本站原创所谓火灾现场计算机模拟就是应用流体力学、燃烧学、热力学等数学模式,在转换成程式语言之后,辅以电脑来模拟计算火灾的发展趋势、延烧行为、烟流扩散等在火灾现场可能发生的各种情况,并通过模拟结果去评估该设计火灾对人员的安全以及建筑结构等各方面的影响.
场模拟是利用计算机求解火灾过程中状态参数的空间分布及其随时间变化的模拟方式.其中的“场”是指各种状态参数,如速度、温度、各组分浓度等的空间分布.场模拟的理论依据是自然界普遍成立的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应定律等.火灾在发生、发展过程中的状态参数变化也都遵循着这些定律.场模拟虽然可以计算给出火灾过程的细节,但它对计算机运算能力的要求很高,火灾分过程理论模型的要求限制了其使用范围.
本文使用的版本为FDS5.2.美国国家标准局NSI（American National Standards Institute）在2000年2月公开发表的一套火灾现场模拟软体,该软体的着重在于烟流与热传递的现象,软件采用大涡模拟的方法来处理火灾过程中烟气的流场,对于模拟火场的流场速度与温度场温度分布趋势有80﹪～90﹪的准确度,具有较好的模拟精度.由于该软体大都是依小型的火场实际和小型的火场实验数据交叉比对所发展出来的,所以,相对于本文所设定的小场景火灾具有较好的模拟精准度.但是,对于一些相对大型的火灾场景,其所求得的各项火场资料误差性也可能会比较大.
下面,就以一个实际火灾案例的计算机模拟来说明来火灾现场计算机模拟在火灾分析中的运用,以期达到抛砖引玉的作用.
1.火灾基本情况
2005年3月17日凌晨4时30分左右,永安市五一路X号楼8号店面发生火灾.火灾发生前,8号店面内当时有吴XX、黄XX夫妇以及他们的女儿吴X娜和儿子吴X灿都住在该店面的夹层（阁楼）上.当天凌晨3点整,吴XX带儿子在阁楼小便（用塑料桶当尿桶,塑料桶放置在阁楼上）,当时店内无任何异常情况.后面吴XX在睡觉时听见一层靠近卷帘门位置有响声,后面下去,看到卷帘门最西侧、靠墙角和卷帘门处大约直径一米范围有火,火焰高度大约是0.5—0.6米,当时其他地方还没有着火.吴XX当时试图用店内布匹把火打灭,但是没有成功,就先跑出店外（当时卷帘门没有锁,只是栓住门扣）,吴XX左手扶住卷帘门、右手把卷帘门从地上托起1米多高,钻出门外大喊：“救火,救火.”.但是吴XX无法回忆当时的具体时间.
3月17日凌晨4时39分,永安市局“110”指挥中心接到群众报警,称永安市五一路X号楼8号店面发生火灾,永安消防大队立即出动3部消防车20名官兵,于4时42分到达火灾现场,该店的卷帘门已被大火烧熔化,住户吴XX一人逃出.火灾扑救期间,抢救小组人员重点投入着火房间即8号店面内部进行搜救,发现被困三人（黄XX,女,38岁；吴X灿,男,5岁；吴X娜,女,11岁）均已死亡,其中两人（黄XX、吴X娜）死于私自搭建的小阁楼床上,一人（吴X灿）死于小阁楼的楼梯下.
2.人员死亡原因分析
根据永公刑检【2005】133号法医学尸体检验鉴定书：死者黄XX呈四肢屈曲仰卧状,其全身体表Ⅱ度—Ⅲ度烧伤面积90%,其中以右侧躯体为甚.剖开颈部组织,分离出气管,剖开气管见管壁内散在分布黑色烟灰.剖开胸腹腔,双肺各叶见散在点状黑色烟灰,以右侧肺叶为重.提取心血100mg、胃内容200g送三明市局科学技术检验,2005年3月23日检验结果：黄XX心血检验出碳氧血红蛋白且含量在50%以上；胃内容物未检出鼠药、农药及安眠镇静药等成分.结论：黄XX系火灾至生前严重烧伤、一氧化碳中毒死亡.
1）从死者黄XX呈四肢屈曲仰卧状和其死亡原因主要是生前严重烧伤和一氧化碳中毒可以看出：黄XX在其死亡前已失去活动能力（失能）.
2）从死者胃内容物未检出鼠药、农药及安眠镇静药等成分可以看出：造成死者失能的原因不是因为服入鼠药、农药及安眠镇静药等成分,所以只能是火灾发生后产生的烟气导致其失能.
根据以上,我们可以得出结论：死者黄XX在火灾发生后至其失能前的这一段时间,黄XX没有发现火灾,也就是说黄XX对火灾的烟气和温度没有感觉到,并苏醒.
3.计算机模拟分析
3.1 火灾场景的设定
火灾场景按照实际1：1比例设定.火灾现场为相邻的两个店面,每个店面的长宽高均为：7.9米、3米、3.5米,面积均为为23.7平方米.
两个店面均设有木制夹层,通过木梯上到阁楼,其中8号店面内有布匹、木制制衣台、木制座椅,床铺,7号店面内有木制理发椅、床铺等物.
7、8号店面均为封闭空间,仅在卷帘门底部距地面留有0.2米空隙.其中8号店面在火灾后180秒,卷帘门被打开,范围为距离地面1.8米.
7.、8号店面之间的隔墙上有一0.38×0.18的空洞相连通.
该起火灾的起火部位位于8号店面内,距店内最北端1.45米、西墙0.90米处直径0.6米的范围,火势并由此处向四周蔓延.起火点宽为1.90米至2.20米,长为0.70米至1.40米,高度距地0.6米至0.7米.初始条按照实际情况设定,设定该案例件中,设定室内平均风速为0.室内平均温度为14℃,室外平均温度为14℃.
左侧为7号店面,右侧为8号店面
火灾场景俯视图
起火点模拟示意图
3.2 火灾事故FDS模拟计算结果
3.2.1 死者身体所在高度温度变化
明火出现后60秒钟,死者身体所在高度温度只有摄氏24.4度.
明火出现后120秒钟,死者身体所在高度温度只有摄氏57.4度.
明火出现后180秒钟,死者身体所在高度温度只有摄氏74.6度.
明火出现后240秒钟,死者身体所在高度温度只有摄氏69.9度.
明火出现后300秒钟,死者身体所在高度温度只有摄氏71.5度.
明火出现后360秒钟,死者身体所在高度温度只有摄氏73度.