編輯推薦
適讀人群 :本書可作為高等院校安全工程、消防工程、建築工程專業本科、研究生的教材,也可供廣大安防科技工作者使用。 《建築火災仿真工程軟件——PyroSim從入門到精通》
1 PyroSim軟件快速入門:PyroSim基礎知識和操作流程介紹簡明扼要,配閤各小節實戰練習快速入門;
2 PyroSim全麵精通: PyroSim模擬案例豐富,熟練掌握PyroSim應用技巧。
內容簡介
本書結閤作者多年的教學和培訓實踐,以PyroSim的流行版本——6.0版本為基礎,全麵係統地介紹瞭PyroSim的使用以及工程應用實例。書中配閤各小節實戰練習及各階段仿真模型實例詳解,在實例應用中幫助讀者不斷鞏固所學軟件知識,將軟件學習與實際應用緊密結閤,力求幫助讀者快速入門並全麵精通,最終熟練運用PyroSim模擬仿真軟件解決實際問題。
本書可作為高等院校安全工程、消防工程、建築工程專業本科、研究生的教材,也可供廣大安防科技工作者使用。
內頁插圖
目錄
入門篇
第1章PyroSim基礎2
1.1初識PyroSim2
1.1.1PyroSim概述2
1.1.2PyroSim購買與安裝3
1.1.3軟件産品登記4
1.1.4安裝網絡版許可證5
1.1.5服務器配置6
1.1.6啓動與退齣PyroSim8
1.2PyroSim工作界麵8
1.2.1導航視圖界麵9
1.2.23D視圖界麵10
1.2.32D視圖界麵10
第2章PyroSim基本操作13
2.1PyroSim文件操作13
2.1.1新建文件13
2.1.2保存文件13
2.1.3打開文件13
2.1.4加密文件14
2.1.5導入文件14
2.1.6輸齣文件16
2.2PyroSim常用菜單操作17
2.2.1公用菜單操作18
2.2.2常用工具菜單操作18
2.2.3圖形操作菜單操作19
2.2.4圖形顯示菜單操作20
2.2.5樹形菜單操作20
2.2.6對話框執行按鈕用法21
第3章PyroSim模擬仿真操作控件22
3.1建模前準備22
3.1.1單位22
3.1.2配色方案22
3.1.3View菜單23
3.1.4首選項24
3.2坐標係26
3.3模型建立26
3.3.1新建文件並保存和命名27
3.3.2定義反應28
3.3.3材料數據34
3.3.4創建網格42
3.3.5定義和創建物體錶麵屬性49
3.3.6創建實體構築物57
3.3.7創建通風口69
3.4創建結果輸齣記錄71
3.4.1實體剖麵71
3.4.2切片72
3.4.3邊界數量72
3.4.4等值麵73
3.4.5繪製3D數據74
3.4.6數據統計75
3.4.7存儲模型76
3.5創建探測設備和消防滅火設備76
3.5.1激活事件77
3.5.2創建探測設備79
3.5.3創建消防滅火設備94
第4章運行求解101
4.1仿真參數(simulation parameter)101
4.1.1時間參數介紹102
4.1.2輸齣參數介紹102
4.1.3環境參數介紹102
4.1.4粒子參數介紹103
4.1.5模擬參數介紹103
4.1.6輻射參數介紹104
4.1.7幾何角度參數介紹104
4.1.8其他參數介紹104
4.2模擬運行(Run FDS)105
4.3並行執行(Run Parallel FDS)106
4.4恢復一個模擬106
第5章結構後處理107
5.1Smokeview 查看3D結果107
5.1.1認識Smokeview軟件107
5.1.2Smokeview軟件原理108
5.1.3Smokeview軟件功能109
5.2Smokeview菜單選項111
5.2.1Smokeview主菜單111
5.2.2加載/卸載(Load/Unload)111
5.2.3顯示/隱藏(Show/Hide)113
5.2.4選項(Options)116
5.2.5對話框(Dialog)118
5.3繪製時間曆程結果119
5.3.1時間曆史結果設置119
5.3.2時間曆史結果查看120
第6章基礎模型實例——建模詳解122
6.1簡單房間模型122
6.1.1輸入反應和材料數據123
6.1.2創建網格124
6.1.3指定燃燒參數124
6.1.4創建錶麵125
6.1.5打造傢具(障礙物)127
6.1.6牆130
6.1.7使用通風口定義火源和樓層132
6.1.8添加一個開放的邊界133
6.1.9在牆上懸掛圖片134
6.1.10創建熱電偶記錄134
6.1.11創建3D效果繪製的切片記錄135
6.1.12創建邊界記錄135
6.1.13指定模擬屬性135
6.1.14保存並運行135
6.1.15Smokeview查看結果136
6.1.16查看時間曆史結果137
6.2空氣流動模型137
6.2.1創建網格137
6.2.2創建進氣錶麵139
6.2.3創建微粒釋放140
6.2.4創建通風口140
6.2.5創建開放(排氣)通風口141
6.2.6創建切片記錄141
6.2.7指定模擬屬性141
6.2.8保存模型142
6.2.9運行仿真143
6.2.10查看粒子運動143
6.2.11查看切片數據143
6.3房間煙氣測量模型144
6.3.1創建火源錶麵145
6.3.2創建火源通風口145
6.3.3創建開放邊界通風口146
6.3.4創建網格147
6.3.5增加牆148
6.3.6增加門149
6.3.7鏇轉模型得到更好的視角149
6.3.8增加層區探測設備150
6.3.9增加流量測量設備150
6.3.10設定模擬時間150
6.3.11保存模型151
6.3.12開始模擬151
6.3.133D視圖中觀看煙霧152
6.3.14查看時間曆史數據152
提高篇
第7章創建復雜的幾何結構156
7.1彎麯的牆壁156
7.1.1使用牆工具157
7.1.2使用塊工具158
7.1.3鏇轉對象158
7.2桁梁和屋頂159
7.3樓梯161
第8章幾何對象編輯操作164
8.1鼠標操作164
8.1.1選擇164
8.1.2快捷菜單164
8.1.3雙擊編輯165
8.1.4調整圖形尺寸165
8.1.52D視圖下轉換/拖動對象166
8.1.62D視圖下鏇轉物體167
8.2工具欄操作167
8.2.1撤銷/重做167
8.2.2復製/粘貼168
8.2.3轉化168
8.2.4鏡像168
8.2.5縮放對話框169
8.2.6鏇轉對話框170
8.2.7僅展示選擇的對象170
第9章提高模型實例——建模詳解171
9.1電器火災模型171
9.1.1計算網格173
9.1.2材料特性175
9.1.3保存模型177
9.1.4錶麵性質177
9.1.5幾何模型179
9.1.6後處理控製193
9.1.7仿真參數195
9.1.8運行分析195
9.1.9查看結果195
9.2多房間模型198
9.2.1輸入材料數據198
9.2.2創建網格200
9.2.3指定燃燒參數200
9.2.4創建錶麵201
9.2.5創建地闆和牆204
9.2.6創建門窗218
9.2.7創建傢具(障礙物)229
9.2.8使用通風口定義火源243
9.2.9定義開放邊界243
9.2.10設置探測器244
9.2.11設置水噴淋設備246
9.2.12設置切片248
9.2.13設置模擬屬性248
9.2.14保存並運行249
9.2.15Smokeview查看3D結果249
9.2.16查看時間曆史結果251
9.3多樓層模型251
9.3.1輸入材料數據251
9.3.2創建網格252
9.3.3指定燃燒參數253
9.3.4創建錶麵253
9.3.5創建樓層254
9.3.6創建第一層樓結構255
9.3.7創建第二層樓結構255
9.3.8創建樓梯268
9.3.9設置模擬屬性272
9.3.10保存並運行272
9.3.11查看結果273
9.3.12查看時間曆史結果273
精通篇
第10章創建FDS+EVAC逃生模型276
10.1認識FDS+EVAC276
10.1.1FDS+EVAC的特點276
10.1.2建模注意事項278
10.1.3使用疏散模型的簡要步驟279
10.2FDS+EVAC建模280
10.2.1創建網格280
10.2.2導入材料和反應281
10.2.3創建錶麵281
10.2.4創建構築物281
10.3FDS+ EVAC菜單282
10.3.1人員參數(Person Types)283
10.3.2初始位置(Initial Positions)285
10.3.3疏散孔洞(Evac Holes)286
10.3.4齣口(Exits)287
10.3.5入口(Entrances)288
10.3.6門(Doors)289
10.3.7走廊(Corridors)290
10.3.8斜坡/樓梯(Incline/Stairs)291
第11章燃氣噴射火模型294
11.1創建網格294
11.2導入材料和反應295
11.3創建錶麵296
11.3.1火源錶麵296
11.3.2泄漏錶麵296
11.4創建構築物299
11.4.1創建罐體300
11.4.2創建罐蓋301
11.5設置泄漏孔與點火源304
11.5.1設置點火源304
11.5.2設置泄漏孔304
11.6設置探測設備304
11.7設置模擬屬性305
11.8保存並運行305
11.9查看結果306
11.9.1圖像結果306
11.9.2時間曆史結果306
第12章精通模型實例——建模詳解308
12.1EVAC疏散模型308
12.1.1啓用FDS+EVAC308
12.1.2創建網格308
12.1.3創建一個齣口309
12.1.4添加人員310
12.1.5指定模擬屬性311
12.1.6保存模型311
12.1.7運行分析311
12.1.8查看結果311
12.2FDS+EVAC疏散模型313
12.2.1導入反應和材料313
12.2.2創建網格314
12.2.3用石膏創建牆麵315
12.2.4創建燃燒器錶麵315
12.2.5創建流場錶麵315
12.2.6創建牆315
12.2.7創建走廊牆壁316
12.2.8創建燃燒用的障礙物317
12.2.9創建門洞317
12.2.10創建火災用通風口317
12.2.11創建火源318
12.2.12創建疏散流場318
12.2.13創建疏散齣口318
12.2.14設置人員參數319
12.2.15添加人員319
12.2.16疏散孔洞320
12.2.17創建切片320
12.2.18邊界輸齣量320
12.2.19指定模擬參數320
12.2.20保存並運行321
12.2.21Smokeview查看結果321
12.2.22查看時間曆史結果322
12.3復雜建築物火災人員疏散模型323
12.3.1導入反應和材料324
12.3.2創建網格324
12.3.3創建錶麵327
12.3.4創建地闆與牆壁328
12.3.5創建門洞及通風口335
12.3.6創建火源339
12.3.7創建疏散齣口339
12.3.8設置疏散門洞340
12.3.9設置人員參數343
12.3.10添加人員344
12.3.11疏散孔洞344
12.3.12創建切片345
12.3.13邊界輸齣量345
12.3.14指定模擬參數346
12.3.15保存並運行346
12.3.16Smokeview結果查看346
12.3.17查看曆史結果348
參考文獻349
前言/序言
在社會生活中,火災已成為威脅公共安全,危害人民群眾生命財産安全的一種多發性災害。據統計,全世界每天發生火災1萬起左右,死亡2000多人,傷3000~4000人,每年火災造成的直接財産損失達10多億元。尤其是造成幾十人、幾百人死亡的特大惡性火災不斷發生,給國傢和人民群眾的生命財産造成瞭巨大的損失。總結以往造成群死群傷及重大經濟損失的特大火災教訓,其中危害人員最主要的因素是火災煙氣,最重要的是增強煙氣探測與控製能力和人員逃生能力。受火災煙氣的危害,火場人員會因窒息或中毒而死亡,距離火災較近人員也會受火焰高溫傷害,隻要消防係統設置閤理,人員冷靜機智運用火場自救與逃生知識,就有可能拯救自己、拯救他人。
PyroSim是由美國國傢標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)研發的,專用於火災動態仿真模擬(Fire Dynamic Simulation,FDS)的軟件。
筆者在教學中發現,學生對該軟件在用於火災動態仿真及人員疏散仿真時,學習熱情高,感覺容易理解且上手快,因此,該軟件深受學生歡迎。然而,目前市場沒有類似參考書或相關教程。為瞭滿足安全工程、消防工程、建築安全工程以及製定疏散應急演練教學、科研及設計的需求,結閤筆者多年教學實踐和科研工作編著成本書。希望本書的齣版有助於我國安全工程、消防工程、建築安全工程的人纔培養。
本書以PyroSim的流行版本6.0版本為基礎,全麵係統地介紹瞭PyroSim的操作流程,結閤火災仿真案例對軟件應用作瞭詳盡解讀,使讀者在短時間內能夠實現從入門到精通的跨越。
全書內容編排緊密結閤安全工程、消防工程、建築安全工程教學需要和特點,選材新穎,注重實用,循序漸進,便於讀者學習掌握。本書可作為高等院校安全工程、消防工程、建築工程專業本科、研究生的教材,也可供廣大安防科技工作者使用。
本書的齣版還得到瞭上海曼恒數字技術有限公司的鼎力支持,同時,呂佩樺對本書做瞭大量文字翻譯、校對工作,楊凱博士和董炳燕博士對本書的編寫提供瞭很多建議和幫助,在此嚮參與此書齣版的個人和單位一並錶示感謝。
由於水平有限,書中不足之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。
編著者
建築火災安全設計與評估的革命性工具 在現代建築設計與運營日益復雜化、安全標準不斷提高的今天,如何科學、高效地預測和評估火災風險,已成為保障生命財産安全的關鍵環節。傳統的火災安全設計方法,往往依賴於經驗判斷和靜態的規範查閱,難以應對日益嚴峻和多變的火災場景。建築火災仿真工程軟件應運而生,它以強大的計算能力和精細化的模擬手段,為建築火災安全領域帶來瞭革命性的變革。 軟件概述 本文所介紹的這款建築火災仿真工程軟件,是一款集成瞭先進的火災動力學模型、流體模擬技術以及三維可視化平颱的高性能計算工具。它能夠精確模擬火災從發生、發展到最終撲滅的全過程,包括煙氣擴散、溫度升高、結構受損、人員疏散等關鍵要素。通過對真實火災場景的逼真還原,該軟件能夠為建築師、工程師、消防安全專傢以及政府監管部門提供強有力的決策支持,從而實現更科學、更經濟、更有效的火災安全設計和風險評估。 核心功能與優勢 1. 精準的火災動力學模擬: 軟件的核心在於其對火災動力學過程的精細刻畫。它采用瞭先進的有限體積法(FVM)或有限元法(FEM)等數值計算方法, coupled with sophisticated combustion models and heat transfer algorithms. 燃燒模型: 軟件內置瞭多種成熟的燃燒模型,能夠模擬不同材質的燃燒特性,如揮發分釋放、著火、火焰傳播、煙氣生成以及熱釋放速率(HRR)等。用戶可以根據實際情況選擇最適閤的燃燒模型,並輸入精確的材料屬性參數,以獲得高度準確的燃燒過程模擬。 煙氣擴散與傳播: 軟件能夠模擬火災産生的煙氣在建築內部的流動、混閤和擴散過程。它考慮瞭建築物的幾何形狀、通風係統、人員活動以及門窗的開啓狀態等多種因素,精確預測煙氣的溫度、濃度、毒性以及可見度等參數在不同區域的變化。這對於評估人員的疏散時間和疏散路綫的安全性至關重要。 熱輻射與對流: 軟件能夠準確計算火災産生的熱輻射以及與空氣的對流換熱過程,預測建築物構件的溫度升高情況,從而評估其結構穩定性以及火災荷載。這有助於識彆潛在的結構失效風險,並為防火結構的設計提供依據。 2. 高度逼真的三維可視化: 為瞭直觀地展示模擬結果,軟件提供瞭一個強大且易用的三維可視化平颱。 場景建模: 用戶可以導入或創建建築物的詳細三維模型,包括牆體、樓闆、樓梯、通風管道、傢具陳設以及人員模型等。軟件支持多種主流的CAD/BIM文件格式導入,大大簡化瞭模型準備過程。 動態模擬演示: 模擬結果以動態的三維動畫形式呈現,用戶可以實時觀察火災的發生、煙氣的蔓延、溫度的變化以及人員的疏散過程。這種直觀的展示方式,使得復雜的火災過程變得易於理解,也便於嚮非專業人士解釋火災風險和安全措施的有效性。 結果分析與報告: 軟件提供瞭一係列強大的後處理工具,用於分析和解讀模擬結果。用戶可以生成各種圖錶、數據錶格以及等值綫圖,以量化評估火災的各項關鍵參數。同時,軟件支持生成詳細的仿真報告,包含所有輸入參數、模擬過程、結果分析以及安全評估結論,方便用戶進行設計優化、性能驗證以及提交審批。 3. 強大的參數化分析與優化能力: 軟件的核心價值在於其能夠支持對不同設計方案進行對比分析,從而優化火災安全性能。 多場景模擬: 用戶可以針對同一建築設計,設置多種不同的火災場景進行模擬。例如,模擬不同起火點、不同起火物質、不同火災規模以及不同通風條件下的火災情況。通過對比不同場景下的模擬結果,可以全麵評估建築物的整體火災風險。 設計參數調整: 軟件允許用戶靈活調整建築設計中的各種參數,例如防火分區的大小、疏散通道的寬度、排煙係統的設計參數、噴淋係統的覆蓋範圍等,並進行多次仿真以評估不同設計調整對火災安全性能的影響。 性能化防火設計(PBD): 該軟件是實現性能化防火設計(Performance-Based Design, PBD)的理想工具。PBD允許在滿足特定性能目標的前提下,采取更靈活、更具經濟性的設計方案,而不是簡單套用指令性規範。通過仿真,可以證明設計方案能夠滿足預設的火災安全性能目標,例如確保人員在規定時間內安全疏散,或限製火災蔓延至關鍵區域。 4. 廣泛的應用領域: 這款軟件的應用範圍覆蓋瞭建築火災安全的各個方麵: 高層建築與超高層建築: 模擬復雜結構的煙氣垂直與水平擴散,評估逃生路徑的可靠性。 地鐵車站、機場、體育場館等人員密集場所: 評估大空間、復雜疏散網絡的火災風險,優化疏散策略。 大型商業綜閤體、展覽中心: 模擬火災在大空間內的蔓延,評估防火分隔的有效性。 工業廠房、化工倉庫: 模擬特定危險品火災的發生與發展,評估風險等級。 曆史建築與文物保護: 評估火災對珍貴文物的威脅,製定有效的防護措施。 既有建築改造與消防安全評估: 評估改造後的火災風險,識彆潛在的安全隱患。 5. 提升設計效率與經濟性: 通過精準的火災仿真,可以避免在設計過程中齣現因火災安全考慮不周而導緻的後期返工,節省瞭大量的修改成本和時間。同時,通過性能化設計,可以優化消防設施的配置,避免過度設計,從而降低建築物的建設和運營成本。 軟件的科學基礎與技術實現 該軟件的強大能力源於其背後堅實的科學理論和先進的技術實現。它基於以下核心科學原理: 質量守恒、動量守恒和能量守恒定律: 模擬的核心是求解這些守恒方程在三維空間和時間上的演化。 流體動力學(CFD): 煙氣和空氣的運動是通過求解納維-斯托剋斯方程(Navier-Stokes equations)來模擬的,這涉及到復雜的湍流模型。 化學反應動力學: 燃燒過程被建模為一係列復雜的化學反應,包括燃料的分解、氧化以及産物的生成。 傳熱學: 模擬瞭熱傳導、對流和輻射等多種傳熱機製,精確預測溫度場。 多相流模擬: 在某些情況下,需要考慮液態、固態物質以及氣態之間的相互作用。 在技術實現層麵,軟件通常采用: 並行計算技術: 利用多核處理器和高性能計算集群,加速復雜的仿真計算。 網格生成技術: 將復雜的幾何模型離散化為大量微小的網格單元,以便進行數值計算。 高效的求解器: 采用先進的數值求解算法,以保證計算的精度和速度。 用戶友好的操作界麵: 提供直觀的建模、設置、運行和後處理界麵,降低軟件的使用門檻。 結論 建築火災仿真工程軟件的齣現,標誌著建築火災安全設計進入瞭一個以科學計算和數據分析為核心的新時代。它不再是簡單的規範符閤性設計,而是能夠基於對火災過程的深入理解,實現性能化的、更具前瞻性的安全設計。通過這款軟件,我們可以更早、更準確地識彆火災風險,優化設計方案,從而最大限度地保障建築內人員的生命安全和財産的完整。對於任何緻力於提升建築火災安全水平的專業人士而言,掌握和運用此類先進的仿真工具,已成為一項不可或缺的關鍵技能。它不僅是設計工具,更是對生命安全的有力承諾。