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本文作者：智會強 牛坤 單位：公安部天津消防研究所

計算機模擬技術為消防科學的研究提供了有利手段。在科學研究方面，數(shù)值模擬的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：研究火災機理：如可以用數(shù)值模擬研究火災的發(fā)生、發(fā)展和煙氣蔓延機理，研究轟燃、回燃等現(xiàn)象[2-3]。可以研究各類火災的特點，如建筑火災、工業(yè)火災、森林火災、船舶火災等。研究滅火系統(tǒng)的性能：如研究自動噴水系統(tǒng)、細水霧系統(tǒng)的滅火性能[4]，研究不同熱敏性能的噴頭的啟動特性，噴頭布置對滅火性能的影響等。目前，可用于這方面研究的軟件主要有FDS、FLUENT、PHOENICS等，其中FDS和PHOENICS都有專門的噴淋模型。研究火災探測系統(tǒng)的性能：研究火災探測系統(tǒng)對火災的響應、火災探測器的布置方法[5]等。目前，火災模擬軟件FDS在這方面應用較多，該軟件目前可以模擬感溫探測器、感煙探測器的啟動及探測性能。研究防排煙系統(tǒng)的性能：如研究防排煙系統(tǒng)的排煙量、排煙口布置方法、排煙系統(tǒng)的最佳啟動時間[6]等。煙氣流動是典型的湍流流動，因此，一般的CFD軟件均可用于模擬煙氣的流動。

研究消防產(chǎn)品的性能：如，分析消防水槍、水泡的流場特性，模擬消防泵的工作性能，分析消防防護服的隔熱性能等[7-8]。通過數(shù)值模擬，可以對產(chǎn)品的性能進行優(yōu)化。研究結構對火的反應：主要用來分析鋼結構、混凝土結構等在火災作用下的應力和應變等[9-10]。利用結構分析軟件和CFD軟件相結合，首先用CFD軟件計算出火場的溫度等參數(shù)，然后再將其導入結構分析軟件中作為已知邊界條件，對結構進行熱響應計算。目前，已有學者將火災模擬軟件FDS和結構分析軟件ANSYS集成在了一起，方便了使用[11]。指導和輔助試驗研究：試驗之前對火災進行模擬，可以預測試驗可能出現(xiàn)的現(xiàn)象、試驗參數(shù)的大致范圍等，對改進實驗方案，提高試驗成功率有較大意義。同時，對于投資較大或進行試驗比較困難的情況，可利用火災模擬來代替部分試驗，以節(jié)省投資。

隨著各種設計新穎、造型獨特的新型、大型建筑出現(xiàn),單純的“規(guī)格式”防火設計規(guī)范已經(jīng)不能滿足消防要求。因而，針對結構和功能較為復雜的新型、大型建筑使用性能化防火設計方法已成為一種發(fā)展趨勢。性能化防火設計方法運用消防安全工程學的原理，采用計算機模擬手段，根據(jù)具體建筑的布局、火災荷載的分布以及人在火場中的行為特征等，模擬火災的發(fā)生和發(fā)展過程、煙氣在建筑內的流動、人員疏散以及消防系統(tǒng)對火災發(fā)展的影響，通過對計算結果的分析，判斷消防設計是否滿足消防安全的要求。實現(xiàn)性能化設計最重要的基礎就是火災過程的計數(shù)值模擬。性能化設計中需要根據(jù)火災模擬的結果來評估消防設計方案是否滿足要求。因此，火災模擬結果的準確性直接關系著建筑的消防設計是否安全。性能化設計方法已在世界范圍內得到了廣泛關注和應用，在我國一些重大工程項目中已得到成功應用，如：2008年奧運會70%的場館與配套設施采用了性能化防火設計，也就是說這些場館在消防設計中都直接采用了數(shù)值模擬技術[12]。

目前，火災調查工作的地位日益突出，數(shù)值模擬作為火災調查的一個平臺也已被提出并正在發(fā)展。當前火災事故調查還處在經(jīng)驗或半經(jīng)驗水平上，火災調查的一些方法尚缺乏基礎理論的支持，還沒有達到用數(shù)學方法對火災調查進行直觀實際指導的研究水平。雖然獲得火災過程參數(shù)的最有效方法是進行實體試驗，但進行試驗花費大，周期長，難以滿足實際需要。與實驗相比，數(shù)值模擬具有成本低、靈活性高等特點,如：利用數(shù)值模擬可以方便的模擬不同工況下，各種因素對火災的影響及火場各參數(shù)的變化，通過模擬結果和火災實際結果進行對比分析，可以確定或排除某些火災原因。因此，火災的數(shù)值模擬作為火災調查的方法之一對于提高火災調查的研究發(fā)展效率以及提供科學依據(jù)具有重要的意義。

目前，中國科技大學在這方面研究較多，如李一涵,邱榕[13]等人，利用火災現(xiàn)場遺留痕跡與火災溫度、燃燒持續(xù)時間、起火部位位置存在著對應變化的規(guī)律，應用數(shù)值模擬，研究了這些圖痕的形成規(guī)律及其在確認火災原因中的應用。目前，數(shù)值模擬技術已在國內化工廠、歌舞廳、居民樓等火災原因調查中獲得了初步應用[14-16]。值得一提的是美國NIST曾使用他們開發(fā)的火災動力學演化程序FDS，對多起大火（其中包括美國世界貿(mào)易中心雙塔樓）進行事后計算，通過模擬，獲得了火源位置、轟然時刻以及煙氣蔓延歷程等一些重要信息，對火災原因鑒定起到了重要作用。

在信息數(shù)字化和可視化的基礎上，將火災模擬分析與消防應急指揮有機結合起來，運用GIS技術建立火災模擬分析與消防應急指揮系統(tǒng)，可以實現(xiàn)復雜條件下大區(qū)域火災蔓延動態(tài)模擬，進而提供火災數(shù)據(jù)處理、數(shù)值模擬分析、消防指揮調度及控制顯示等功能[17]。通過兩者結合，可提高從接警到滅火、撲救過程的效率，快速確定滅火、援救、疏散方案以及火災蔓延范圍，從而提高消防指揮決策的現(xiàn)代化水平和整體作戰(zhàn)能力。

目前，對于該領域的研究尚不深入，無論在理論研究方面還是消防管理模式方面都面臨著許多挑戰(zhàn)，其實際應用還處于探索階段。隨著研究的深入，系統(tǒng)功能將會進一步得到完善，將來有望在消防部門推廣應用。3結語現(xiàn)在，越來越多的安全工程師開始注重運用數(shù)值模擬技術來解決實際工程問題，而隨著人們對火災科學認識的不斷深化，數(shù)值模擬技術在消防工程領域內的研究和實踐亦日益得到重視，數(shù)值模擬對消防科技的發(fā)展和應用必將會起到更大的促進作用。