基于熱煙流模擬的地下車庫滅火戰術探析

摘要：基于地下車庫火災具有空間封閉、煙氣聚集迅速等特點，構建了以熱煙流模擬為核心的滅火戰術響應優化模型，對戰術部署節點判定、路徑規劃機制及分階段響應體系進行了系統研究。結合典型工程案例，進行了火災模擬與戰術干預對比分析，闡述了戰術措施對溫度、毒性氣體與可視條件控制的協同影響。研究結果表明，所建模型在熱害控制、疏散窗口延伸與作戰安全性提升方面具有較高適應性與實證可靠性。

關鍵詞：地下車庫火災；熱煙流模擬；滅火戰術優化；路徑規劃

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）08-0025-03

0 引言

目前，停車難問題已成為社會廣泛關注的焦點，為緩解該問題，各城市紛紛將地下車庫建設納入發展規劃。然而，地下車庫存在通道狹窄、結構復雜、出入口少、通風較差等問題，一旦發生火災，將大幅度增加滅火與疏散難度。構建基于熱煙流模擬的動態戰術體系，可為火場參數判識、路徑規劃與響應機制提供量化支持，進而提升地下火災應急處置的科學性。

1 熱煙流模擬技術原理與方法

熱煙流模擬技術以計算流體力學為核心，綜合應用質量守恒、動量守恒、能量守恒及湍流輸運等物理控制方程，對火災過程中煙氣流動、溫升擴散與有害氣體輸運過程進行數值建模。該技術廣泛采用有限體積法進行離散求解，以獲取地下封閉空間中熱煙流的動態演化特征。

為了準確模擬火災引發的高速熱煙羽流、上升渦流、回流區域與熱壓驅動等復雜現象，研究人員通常選用RNG湍流模型或大渦模擬方法，以增強數值計算的物理一致性。此外，考慮到火災場景中的輻射傳熱作用，常引入P-1近似模型或DOM以求解輻射通量。

2 基于熱煙流模擬的滅火戰術

2.1" 戰術部署前置條件判定機制

在實際滅火任務中，高熱負荷與煙氣快速積聚常迅速突破戰術響應門檻，尤其在高層建筑與地下車庫空間中較為突出[1]。戰術部署前置條件判定機制，在參數設定上需綜合考慮火源發展階段與人員疏散窗口之間的動態關系，主要判斷參數包括熱煙層厚度Hs（m）、煙氣溫度Tg（K）、煙氣垂直速度Vs（m/s）、一氧化碳濃度Cco（mg/m3）以及能見度Vd（m）等。為了實現多因子協同判斷，判定機制定義了火場臨界指數函數Φ，其表達式如下。

當Φ≥1時，系統判定火場環境已達到或超過戰術干預閾值，需立即啟動第一階段滅火響應程序；若0.7≤Φ＜1表示進入預警緩沖區，建議加強監測并做好部署準備；當Φ＜0.7，說明火場仍在可控范圍，可維持觀測態勢，暫緩介入。

2.2" 戰術路徑設計與人員部署建議

戰術路徑設計與人員部署建議依據熱煙流模擬所提供的空間溫度場、有害氣體濃度場及能見度分布結果，通過構建多約束路徑優化模型對戰術推進路徑進行動態規劃，并結合部署人員的響應速度、遮擋影響與通風特性確定人員布控點位。在路徑設計中，需充分考慮噴水滅火系統水量配置對可燃物熱釋放速率的抑制作用及人員通行干擾問題[2]。為此，定義如下路徑總代價函數。

該優化模型在熱煙流模擬數據場中構建動態代價圖，采用A*算法或Dijkstra算法進行最優路徑搜索，同時滿足火場避障約束與可達性條件。

2.3" 戰術分階段響應機制

戰術分階段響應機制主要將響應過程劃分為預警、初期控制、主控壓制和殘火處理4個階段，分別對應火場在不同熱煙流特征演變階段中的風險級別與處置方式[2]。為實現響應階段的動態判別，研究構建了如下狀態識別函數。

當S（t）＜0.5時，系統處于預警階段，僅需監測；當0.5≤S（t）＜1.5時，進入初期控制階段，部署邊界控制與人員疏散；若1.5≤S（t）＜3，應啟動主控壓制階段；當S（t）≥3時，視為高強度災變，需進行殘火處理與結構隔離干預。

2.4" 火場監控與動態決策支持模型

火場監控與動態決策支持模型融合熱煙流模擬、實時傳感器反饋和戰術參數，實現火場信息感知、趨勢預測與輔助戰術推演，尤其在排煙策略失效導致熱煙滯留時，傳感器與模擬數據的耦合評估對視障風險判斷尤為關鍵[3]。模型基于多源異構數據融合，構建狀態估計模塊、戰術規則引擎和決策優化三級聯動體系。核心計算模塊基于貝葉斯狀態估計與加權風險函數，形成如下決策目標函數：

系統以R（t）為驅動指標，通過動態規則匹配與約束條件檢索，在預設戰術路徑集與人員部署方案中快速篩選最優響應策略。

3 案例分析與驗證

3.1" 某地下車庫火災模擬背景

本次熱煙流模擬以某城市地下商業綜合體的地下二層車庫為對象，車庫為矩形封閉結構，尺寸72m×45m，凈高3.6m，總面積約3240m2，設有兩條主通道和18列平行車位，可容納128輛車。車庫設2個排煙口（單口7500m3/h）和2個補風口（單口6000m3/h），布置于空間對角[4]。火源設于遠離出入口處，模擬一輛小型轎車起火，熱釋放速率4200kW，火源面積1.8m2。火災時間設定為夜間無人值守，系統延遲20s啟動預警。邊界采用混凝土墻體和地面，設定熱反射與導熱參數，火源上方無排煙口[5]。

3.2" 模擬與實際火災數據對比

為驗證熱煙流模擬結果的可信度與工程適用性，從溫度場分布、CO濃度變化、煙氣層高度與可視距離4個維度對比仿真輸出與真實火情演化趨勢。在模擬環境中，系統按照等效火源參數、結構邊界與通風配置輸入建模條件，并設置傳感器采集位置與實際測點一致，以保持數據空間參考一致性[6]。

表1的結果顯示，溫度峰值誤差為2.1%，說明模型在火源熱釋放與輻射換熱計算中精度較高，未出現顯著偏差。CO濃度偏差為3.43%，體現對有害氣體擴散速率與分布特征的準確還原，即使在排煙布置不均條件下亦能保持穩定。煙氣層厚度誤差控制在5%以內，反映系統對熱浮力與分層界面變化的有效響應，有助于路徑高程判斷[7]。能見度偏差略大但小于6%，說明模型在光學密度與顆粒物濃度轉換中具備可用性，適用于疏散窗口評估與推進路徑分析。

3.3" 優化戰術干預前后模擬對比

為驗證所構建戰術部署優化策略在火場演化控制中的實用性，對比分析了戰術干預介入前與干預后同一火災工況下的熱煙流模擬結果，主要考察溫度控制、一氧化碳濃度擴散、能見度維持時間及煙氣層厚度變化等關鍵指標的響應差異。

如表2所示，溫度峰值下降近10%，說明分階段響應機制能有效縮短熱積聚時間，借助排煙與冷卻措施降低高溫對結構與人員的影響。CO濃度峰值降低反映出毒氣擴散被成功抑制，系統具備較強的空間輸運調控能力[8]。能見度提升時間延長30%以上，表明優化路徑和提前響應機制為疏散行動提供了更穩定的可視環境。煙氣層厚度增大說明熱煙分層被抬升，有利于滅火作業區與熱壓區的空間分隔。

4 結束語

基于熱煙流模擬構建的滅火戰術響應體系在多維參數量化、動態路徑規劃與階段決策建模中展現出良好的協同一致性與可驗證性，實證分析結果表明，其對火場熱害、毒害與作業可視環境具有控制能力。模型框架具備高度可擴展性，未來研究可融合多源實時監測數據與智能算法，實現火災條件下更高精度、低延遲的應急戰術決策聯動機制。

參考文獻

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[3]姜學鵬，姜金妍，劉嬋.側部雙點排煙模式排熱效率研究[J].安全與環境學報，2024，24（5）：1855-1863.

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