基于BIM技術(shù)的地鐵車站火災(zāi)模擬分析

孫少楠 吳家偉 邢義龍 張 航

(華北水利水電大學(xué)，鄭州 450046)

引言

火災(zāi)模擬是項(xiàng)目運(yùn)維階段應(yīng)急管理中一種重要的災(zāi)變管理手段，可以在災(zāi)前較為真實(shí)地仿真出災(zāi)情發(fā)生的整個(gè)變化過(guò)程，以便針對(duì)性、合理性地對(duì)應(yīng)急準(zhǔn)備工作做出部署。傳統(tǒng)地鐵車站火災(zāi)模擬存在缺少乘客參與、日常演練區(qū)域只限經(jīng)驗(yàn)易起火區(qū)域、消耗人物資源過(guò)多等客觀原因以及人員本身缺少積極性等主觀原因，致使火災(zāi)模擬在傳統(tǒng)應(yīng)急管理中并沒(méi)有發(fā)揮很好的作用。陳柯成等[1]使用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件(FDS)對(duì)廣州大學(xué)城北地鐵站站臺(tái)進(jìn)行了火災(zāi)煙氣擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了研究； 唐飛等[2]運(yùn)用人員疏散模擬軟件Pathfinder對(duì)某高鐵換乘站在高峰時(shí)期和列車滿載兩種狀態(tài)進(jìn)行了人群疏散特性研究； 徐偉[3]使用REVIT建立地鐵車站模型，導(dǎo)入Pyrosim軟件對(duì)火災(zāi)防排煙的風(fēng)機(jī)組合進(jìn)行了分析； 藍(lán)杰等[4]通過(guò)利用FDS模擬軟件，對(duì)鄭州某地鐵車站站廳進(jìn)行不同工況的排煙模式進(jìn)行模擬，對(duì)排煙口的數(shù)量和位置進(jìn)行了優(yōu)化； 張檢讓等[5]使用PyroSim軟件對(duì)地鐵車廂進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)比較不同火災(zāi)場(chǎng)景下，紅紫外火焰探測(cè)器不同數(shù)量、不同位置時(shí)的報(bào)警時(shí)間，對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的分布進(jìn)行優(yōu)化； 鐘茂華等[6]采用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件FDS對(duì)地鐵“T”形換乘車站的假定的通道起火進(jìn)行模擬，對(duì)兩側(cè)站廳通風(fēng)系統(tǒng)和防火門的不同聯(lián)動(dòng)模式進(jìn)行分析。

近年來(lái)，BIM技術(shù)的全過(guò)程全壽命周期管理與數(shù)據(jù)共享[7-8]的優(yōu)勢(shì)日漸突出，BIM與專業(yè)的應(yīng)急管理軟件結(jié)合變的尤為重要?；贐IM技術(shù)的應(yīng)急管理，火災(zāi)模擬就可以依托于“BIM+”體系中的模擬方法得以實(shí)現(xiàn)，即設(shè)定初始模擬信息，借助計(jì)算機(jī)程序算法，以可視化的方法仿真并展示模擬過(guò)程與模擬結(jié)果。這樣不僅能極大地避免傳統(tǒng)火災(zāi)模擬方法的弊端，而且可以對(duì)不同地區(qū)、不同時(shí)間、不同起火種類、不同人數(shù)的火災(zāi)進(jìn)行模擬。因此本文將結(jié)合BIM技術(shù)，對(duì)地鐵火災(zāi)的各個(gè)維度進(jìn)行仿真模擬，得出各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的最大疏散時(shí)間。

1 適用于地鐵的BIM軟件與火災(zāi)模擬軟件

1.1 BIM軟件

Revit是目前主流的BIM建模軟件，除了能夠從單一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)提供明細(xì)表、圖紙、二維視圖與三維視圖等基本能力外，在整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程中，也具有項(xiàng)目管理的作用，設(shè)計(jì)變更會(huì)在所有數(shù)據(jù)及演示中更新。另外Revit概念設(shè)計(jì)功能使用方便，可以對(duì)建筑圖元進(jìn)行自由形狀建模及參數(shù)化設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)族的形式和利用API二次開(kāi)發(fā)的插件(如可視化編程插件Dynamo)滿足各專業(yè)的建模需求。同時(shí)Revit模型能夠包含多種建筑屬性[9]，在Revit中可以對(duì)各種材質(zhì)屬性信息進(jìn)行有效、快速、準(zhǔn)確的存儲(chǔ)與提取，為火災(zāi)模擬分析的數(shù)據(jù)來(lái)源提供了基礎(chǔ)。Revit是專門針對(duì)BIM設(shè)計(jì)的軟件， 可提供建筑設(shè)計(jì)和文件管理支持，可以通過(guò)多種數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分享傳輸，進(jìn)行全過(guò)程、全方位的建筑管理，對(duì)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、日照、能耗等模擬分析提供模型支撐，包括本文的火災(zāi)模擬所需要的模型數(shù)據(jù)信息，則本文選用Revit進(jìn)行地鐵模型的建立。

1.2 火災(zāi)模擬軟件

基于BIM技術(shù)火災(zāi)模擬呈現(xiàn)效果的真實(shí)性關(guān)鍵在于模擬程序算法，不同模擬軟件程序也對(duì)應(yīng)著不同災(zāi)變情況，而軟件程序也是依托于BIM技術(shù)中最為基礎(chǔ)的三維模型，因此當(dāng)前火災(zāi)模擬仿真的基礎(chǔ)就是在于災(zāi)變模型[10-11]的選擇。目前主流災(zāi)變模型見(jiàn)表1。

表1 主流災(zāi)變模型

而采用什么樣的模擬軟件則需要考慮到模型的空間應(yīng)用性。本文是主要針對(duì)于火災(zāi)這種邊界不固定、形狀不定的連續(xù)現(xiàn)象的模擬仿真，而場(chǎng)模型是常用于具有連續(xù)性的空間變化發(fā)展趨勢(shì)情形的模擬模型，因此在火災(zāi)情形下的災(zāi)變模型應(yīng)選擇為場(chǎng)模型，而場(chǎng)模型中應(yīng)用較為廣泛的FDS程序進(jìn)行地鐵車站火災(zāi)模擬，而軟件選擇為以FDS為基礎(chǔ)的Pyrosim2018火災(zāi)模擬軟件。

Thunderhead Engineering Pyrosim(Pyrosim)，是NIST是針對(duì)FDS的可視化改造成果，使其模擬過(guò)程擁有了一個(gè)圖像展示界面，從而產(chǎn)品用戶更能與軟件進(jìn)行互動(dòng)與編輯，Pyrosim軟件操作流程如圖1所示。

圖1 基于Pyrosim軟件火災(zāi)模擬流程

2 火災(zāi)模型的交互與信息管理

2.1 BIM應(yīng)急管理模型與火災(zāi)模型的交互研究

BIM技術(shù)涉及的相關(guān)軟件中，Revit是重要的基礎(chǔ)軟件，則本文以Revit與Pyrosim的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行研究。Revit的軟件輸入格式與Pyrosim輸出格式見(jiàn)表2，即兩者的數(shù)據(jù)流通格式選擇為DXF[12]。

表2 REVIT與Pyrosim輸入格式

Revit建立的模型屬性信息保存到DXF數(shù)據(jù)格式的文件中，然后Pyrosim從DXF文件讀取需要的數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 DXF數(shù)據(jù)讀取流程

對(duì)于地鐵車站的火災(zāi)模擬，其研究的起火點(diǎn)、起火過(guò)程通常是在站廳與站臺(tái)層之中，更注重災(zāi)變過(guò)程中火源發(fā)展趨勢(shì)對(duì)于人員生命安全與逃生疏散的影響，因此地鐵車站其他結(jié)構(gòu)并不需要建立或詳細(xì)展示，如車軌底層結(jié)構(gòu)、地上風(fēng)室結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)結(jié)構(gòu)等，根據(jù)火災(zāi)模擬的需求和特點(diǎn)，對(duì)原有的REVIT模型進(jìn)行修改，建立基于火災(zāi)模擬的REVIT模型。

Revit地鐵車站模型導(dǎo)出DXF類型文件后，導(dǎo)入Pyrosim2018軟件，對(duì)部分材料進(jìn)行重新定義與編輯，如材質(zhì)的比熱、熱傳遞速率等消防參數(shù)。

圖3 災(zāi)變應(yīng)急管理相關(guān)信息

2.2 基于火災(zāi)模型的災(zāi)變應(yīng)急信息管理

基于BIM技術(shù)的火災(zāi)模擬工作中，信息管理一直是其中非常重要的環(huán)節(jié)。信息的合理化設(shè)置與管理不僅保證了模擬的順利進(jìn)行，也便于實(shí)際管理人員的分享與控制，體現(xiàn)出BIM的信息化優(yōu)勢(shì)。而火災(zāi)模擬中的信息基礎(chǔ)依然是火災(zāi)模型，Pyrosim提供了多種相關(guān)災(zāi)變信息的管理系統(tǒng)，這也是本文選擇該軟件的原因之一。大體來(lái)說(shuō)火災(zāi)模型中的災(zāi)變應(yīng)急管理相關(guān)信息如圖3所示。

3 實(shí)例研究

以貨棧街地鐵車站為例進(jìn)行火災(zāi)模擬，貨棧街地鐵車站為鄭州4號(hào)線工程第22座車站，總長(zhǎng)約240m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.7m，站臺(tái)寬11m，共設(shè)4個(gè)出入口通道(其中4號(hào)出入口預(yù)留)、2組風(fēng)亭。

車站站廳層位于地下一層，與一至四號(hào)出入口及1、2號(hào)風(fēng)亭相連接。車站兩個(gè)端頭分別布置設(shè)備用房，站廳層非公共區(qū)設(shè)置車控室、交接班室、通信信號(hào)設(shè)備室、照明配電室、氣瓶間、通風(fēng)空調(diào)機(jī)房、AFC、衛(wèi)生間等房間。中間為車站站廳公共區(qū)，公共區(qū)分為付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)，站廳層付費(fèi)區(qū)設(shè)置2組扶梯、一組電梯及一部3.6m寬T型樓梯與站臺(tái)層連通。

車站站臺(tái)層位于地下二層，為島式車站，站臺(tái)寬度11m，有效站臺(tái)位于車站中部，兩端布置設(shè)備用房。站臺(tái)層非公共區(qū)布置污水泵房、照明配電室、站臺(tái)門設(shè)備室、氣瓶間、0.4KV開(kāi)關(guān)柜室、35KV開(kāi)關(guān)柜室、控制室、檢修儲(chǔ)藏室、車站備品庫(kù)、排熱風(fēng)室及廢水池等房間。

車站分為公共區(qū)與非公共區(qū)兩大分區(qū)，站臺(tái)與站廳公共區(qū)主要由1號(hào)樓梯、1至4號(hào)扶梯與公共樓梯相連接，站臺(tái)與站廳非公共區(qū)主要由2、3號(hào)樓梯相連接，如圖4-5所示。

圖4 車站公共區(qū)詳圖

圖5 車站非公共區(qū)詳圖

3.1 火災(zāi)模擬參數(shù)設(shè)置

3.1.1 燃燒的反應(yīng)種類

本文選擇較為經(jīng)典的火災(zāi)狀況，即站臺(tái)層公共區(qū)起火，來(lái)觀察車站內(nèi)燃燒反應(yīng)的發(fā)展，而燃燒反應(yīng)種類選擇與實(shí)際較為相近的POLYURETHANE燃燒反應(yīng)。

3.1.2 火災(zāi)影響區(qū)域

本次火災(zāi)模擬的影響范圍，包括了站臺(tái)與站廳層內(nèi)部整體空間結(jié)構(gòu)，因此三維立體網(wǎng)格長(zhǎng)、寬、高尺寸約為239.2m*18.5m*11.1m。Pyrosim軟件定義X、Y、Z軸的網(wǎng)格數(shù)量比最好為1： 1： 1，并且網(wǎng)格總數(shù)越多，最終模擬效果也會(huì)越精確，但網(wǎng)格增加到一定程度時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果無(wú)明顯影響[13]。所以設(shè)置網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)考慮后合理設(shè)置，保證模擬效果。本文結(jié)合建筑模型的主要構(gòu)件尺寸，計(jì)算機(jī)設(shè)備和計(jì)算時(shí)間的客觀條件，分別以網(wǎng)格體積為0.10m3、0.15m3、0.2m3、0.25m3、0.3m3五種網(wǎng)格精度進(jìn)行粗略模擬，結(jié)果表明，網(wǎng)格精度為0.15m3、0.2m3、0.25m3、0.3m3時(shí)模擬結(jié)果差異不明顯，則本次模擬選擇0.2m3的網(wǎng)格精度，即X、Y、Z軸網(wǎng)格數(shù)為30*400*20個(gè)，網(wǎng)格總數(shù)為240 000個(gè)。

3.1.3 障礙物、通風(fēng)口與火源位置

車站模型整體依照4個(gè)車站出入口為通風(fēng)條件，在三位網(wǎng)格表面建立4個(gè)總通風(fēng)點(diǎn)，一號(hào)出入口寬*高尺寸為4.6*3.2m2， 2號(hào)出入口為6.1*3.2m2，還建過(guò)街通道人行出入口為5.6*5.1m2，市政過(guò)街通道出入口為6*3.2m2。

火源的創(chuàng)建直接影響到火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)定，而車站站臺(tái)位于車站的底層，具有人流量大、空間小、密閉性強(qiáng)等特點(diǎn)，更容易發(fā)生火災(zāi)，造成的危害和影響大，處理難度也高，是地鐵火災(zāi)應(yīng)急管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)區(qū)域，則本次模擬設(shè)定的基本火災(zāi)場(chǎng)景就設(shè)定為車站站臺(tái)層公共區(qū)起火，如圖6所示。站內(nèi)無(wú)地鐵車輛通過(guò)，屏蔽門并未打開(kāi)，車站公共區(qū)與非公共區(qū)的連接門、公共區(qū)自動(dòng)扶梯并無(wú)故障，公共電梯暫停使用。因地鐵列車不宜行駛通過(guò)的火災(zāi)規(guī)模為5MW，依據(jù)地鐵通過(guò)的最不利原則，則本次的火源的熱釋放速率設(shè)定為5MW，單位面積放熱速率(Heat Release Rate PerArea， HRRPUA)為1 000kW/m2。

圖6 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定的火源位置

3.1.4 模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本次模擬的地鐵車站項(xiàng)目選取了切片、熱電偶、煙霧探測(cè)器來(lái)構(gòu)成模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

切片平面(Slices Plane)或切片(Slices)分別設(shè)在站臺(tái)層與站廳層離板1.5m(Z=1.5m、6.75m)(人眼高度)設(shè)置橫向切面，并在火源中心處(X=2.2m)設(shè)置豎向切面，以觀測(cè)地下兩層及整體空間的溫度、煙霧濃度與可見(jiàn)度等災(zāi)變數(shù)據(jù)。如圖7所示，粉色平面即為切片平面；

熱電偶(thermocouple)是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)需要考慮準(zhǔn)確反映火災(zāi)中人員疏散安全標(biāo)準(zhǔn)的最佳位置[14]。本文在站廳層的四個(gè)出入口與站臺(tái)層火源處設(shè)置5個(gè)熱電偶探測(cè)設(shè)備，用來(lái)監(jiān)測(cè)災(zāi)情發(fā)生過(guò)程中安全出口與火源溫度的變化情形。如圖8所示，綠色點(diǎn)即為熱電偶位置點(diǎn)。

煙霧探測(cè)器是一種應(yīng)用于消防的報(bào)警系統(tǒng)，可在火災(zāi)初期，即燃燒溫度較低但煙霧濃度異常時(shí)進(jìn)行感知報(bào)警。本文將煙霧探測(cè)器設(shè)置于火源上方天花位置，對(duì)火災(zāi)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行記錄，用來(lái)觀察系統(tǒng)感煙報(bào)警的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖7 切片位置

圖8 熱電偶位置

3.1.5 火災(zāi)模擬初始參數(shù)設(shè)定

根據(jù)上文所設(shè)置的模擬參數(shù)與鄭州地鐵車站的室內(nèi)環(huán)境特點(diǎn)，再結(jié)合車站火災(zāi)實(shí)際常見(jiàn)案例與軟件自定的基本參數(shù)情況結(jié)合分析，本次模擬初始基本參數(shù)如表3。

表3 地鐵火災(zāi)模擬初始參數(shù)

3.2 火災(zāi)模擬分析

基于火災(zāi)模擬的Revit地鐵車站模型導(dǎo)出DXF類型文件后，導(dǎo)入Pyrosim軟件，如圖9所示。參數(shù)設(shè)置完成后，即可開(kāi)始相應(yīng)火災(zāi)模擬計(jì)算，從而進(jìn)行此次貨棧街車站項(xiàng)目火災(zāi)模擬的全面分析，為應(yīng)急管理提供可視、真實(shí)的災(zāi)變數(shù)據(jù)，從而以BIM的角度對(duì)應(yīng)急管理的相關(guān)工作提出新的管理辦法。

圖9 地鐵車站的Pyrosim 模型

3.2.1 火災(zāi)煙氣模擬

地鐵車站火災(zāi)模擬動(dòng)畫(huà)進(jìn)程圖，如圖10所示。

圖10 火災(zāi)模擬動(dòng)畫(huà)

火源位于站臺(tái)公共區(qū)中3、4號(hào)扶梯入口前10m左右的位置，其上方對(duì)應(yīng)站廳層處為車控室與AFC票務(wù)室間的走道位置，附近有兩處風(fēng)室孔洞聯(lián)通地下兩層。由圖9可知，在火災(zāi)發(fā)生20s左右時(shí)，火源迅速燃燒并放出大量煙氣，煙氣通過(guò)最近處的風(fēng)室孔洞進(jìn)入站廳層非公共區(qū)，而煙氣在站臺(tái)層開(kāi)始蔓延至3、4號(hào)扶梯處； 在火災(zāi)發(fā)生50s左右時(shí)，站臺(tái)層中煙氣已蔓延至公共區(qū)1號(hào)樓梯處， 3、4號(hào)扶梯上方處已充滿煙霧，但左側(cè)1、2號(hào)扶梯并未受到煙氣影響，站廳層中煙氣已從3、4號(hào)扶梯出口處蔓延至站廳公共區(qū)內(nèi)，而非公共區(qū)與公共區(qū)聯(lián)通口附近煙霧密度越來(lái)越大； 在火災(zāi)發(fā)生91s左右時(shí)，站臺(tái)層煙氣已擴(kuò)散至1、2號(hào)扶梯口處，基本覆蓋了整個(gè)站臺(tái)公共區(qū)，站廳層煙氣已從1號(hào)樓梯口擴(kuò)散至公共區(qū)付費(fèi)區(qū)域，而2號(hào)車站出入口即3、4號(hào)扶梯出口南側(cè)已基本被煙氣充滿； 火災(zāi)發(fā)生227s左右時(shí)，整個(gè)站臺(tái)層已被煙氣充滿，而站廳層整個(gè)公共區(qū)即北從還建過(guò)街通道人行出入口、南至2號(hào)出入口區(qū)域均有煙氣覆蓋； 而火災(zāi)發(fā)生至360s時(shí)煙氣已將整個(gè)車站空間充滿。

3.2.2 火災(zāi)設(shè)定切面溫度模擬

溫度切面將分為橫向面層與豎向整體兩部分展示，其中面層溫度切面為站臺(tái)層與站廳層，坐標(biāo)為兩者距樓板1.5m處(Z=1.5m、Z=6.75m)。圖11中的切面顏色由藍(lán)、綠、黃至紅發(fā)展代表溫度由常溫20℃逐步上升。(紅色代表溫度已達(dá)到35℃以上)

圖11 面層溫度切面溫度變化圖

由圖11所示，在火災(zāi)發(fā)生40s左右時(shí)，除火源處溫度較高， 3、4號(hào)扶梯出口與站廳附近兩處風(fēng)室口也均已呈紅色高溫狀態(tài)； 在火災(zāi)發(fā)生272s左右時(shí)，火源附近溫度逐步升高， 1號(hào)樓梯出口也出現(xiàn)高溫現(xiàn)象； 火災(zāi)發(fā)生至360s時(shí)，站廳層公共付費(fèi)區(qū)溫度顏色由綠轉(zhuǎn)黃逐步升高； 在火災(zāi)發(fā)生至444s左右時(shí)，站廳層公共付費(fèi)區(qū)已基本成黃色狀態(tài)，且2號(hào)車站出入口出現(xiàn)紅色高溫跡象； 溫度在30～35℃之間； 火災(zāi)發(fā)生535s左右時(shí)，除火源處附近溫度較高外，站臺(tái)層公共區(qū)藍(lán)色逐步變淺，有上升趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)，在火災(zāi)發(fā)生的整個(gè)過(guò)程中，火源附近4m左右溫度較高， 3、4號(hào)扶梯與1號(hào)樓梯也會(huì)隨事態(tài)發(fā)展溫度逐漸升至高溫危險(xiǎn)狀態(tài)，但北側(cè)1、2號(hào)扶梯溫度并未有較大改變，即站臺(tái)層人員疏散時(shí)1、2號(hào)扶梯可一直被使用。而且站廳層公共區(qū)較高溫度分布主要集中在付費(fèi)區(qū)與兩個(gè)樓梯出口，除2號(hào)出入口外，其他三個(gè)車站出入口溫度并沒(méi)有出現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)，在人員向地面安全區(qū)移動(dòng)時(shí)也要注意此變化。

豎向溫度切面主要體現(xiàn)出站廳與站臺(tái)層空間整體溫度的變化規(guī)律，坐標(biāo)設(shè)置在火源中心處(X=2.2m)，如圖12所示。

圖12 整體溫度切面溫度變化圖

如圖12所示，火災(zāi)發(fā)生40s左右時(shí)，火源燃燒產(chǎn)生的溫度在站臺(tái)層空間上方逐步傳遞， 3、4號(hào)扶梯附近仍呈黃色狀態(tài)，火源發(fā)生至180s左右時(shí)，站臺(tái)層上方紅色危險(xiǎn)溫度逐步向被蔓延，而直到360s時(shí)， 3、4號(hào)扶梯至火源處的站臺(tái)公共區(qū)上方空間均已達(dá)到紅色高溫，將對(duì)人員的疏散構(gòu)成威脅。

3.2.3 能見(jiàn)度模擬

本文能見(jiàn)度分布情況借用溫度切面動(dòng)態(tài)觀察，基礎(chǔ)最大能見(jiàn)度為30m，而影響人員疏散的能見(jiàn)度為10m以下。圖13中的藍(lán)色為初始能見(jiàn)度(30m)，橘紅色為危險(xiǎn)能見(jiàn)度(10m以下)。

圖13 能見(jiàn)度分布

如圖12所示，在火災(zāi)發(fā)生60s左右時(shí)，除火源附近外， 3、4號(hào)扶梯與1號(hào)樓梯口也出現(xiàn)能見(jiàn)度下降現(xiàn)象； 火災(zāi)發(fā)生100s時(shí)，站廳層1號(hào)樓梯出口及3、4號(hào)扶梯口附近能見(jiàn)度已降至10m以下，人員疏散已受到影響； 火災(zāi)發(fā)生240s左右時(shí)，站臺(tái)向上連接口與站廳層公共區(qū)較大部分能見(jiàn)度在10m以下； 而在火災(zāi)發(fā)展至300s左右時(shí)，站廳層公共區(qū)絕大部分能見(jiàn)度已低于10m以下， 4個(gè)車站出入口的疏散能力已不滿足其能見(jiàn)度要求。

3.2.4 車站出站口溫度模擬

通過(guò)對(duì)四個(gè)車站出入口分別設(shè)置了熱電偶探測(cè)設(shè)備，在FDS模擬完成后，熱電偶所監(jiān)測(cè)到的出口數(shù)據(jù)在Smokeview程序中將以圖表形式展現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)這些參數(shù)可以觀察各個(gè)出入口在火災(zāi)中動(dòng)態(tài)溫度變化對(duì)疏散能力的影響(主要關(guān)注于火災(zāi)發(fā)生360s內(nèi)緊急疏散時(shí)間段)。

圖14 一號(hào)出入口熱電偶

圖15 二號(hào)出入口熱電偶

圖16 市政過(guò)街通道出入口熱電偶

圖17 還建過(guò)街通道人行出入口熱電偶

圖14為一號(hào)車站出入口處熱電偶所觀測(cè)到的溫度發(fā)展規(guī)律。可見(jiàn)火災(zāi)發(fā)生100s左右的時(shí)間內(nèi)，一號(hào)口溫度并未受到影響， 100s之后開(kāi)始有所上升，并穩(wěn)定至22℃左右，一直持續(xù)到270s，之后出口溫度急劇上升，并一直到360s都沒(méi)有下降趨勢(shì)，因此以溫度分析視角來(lái)說(shuō)，一號(hào)車站出入口的允許疏散時(shí)間為270s。

圖15為二號(hào)車站出入口處熱電偶所觀測(cè)到的溫度發(fā)展規(guī)律?？梢?jiàn)0-130s火災(zāi)發(fā)生時(shí)間段，二號(hào)出入口溫度也沒(méi)有較大浮動(dòng)，之后130s-360s期間大體上呈緩慢上升趨勢(shì)，但并未達(dá)到疏散危險(xiǎn)溫度，只是360s之后出口溫度將大幅度上升。因此以溫度分析視角來(lái)說(shuō)，二號(hào)車站出入口的允許疏散時(shí)間為360s。

圖16為市政過(guò)街通道出入口處熱電偶所觀測(cè)到的溫度發(fā)展規(guī)律。由于該出口為車站模型最北側(cè)出口之一，距站臺(tái)層火源位置較遠(yuǎn)，因而出口在火災(zāi)發(fā)生的360s內(nèi)，其溫度變化極小，穩(wěn)定在20℃初始環(huán)境溫度，所以以溫度分析視角來(lái)說(shuō)，市政過(guò)街通道出入口的允許疏散時(shí)間為360s。

圖17為還建過(guò)街通道人行出入口處熱電偶所觀測(cè)到的溫度發(fā)展規(guī)律。與市政過(guò)街通道出入口同理，其位置也處于車站最北側(cè)，因此其溫度變化均在1℃以內(nèi)，基本上沒(méi)有變化，所以以溫度分析視角來(lái)說(shuō)，還建過(guò)街通道人行出入口的允許疏散時(shí)間為360s。

3.2.5 火源煙霧探測(cè)模擬

Pyrosim的煙霧探測(cè)器是一個(gè)集起火報(bào)警與煙霧監(jiān)測(cè)為一體的探測(cè)設(shè)備，在火災(zāi)發(fā)生的短時(shí)間內(nèi)發(fā)出警告的同時(shí)，也能在火災(zāi)全程提供區(qū)域煙霧的發(fā)展情況。因此本次模擬將其安置在火源上部天花板處，提供警示與生成火源點(diǎn)的煙霧信息，分析煙霧濃度變化規(guī)律，圖18即為火源所生成的煙霧濃度圖。

圖18 火源煙霧探測(cè)

通過(guò)圖18可知，煙霧探測(cè)器在火災(zāi)發(fā)生的極短時(shí)間內(nèi)對(duì)煙霧濃度變化產(chǎn)生反應(yīng)并發(fā)出火災(zāi)警報(bào)。其曲線也顯示在火災(zāi)發(fā)生的0s-50s內(nèi)，火源產(chǎn)生大量煙霧，其附近煙霧濃度一直為100%，而之后由于煙霧的擴(kuò)散等原因， 50s-200s內(nèi)煙霧濃度會(huì)有所下降(基本在80%左右)，而200s-360s內(nèi)，煙霧濃度將逐漸發(fā)展穩(wěn)定至90%左右。則可分析出離火源處較近的3、4號(hào)扶梯口煙霧濃度也大致遵循這樣的發(fā)展規(guī)律，那么在火災(zāi)發(fā)生的50s-200s這一時(shí)間段是人員通過(guò)3、4號(hào)扶梯逃生的最佳時(shí)間，之前或者之后的時(shí)間都會(huì)受到火源所產(chǎn)生煙霧的較大影響。

3.2.6 火災(zāi)燃燒模擬

熱釋放速率(Heat Release Rate，HRR)是指在既定燃燒參數(shù)的情況下，單位時(shí)間內(nèi)材料燃燒產(chǎn)生的熱量，單位為焦耳/秒。Pyrosim在模擬過(guò)程中會(huì)同步計(jì)算HRR值，并生成HRR發(fā)展圖，即圖19。由此可知，本次地鐵車站火災(zāi)模擬HRR一直持續(xù)為2 400kW/s。

圖19 HRR

3.3 火災(zāi)模擬結(jié)論

通過(guò)以上分析，考慮到多種火災(zāi)因素對(duì)疏散的影響，可針對(duì)性地歸納出此次模擬火災(zāi)中貨棧街地鐵車站各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處允許疏散的最大時(shí)間，為本次模擬做出參數(shù)化結(jié)論，并對(duì)下步人員疏散仿真模擬相關(guān)參數(shù)的設(shè)置提供有效依據(jù),如表4所示。

表4 火災(zāi)模型車站關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)允許疏散的最大時(shí)間

4 結(jié)語(yǔ)

本文將BIM技術(shù)運(yùn)用到火災(zāi)模擬中，把BIM豐富的建筑信息數(shù)據(jù)傳遞給專業(yè)的應(yīng)急管理軟件進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)典型的火災(zāi)工況的不同方面的模擬，得到了該工況下關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置的最大疏散時(shí)間，為應(yīng)急管理提供了依據(jù)，更好地指導(dǎo)原本難預(yù)測(cè)、難控調(diào)的應(yīng)急管理。驗(yàn)證了BIM與Pyrosim相集成的可行性，也提高了火災(zāi)模擬的效率。同時(shí)使BIM的全過(guò)程服務(wù)向火災(zāi)模擬邁了一步，也使火災(zāi)應(yīng)急管理的數(shù)據(jù)來(lái)源不再孤立，融入到建筑信息數(shù)據(jù)流通的鏈條。