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基于计算机模拟的建筑物室内火灾风险精准评估与防控策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，各类建筑物如雨后春笋般涌现，建筑规模不断扩大，功能日益复杂。然而，这也使得建筑物室内火灾的风险急剧增加。近年来，国内外建筑物室内火灾事故频发，给人们的生命财产安全带来了巨大的损失，成为社会关注的焦点问题。

在我国，仅2024年第一季度，全国就发生居住场所火灾8.3万起，造成503人遇难，居民住宅火灾远高于其他场所，伤亡人数也最多。今年一季度发生的29起较大火灾中有21起发生在居住场所。例如，湖南永州祁阳市龙山街道一居民家中因电气线路故障引发火灾，两人被困火场；广东江门一居民楼同样因电线短路起火，户主和儿子被困六楼屋内。这些火灾事故不仅造成了人员伤亡，也带来了严重的财产损失，给受害者家庭带来了沉重的打击。

除了居民住宅，其他类型的建筑物也存在着严重的火灾隐患。2022年6月9日，浙江杭州临平区东湖街道望梅路588号杭州湾建材装饰城18幢二层的杭州冰雪大世界发生火灾事故，造成4人死亡，2名消防救援人员牺牲，19人受伤，建筑物过火面积约600平方米，直接经济损失3057万余元。事故直接原因为工人违章电焊切割作业时，熔渣引燃管道保温材料残片和装饰装修材料所致。2020年10月1日，山西太原台骀山景区冰雕馆发生火灾事故，造成13人死亡、15人受伤，过火面积约2258平方米，直接经济损失1789.97万元。这些大型场所一旦发生火灾，由于人员密集、空间复杂等因素，往往会导致更为严重的后果。

建筑物室内火灾的频繁发生，凸显了火灾风险评估的重要性。准确评估建筑物室内火灾风险，能够为火灾预防和控制提供科学依据，有效降低火灾发生的概率和损失。传统的建筑物火灾风险评估方法，如统计风险、专家评估和规则风险评估等，虽然在一定程度上发挥了作用，但存在着明显的局限性。这些方法无法充分考虑建筑物内部空间的复杂性和各种因素之间的相互作用，而这些因素恰恰对火灾的爆发和发展过程有着直接的影响。例如，建筑物的结构、布局、装修材料、电气设备等因素都会影响火灾的蔓延速度和范围，人员的疏散路径和逃生能力也与火灾的危害程度密切相关。因此，传统的评估方法难以满足现代建筑消防安全的需求，需要更加细致、真实地考虑控制因素，以提高火灾预防和控制的能力。

随着计算机科学技术的飞速发展，计算机模拟技术为建筑动态模拟研究提供了理想的工具，也为建筑物室内火灾风险评估开辟了新的途径。计算机模拟技术能够直接考虑建筑物内部空间的影响因素，综合考虑各种风险因素，通过建立火灾模型，对火灾的燃烧过程、烟气传播、人员疏散等情况进行模拟分析，从而更加准确地评估火灾风险。利用计算机模拟软件，可以模拟不同火灾场景下的温度分布、烟气浓度变化、人员疏散时间等参数，为火灾风险评估提供详细的数据支持。这种技术能够弥补传统评估方法的不足，为建筑消防安全设计和管理提供更加科学、可靠的依据。

1.2国内外研究现状

随着计算机技术的飞速发展，利用计算机模拟评估室内火灾风险已成为国内外研究的热点领域。国内外学者在该领域开展了大量研究，取得了一系列重要成果。

在国外，计算机模拟技术在室内火灾风险评估中的应用起步较早。20世纪80年代，美国国家标准与技术研究院（NIST）开发了FDS（FireDynamicsSimulator）软件，这是一款基于计算流体力学（CFD）原理的火灾模拟软件，能够模拟火灾中的热传递、烟气流动、燃烧过程等复杂现象。此后，FDS软件不断更新完善，被广泛应用于各种建筑火灾的研究中。例如，英国学者利用FDS软件对高层建筑火灾进行模拟，分析了火灾在不同楼层的蔓延情况以及烟气的扩散规律，为高层建筑的消防安全设计提供了重要参考。

在人员疏散模拟方面，国外也有许多成熟的软件和研究成果。EVACNET+软件是一款常用的人员疏散模拟软件，它采用网络模型来描述建筑物的空间结构和人员疏散路径，能够模拟不同场景下人员的疏散行为。瑞典学者通过对大型商场人员疏散的模拟研究，探讨了人员密度、疏散通道宽度等因素对疏散时间的影响，提出了优化人员疏散的策略。

近年来，国外的研究更加注重多物理场耦合和精细化模拟。一些学者将火灾模拟与结构力学、热传导等学科相结合，研究火灾对建筑物结构的影响，以及结构破坏对火灾发展的反馈作用。例如，美国的研究团队利用多物理场耦合模型，模拟了火灾下钢结构建筑的倒塌过程，为火灾事故的预防和救援提供了科学依据。同时，随着人工智能和大数据技术的发展，国外开始探索将这些技术应用于火灾风险评估中，以提高评估的准确性和效率。例如，利用机器学习算法对大量火灾数据进行分析，建立火灾风险预测模型，实现对火灾风险的实时监