数值模拟技术在消防工程的应用

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随着计算机技术的发展和数值模拟技术的发展，数值模拟技术已广泛应用于消防工程的各种实践中，已经成为了现代消防工程研究的重要课题。通过数值模拟技术采集和建立火灾各种情况下的数学模型，通过数学模型分析火灾中的数值变化和有可能突发的情况，做到更好的现场预测和安全防护。通过数值模拟技术的建立，可大幅度减少对模拟火灾过程中各种人力、物力、财力的投入，只需要掌握数据模型就可以做到比实际模拟更高效和安全的采集。当前，数值模拟已经在消防指挥、防火调查和防火设计等过程中得到了广泛的应用。

1数值模拟技术在火灾模拟上的应用

首先是专家系统，是通过数值模拟建立分析模型和操作模型，通过对大数据采集和分析，使非专业人士通过专家系统来操作和使用。其次通过区域模拟在房间烟层和冷空气层建立的模拟数据来得出区域的实际处理结果。还可以通过网络模拟搭建网络模型，将系统中的任意特殊区域作为一个节点进行分析，在任意节点上，可以得到相同的特征参数值。该模型的最大特点是它可以同时运用到多个节点，但其缺点是模拟结果相对模糊。最后，场模拟是建立在CFD数值模拟基础之上的一种模型,可以得到比较详细的物理量的时空分布，能精细地体现火灾现象。随着模拟技术的快速发展，场模拟已成为火灾模拟的主要方法[1]。

2数值模拟在消防工程中的基础研究

模拟技术是消防工程研究中的重要手段，在消防工程的实践应运中，模拟技术可以研究火灾的机理，通过模拟技术模拟出火灾从产生到发展再到蔓延的过程，可以研究火灾出现的一些燃爆现象，也可以研究建筑火灾、森林火灾、工业火灾等火灾类型的特点，同时可以通过数值模拟技术，研究灭火系统的性能。通过对自动水雾系统的灭火性能研究，进一步加强对感应灭火器启动和灭火能力的调节，针对性的改进灭火系统。

通过数值模拟技术，可以研究防排烟系统的性能，也可以针对防排烟系统的布置和本身排烟量及启动系统等问题来进行改进，让该系统得到优化。此外，还能通过模拟技术对消防产品的性能进行研究，对消防栓的布置，防水枪及消防服的安全性进行改进，最大程度地保障消防员的生命安全。同时可以模拟火灾发生地不同材料对于火灾的反应和判断其蔓延速度和深度，通过应变量的计算得出合理的数据[2]。

3数值模拟在消防工程中的防火设计

由于现代建筑多样化的设计和变化，越来越多的新型和大型建筑出现在城市之中，这些设计已经超出了现有消防模式下的规范设计，对消防安全造成了隐患，如果发生火灾，对消防救援极为不利。因此，针对结构和功能比较复杂的新型和大型建筑，如何改变和设计新的消防安全防护和布局已经成为消防工程中必须要面对的重要问题。通过计算机模拟技术，运用系统的消防安全工程学原理，对建筑的整体结构及布局、火灾呈现的分布趋势、火灾的多发地点等一系列数据模型进行分析，模拟火灾发生时该建筑人员分布及逃生路线，救火过程中需要安装消防栓和预留应急通道等细节的模拟。

通过对计算结果的分析，针对建筑做出合理安全的消防安全防护设计。实现性能化设计最重要的基础就是火灾过程的计数值模拟。研究院可以根据火灾模拟的结果，对消防设计方案是否合理进行评估。对不合理的消防设计方案可以在数据化模型下提出改进方案。因此，火灾模拟结果的准确性直接关系着建筑的消防设计是否安全。性能化设计方法已在世界范围内得到了广泛关注和应用，在中国一些重大工程项目中已得到成功应用，如央视新闻大厦、奥运会场馆等防火设计中都大量运用了该技术。对于一些已经发生火灾的地方，目前进行的火灾调查尚未达到科学合理化的标准。

国内火灾调查研究还是一个不够完善的项目，一些调查依据没有科学的理论支持，并且实际操作水平低下。现阶段，研究人员正试图通过计算机模拟技术在各种火灾情况前后进行有效的数据采集，通过数值模拟完善和发展火灾调查的理论依据，从而提高研究水平。一般情况下，要获得火灾调查数据需要进行实际火灾试验，但是这样的做法投入很大，试验次数较多，试验周期长，花费的人力、物力、财力很高，难以在实践中进行。而数值模拟技术成本低，可操作性强，可以模拟各种不同的环境，更换参数就可以适应各种状态下的火灾试验[2]。

4数值模拟技术在消防指挥过程中的应用

通过数值模拟技术，结合优化的设备及可视化数字信息技术，在消防指挥中可以起关键性的作用。当火灾发生时，模拟技术可以通过事先和实时采集的现场数据，接入消防指挥车，对现场的火势情况、火势走向、烟量大小和分布以及人员分布，消防安全出口等一系列的数据模型，模拟出最佳灭火方案；还可以通过数据模型对现场可能的突发情况作出预判，在救火之前做到合理的处置。例如在预防爆炸事故发生的过程中，如果通过模拟技术提前评估危险化学品可能造成的伤害，就可以将事故伤害控制在最小的范围内，有效地做出消防安全判断。目前，国内数值模拟在消防指挥上的应用还不够成熟，研究不够成熟，现阶段的探索非常有限，模拟技术在消防指挥的应用上仍然任重而道远。

5结语

随着数值模拟技术的不断发展，在消防工程领域的实践应用也不断加强，越来越多的研究院开始关注数值模拟技术的发展和应用，在今后的消防工程应用中，数值模拟技术也将扮演越来越重要的角色，必将对消防安全起到至关重要的作用。

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