 2.0m 處；

圖2煙氣分布三維視圖

（2）由圖3圖4可以看出，1200s 內，除火源上方的熱煙羽流區域外煙氣層溫度未達到 180℃；

圖3火源處橫剖面溫度分布圖

圖4火源處縱剖面溫度分布圖

（3）由圖5可以看出，1200s 內，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）能見度大于 10m；

圖5距高架夾層地面 2.0m 高度處能見度分布圖

（4）由圖6可以看出，1200s 內，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）溫度未達到 60℃；

圖6距高架夾層地面 2.0m 高度處溫度分布圖

（5）由圖7可以看出，1200s 內，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）CO 濃度小于 450ppm；

圖7距高架夾層地面 2.0m 高度處 CO 濃度分布圖

（6）由圖7可以看出，1200s 內，距高架夾層地面 2.0m 高度處（除火源上空外）CO2 濃度小于 1%。

圖7距高架夾層地面 2.0m 高度處 CO2濃度分布圖

（7）由圖8可以看出，1200s 內，距高架進站層地面 2.0m 高度處能見度大于 10m；

圖8距高架進站層地面 2.0m 高度處能見度分布圖

（8）由圖9可以看出，1200s 內，距高架進站層地面 2.0m 高度處溫度未達到 60℃；

圖9距高架進站層地面 2.0m 高度處溫度分布圖

（9）由圖10可以看出，1200s 內，距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO 濃度小于 450ppm；

圖10距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO 濃度分布圖

（10）由圖11可以看出，1200s 內，距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO2濃度小于 1%。

圖11距高架進站層地面 2.0m 高度處 CO2濃度分布圖

根據對上述設定火災場景的火災煙氣運動模擬計算分析，得出火災場景中，火災產生的煙氣溫度、環境能見度及有害氣體是否到達影響人員安全疏散的極限狀態，模擬結果見表1。