計算機技術(shù)在建筑火災(zāi)安全上的綜合應(yīng)用

張晶

摘 要：相關(guān)人員為了進一步利用計算機高效的特點來處理火災(zāi)安全問題，并對計算機技術(shù)使用到建筑結(jié)構(gòu)中的具體使用情況進行了深入分析，以某教學(xué)樓作為論述對象進行分析。第一，利用FDS軟件來某地區(qū)火災(zāi)情況進行了相應(yīng)的模擬。在建立FDS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員通過RCFire程序?qū)ο嚓P(guān)內(nèi)部溫度計算及其相關(guān)火災(zāi)反應(yīng)做出了詳細(xì)的計算。第二，在基于Vega的虛擬現(xiàn)實平臺的基礎(chǔ)上能夠把構(gòu)件內(nèi)部溫度及其相關(guān)反應(yīng)得到的結(jié)果做出了相應(yīng)的展示，從而促使結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)實現(xiàn)了漫游的目的?；诖?，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(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；火場；火災(zāi)反應(yīng)；場景模擬；綜合應(yīng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究所（NIST）開發(fā)的模擬火災(zāi)中流體運動的計算流體動力學(xué)軟件?；贔DS火場模擬的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，本文采用FDS的溫度數(shù)據(jù)用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件熱傳導(dǎo)計算和結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)計算。此外，F(xiàn)DS還可以輸入煙氣組分、熱輻射等多種火場相關(guān)量，也可用于實現(xiàn)火災(zāi)煙氣毒性及綜合危害評價、人員疏散模擬等。

1.2 綜合應(yīng)用思路

本文通過火場模擬獲得建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度數(shù)據(jù)，然后利用溫度數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)計算，最后將結(jié)構(gòu)反應(yīng)結(jié)果在虛擬現(xiàn)實平臺上實現(xiàn)動態(tài)場景模擬。實現(xiàn)了具有精確溫度數(shù)據(jù)支撐、精確的結(jié)構(gòu)計算和良好圖形展示功能的結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)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(fā)程序轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)將用于RCFire的結(jié)構(gòu)反應(yīng)計算。在MSC.Patran中建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，利用基于Patran的二次開發(fā)程序?qū)⒘W(xué)模型轉(zhuǎn)化為RCFire接受的輸入文件，然后在RCFire中進行包括構(gòu)件內(nèi)部溫度在內(nèi)的結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)的計算。結(jié)合RCFire的計算結(jié)果，利用基于Creator的二次開發(fā)程序建立結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)的實體模型，最后在Vega中加載實體模型，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)的動態(tài)場景模擬。

2 算例介紹

本文主要以某地區(qū)的教學(xué)樓作為主要論述對象，主體結(jié)構(gòu)大部分采取的是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，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(shè)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(shè)定位于建筑第1層的電腦機房內(nèi)。根據(jù)場景中設(shè)置的可燃物數(shù)量，參考國內(nèi)外相似的特征火災(zāi)荷載調(diào)查數(shù)據(jù)，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(zāi)荷載大小為1000kW，火源表面溫度為500℃，不考慮房間家具陳設(shè)等的延燒作用。模擬考慮窗戶、門洞等設(shè)施產(chǎn)生的通風(fēng)作用。

3 綜合應(yīng)用

3.1 火場模擬。相關(guān)人員將火源設(shè)置的基本情況進行計算，并且在FDS做好火災(zāi)模擬實驗，模擬設(shè)定的時間大概在30min.經(jīng)過模擬，對當(dāng)前建筑室內(nèi)溫度變化狀況如圖2所示。

依據(jù)圖2可以看出，當(dāng)起火在大概30min的情況下，建筑室內(nèi)的高溫地帶已經(jīng)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(tài)。所以，這個時候相關(guān)人員為了進一步簡化火災(zāi)反應(yīng)計算，需要對受火房間構(gòu)件產(chǎn)生的溫度進行假設(shè)，并促使溫升曲線當(dāng)作相應(yīng)的構(gòu)件表面曲線。緊接著相關(guān)人員需要在受火房間恰當(dāng)設(shè)置好一定數(shù)量的監(jiān)測點，并且把監(jiān)測點獲得的溫度做好平均，這樣做的目的是能夠獲得相應(yīng)的溫升曲線。由于該受火房間形成的溫升曲線快速的達(dá)到了最高溫度，也就是處于600℃的狀態(tài)，并且會一直持續(xù)著這個溫度到達(dá)約為30min的時間。

3.2 構(gòu)件內(nèi)部溫度。為了充分檢驗結(jié)構(gòu)耐火性能，30min后室內(nèi)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(shù)以突出溫度作用對結(jié)構(gòu)的危害。由于構(gòu)件在受火房間的位置不同，各個構(gòu)件的受火方式也是不同的，如室內(nèi)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(cè)受火，可認(rèn)為是兩面受火，而室內(nèi)中間的梁，除上表面外，三個面都受火。在構(gòu)件熱傳導(dǎo)計算中，首先要設(shè)置好各個構(gòu)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(gòu)件內(nèi)部溫度的計算。將構(gòu)件內(nèi)部溫度的計算結(jié)果利用Creator二次開發(fā)程序，建立實體模型，然后可在Vega平臺上動態(tài)展示構(gòu)件內(nèi)部溫度變化情況，以兩面受火梁為例，受火150min的梁截面內(nèi)部溫度變化情況見圖3。

3.3 結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)。相關(guān)人員基于Vega虛擬現(xiàn)實平臺的狀況下，不但可以促使其達(dá)到呈現(xiàn)出有關(guān)功能的效果，把結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)呈現(xiàn)出動態(tài)的狀態(tài)進行展示，而且還能夠促使其可以和結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)實現(xiàn)三維漫游的目的，能夠促使用戶可以在結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)的時候依據(jù)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(guān)人員使用了Vega虛擬現(xiàn)實平臺，通過對火災(zāi)場景的模擬狀況，可以將較為逼真的煙氣、火焰等相關(guān)特效融入其中，從而推動結(jié)構(gòu)反應(yīng)能夠和具有真實感的火災(zāi)場景實現(xiàn)同步模擬的目的，從而比較真實的呈現(xiàn)出火災(zāi)現(xiàn)場，為教育、演示等工作的開展帶來益處。

結(jié)束語

總而言之，本文主要將以下內(nèi)容結(jié)合在一起，從而促使其可以展現(xiàn)出較好的火災(zāi)反應(yīng)模擬狀態(tài)：第一是火場模擬；第二是結(jié)構(gòu)反應(yīng)計算；第三是場景模擬。該結(jié)構(gòu)反應(yīng)模擬主要在結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全評估中較為適合，為進一步提升結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全性創(chuàng)造有利條件，與此同時也能夠在火災(zāi)安全教育等相關(guān)領(lǐng)域中適用，從而為建筑火災(zāi)場景仿真工作的開展打下了扎實的基礎(chǔ)。本文筆者依據(jù)自身多年經(jīng)驗，對計算機技術(shù)使用到建筑火災(zāi)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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