第四節(jié) 軟件選取

　　一、火災(zāi)模擬

　　(一)概述

　　火災(zāi)數(shù)值模擬是火災(zāi)研究的重要內(nèi)容之一，但由于火災(zāi)現(xiàn)象的復(fù)雜性，近幾十年來才建立起描述火災(zāi)現(xiàn)象的實(shí)用數(shù)學(xué)模型�；馂�(zāi)模型主要分為確定性模型和隨機(jī)性模型。

　　火災(zāi)數(shù)值模型主要有專家系統(tǒng)(Expert System)、區(qū)域模型(Zone Model)、場模型(Field Model)、網(wǎng)絡(luò)模型(Network Model)和混合模型(Hybrid Model)。場模型也即CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))模型，主要是指利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)對火災(zāi)進(jìn)行模擬的模型，由于CFD模型可以得到比較詳細(xì)的物理量時(shí)空分布，能精細(xì)地體現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)象，加之高速、大容量計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使得CFD模型得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　目前用于火災(zāi)模擬的CFD模型主要有FDS、PHOENICS、FLUENT等。FDS是專門針對火災(zāi)模擬而開發(fā)的CFD軟件，簡單易用。因此，它在火災(zāi)模擬中的應(yīng)用最為廣泛。而PHOENICS和FLUENT是計(jì)算流體力學(xué)的通用軟件，將其用于火災(zāi)模擬需要有較強(qiáng)的流體力學(xué)背景，因此，應(yīng)用較少。目前，國內(nèi)外對FDS的研究比較多，而對于PHOENICS和FLUENT在火災(zāi)模擬方面的應(yīng)用研究較少，對各個(gè)軟件的對比研究則更少。

　　在火災(zāi)模擬中，怎樣才能使模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確、可信是一個(gè)急需解決的問題。驗(yàn)證與確認(rèn)是評價(jià)數(shù)值解精度和可信度的主要手段。長期以來，CFD工作者對CFD軟件的驗(yàn)證與確認(rèn)工作一直沒有給予足夠的重視。因此，對于計(jì)算結(jié)果的可信度，CFD研究人員并不能給出明確的回答。這使得CFD軟件的使用者對CFD也持一種矛盾的心態(tài)，既想利用CFD這種快捷經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)工具，又對CFD的計(jì)算結(jié)果心存疑慮。如果有條件，可以結(jié)合數(shù)值計(jì)算和模擬實(shí)體火災(zāi)的方式，進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性。

　　(二)選取

　　從軟件易用性來看，火災(zāi)專用模擬軟件相對簡單，在應(yīng)用中不需要作復(fù)雜設(shè)置，使用者只需掌握火災(zāi)基本知識(shí)即可得到合理的結(jié)果，而通用CFD軟件對使用者要求較高，使用者需要對流體力學(xué)知識(shí)有深入了解，才能得到合理結(jié)果，因此，一般火災(zāi)模擬選擇專用軟件為宜。

　　利用火災(zāi)模型進(jìn)行數(shù)值分析前，應(yīng)著重考慮該模型對所模擬問題的適用性及預(yù)測能力，一般情況下，需要事先利用相關(guān)試驗(yàn)(已有其他人員進(jìn)行的試驗(yàn)或自己進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn))對模型進(jìn)行確認(rèn)研究。從模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性來看，火災(zāi)專用模擬軟件由于是專門針對火災(zāi)開發(fā)的，在概念模型層面相對于通用軟件更接近于真實(shí)模型，其數(shù)學(xué)模型更能反映火災(zāi)過程，因此，一般情況下，建議選擇火災(zāi)專用軟件，除非在專用軟件無法模擬的情況下才選擇通用軟件。

　　使用火災(zāi)專用軟件時(shí)，應(yīng)著重考慮網(wǎng)格獨(dú)立性、邊界條件設(shè)置對模擬結(jié)果的影響，使用通用軟件時(shí)，還應(yīng)考慮湍流模型、燃燒模型、輻射模型的選擇。

　　火災(zāi)模型的驗(yàn)證和確認(rèn)應(yīng)包含其對各類火災(zāi)參數(shù)的預(yù)測能力研究，如火場溫度、熱輻射通量、反應(yīng)產(chǎn)物的濃度變化(著重研究C0、C0，、煙密度等)、火場能見度等。

　　對于通用的CFD軟件，如PHOENICS、FLUENT、CFX等，由于其發(fā)展比較成熟，其程序一般能夠比較準(zhǔn)確地反映其所確立的概念模型，因此，對這類模型可以著重于確認(rèn)研究;對于專用火災(zāi)模擬軟件，如FDS等，已經(jīng)進(jìn)行了較多的確認(rèn)和驗(yàn)證工作，對于比較常見的火災(zāi)場景，如建筑室內(nèi)火災(zāi)等，可以直接用來模擬分析，而對于一些特殊的場景，如火災(zāi)在狹長雙層玻璃幕墻內(nèi)的蔓延模擬，還需進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)研究;對于自行編制的火災(zāi)模擬程序，模型的驗(yàn)證工作是至關(guān)重要的，應(yīng)確保程序能夠準(zhǔn)確反映概念模型。

　　利用Steckler房間火災(zāi)試驗(yàn)對PHOENICS和FLUENT進(jìn)行確認(rèn)研究，就該類實(shí)例來說，F(xiàn)LUENT的準(zhǔn)確度要高于PHOENICS，但就工程應(yīng)用來說，在選擇合理的湍流模型、輻射模型，并經(jīng)過網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)后，二者的模擬結(jié)果一般均可滿足工程需要。

　　火災(zāi)發(fā)展具有確定性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，火災(zāi)試驗(yàn)的影響因素較多，在選擇確認(rèn)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇可重復(fù)性強(qiáng)的試驗(yàn)，并應(yīng)注重采用不同火災(zāi)場景下的火災(zāi)試驗(yàn)對其進(jìn)行確認(rèn)研究，以便更好地檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目尚哦取?/P>

　　二、疏散模擬

　　(一)概述

　　(二)疏散模型分類

　　人員疏散計(jì)算方法主要有兩種：水力疏散模型和人員行為模型。

　　1.水力疏散模型

　　水力疏散模型通常對人員疏散過程作如下保守假設(shè)：

　　1)疏散人員具有相同的特征，并且都具有足夠的身體條件疏散到安全地點(diǎn)。

　　2)疏散人員是清醒的，在疏散開始的時(shí)刻一起井然有序地進(jìn)行疏散，且人員在疏散過程中不會(huì)中途返回選擇其他疏散路徑。

　　3)在疏散過程中，人流的流量與疏散通道的寬度成正比分配，即從某一出口疏散的人數(shù)按其寬度占出口總寬度的比例進(jìn)行分配。

　　4)人員從各個(gè)疏散門疏散且所有人的疏散速度一致，保持不變。

　　2.人員行為模型

　　下面將通過分析這些人員疏散模型的功能與特點(diǎn)，對這些軟件進(jìn)行適當(dāng)分類。

　　(1)一般分類。疏散模型在處理疏散的一般問題時(shí)，均采用了三種不同基本方法：優(yōu)化法、模擬法和風(fēng)險(xiǎn)評估法。

　　優(yōu)化法假定人員以最有效的方式進(jìn)行疏散，而不考慮外部環(huán)境的影響及非疏散行為。通常，模型認(rèn)為人員選擇的疏散路線是最佳的。這一類模型適用于大量的人群或?qū)⑺�有人員當(dāng)做一個(gè)有共同特性的群體來考慮的情況，而不考慮個(gè)體行為。