計算機技術在建筑火災安全上的綜合應用

張晶

摘 要：相關人員為了進一步利用計算機高效的特點來處理火災安全問題，并對計算機技術使用到建筑結構中的具體使用情況進行了深入分析，以某教學樓作為論述對象進行分析。第一，利用FDS軟件來某地區火災情況進行了相應的模擬。在建立FDS數據的基礎上，相關人員通過RCFire程序對相關內部溫度計算及其相關火災反應做出了詳細的計算。第二，在基于Vega的虛擬現實平臺的基礎上能夠把構件內部溫度及其相關反應得到的結果做出了相應的展示，從而促使結構火災反應實現了漫游的目的。基于此，本文主要從以下幾個方面進行分析，提出自己的一些看法，供以借鑒。

關鍵詞：結構；火場；火災反應；場景模擬；綜合應用

1 整體思路

1.1 基于FDS的火場模擬

FDS是國外某國家技術標準研究所（NIST）開發的模擬火災中流體運動的計算流體動力學軟件。基于FDS火場模擬的應用相當廣泛，本文采用FDS的溫度數據用于結構構件熱傳導計算和結構火災反應計算。此外，FDS還可以輸入煙氣組分、熱輻射等多種火場相關量，也可用于實現火災煙氣毒性及綜合危害評價、人員疏散模擬等。

1.2 綜合應用思路

本文通過火場模擬獲得建筑室內火災溫度數據，然后利用溫度數據進行結構火災反應計算，最后將結構反應結果在虛擬現實平臺上實現動態場景模擬。實現了具有精確溫度數據支撐、精確的結構計算和良好圖形展示功能的結構火災反應模擬。

首先在AutoCAD中建立建筑幾何模型，通過基于ARX的二次開發程序轉化為FDS接受的輸入文件，然后在FDS中進行火場模擬，得到的溫度數據將用于RCFire的結構反應計算。在MSC.Patran中建立鋼筋混凝土框架結構力學模型，利用基于Patran的二次開發程序將力學模型轉化為RCFire接受的輸入文件，然后在RCFire中進行包括構件內部溫度在內的結構火災反應的計算。結合RCFire的計算結果，利用基于Creator的二次開發程序建立結構火災反應的實體模型，最后在Vega中加載實體模型，實現結構火災反應的動態場景模擬。

2 算例介紹

本文主要以某地區的教學樓作為主要論述對象，主體結構大部分采取的是鋼筋混凝土框架結構，而且底部平臺超過了4層。每個樓層和樓層的高度一般控制在長60m、寬30m、高3.9m的范圍，并且實際占地面積大概在約1700m2，主要包含以下設施：第一是教室；第二是辦公室；第三是講演廳；第四是天井。

火源設定位于建筑第1層的電腦機房內。根據場景中設置的可燃物數量，參考國內外相似的特征火災荷載調查數據，確定此次模擬的火源單位面積的熱釋放速率為1000kW/m2。將火源等效于單點火源，火災荷載大小為1000kW，火源表面溫度為500℃，不考慮房間家具陳設等的延燒作用。模擬考慮窗戶、門洞等設施產生的通風作用。

3 綜合應用

3.1 火場模擬。相關人員將火源設置的基本情況進行計算，并且在FDS做好火災模擬實驗，模擬設定的時間大概在30min.經過模擬，對當前建筑室內溫度變化狀況如圖2所示。

依據圖2可以看出，當起火在大概30min的情況下，建筑室內的高溫地帶已經匯集到受火房間中，而且受火房間溫度在分布的時候處于均勻的狀態。所以，這個時候相關人員為了進一步簡化火災反應計算，需要對受火房間構件產生的溫度進行假設，并促使溫升曲線當作相應的構件表面曲線。緊接著相關人員需要在受火房間恰當設置好一定數量的監測點，并且把監測點獲得的溫度做好平均，這樣做的目的是能夠獲得相應的溫升曲線。由于該受火房間形成的溫升曲線快速的達到了最高溫度，也就是處于600℃的狀態，并且會一直持續著這個溫度到達約為30min的時間。

3.2 構件內部溫度。為了充分檢驗結構耐火性能，30min后室內升溫曲線取30min的溫度值進行延伸，同時，將溫度值乘以1.4的放大系數以突出溫度作用對結構的危害。由于構件在受火房間的位置不同，各個構件的受火方式也是不同的，如室內位于墻上方的梁，由于墻的隔離作用，該梁僅底面局部和靠受火房間一側受火，可認為是兩面受火，而室內中間的梁，除上表面外，三個面都受火。在構件熱傳導計算中，首先要設置好各個構件的受火方式，然后將溫升曲線作為輸入文件在RCFire中進行構件內部溫度的計算。將構件內部溫度的計算結果利用Creator二次開發程序，建立實體模型，然后可在Vega平臺上動態展示構件內部溫度變化情況，以兩面受火梁為例，受火150min的梁截面內部溫度變化情況見圖3。

3.3 結構火災反應。相關人員基于Vega虛擬現實平臺的狀況下，不但可以促使其達到呈現出有關功能的效果，把結構火災反應呈現出動態的狀態進行展示，而且還能夠促使其可以和結構火災反應實現三維漫游的目的，能夠促使用戶可以在結構火災反應的時候依據用戶的具體要求及其位置做好實時的觀察，這樣可以促使用戶有一種身臨其境的感受。因為相關人員使用了Vega虛擬現實平臺，通過對火災場景的模擬狀況，可以將較為逼真的煙氣、火焰等相關特效融入其中，從而推動結構反應能夠和具有真實感的火災場景實現同步模擬的目的，從而比較真實的呈現出火災現場，為教育、演示等工作的開展帶來益處。

結束語

總而言之，本文主要將以下內容結合在一起，從而促使其可以展現出較好的火災反應模擬狀態：第一是火場模擬；第二是結構反應計算；第三是場景模擬。該結構反應模擬主要在結構火災安全評估中較為適合，為進一步提升結構火災安全性創造有利條件，與此同時也能夠在火災安全教育等相關領域中適用，從而為建筑火災場景仿真工作的開展打下了扎實的基礎。本文筆者依據自身多年經驗，對計算機技術使用到建筑火災安全的具體使用進行了分析，并提出自己的一些看法，供以借鑒。

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