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摘要：结合一起宾馆火灾数值模拟实验研究，总结火灾数值模拟实验在分析事故直接原因和灾害成因、总结事故教训、确定事故责任方面的作用，并提出需要注意的问题。
关键词： 火灾调查;数值模拟;宾馆
1引言
事故调查处理作为加强事后监管的重要手段，要求调查人员在查明火灾事故原因的基础上，分析查找火灾风险、消防安全管理漏洞及薄弱环节，分析厘清火灾事故各方责任，并提出针对性的改进意见和措施。因此，利用火灾动力学仿真模型及软件开展数值模拟实验，具有数据化、可视化、客观性、可重复的显著特点，对再现火灾场景、分析灾害成因、明确事故责任有着重要的意义。本文以某宾馆火灾为研究对象，建立数值模拟模型，分析研究灾害成因，为此类事故调查处理提供借鉴。
2某宾馆火灾基本情况
某小型宾馆发生火灾，从底层蔓延至顶层，过火面积上千平方米，造成多人伤亡。
该宾馆所在建筑为7层，高23.6m，建筑面积1350m2。建筑一层临街部分为宾馆大堂，一、二层之间设有夹层，为员工宿舍，二至七层为客房，共有客房40间、床位53个。设有1座室内疏散楼梯和1座室外紧急疏散楼梯，并设有火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、应急照明和疏散指示标志。火灾发生时，自动报警、喷淋、消火栓系统处于关闭状态。
经调查，起火部位位于该宾馆一层夹层内，起火点位于一层夹层员工休息活动室地面中部电烤火炉处，起火原因为电烤火炉引燃覆盖的棉质被套起火。
3火灾数值模拟实验
通过现场模拟实验，同款电烤火炉可以引燃覆盖的棉质被套，但受实验时间和场地限制等因素影响，该宾馆火灾无法开展全尺度火灾实验。因此利用火灾动力学仿真模型及软件进行火灾事故的数值模拟，是一种高效的、通用的调查研究方式，通过模拟可以计算和分析火灾中的烟气流动和热传递过程，模拟喷淋等消防设施的工作过程，能够获取实体实验难以检测的数据和现象。
3.1模型实验方案设定
该建筑较为复杂，因此采用多套网格进行构建模型，第一层至第三层采用0.1m×0.1m×0.1m的网格，第四层至第七层采用0.2m×0.2m×0.2m，开展并行计算。计算区域与外部环境间的界面采用自由边界，允许流体自由进入和离开。自由边界上的压力为标准大气压，温度为10℃，能见度为30m。楼层间有楼梯相连，楼梯口开放，外窗关闭。生存条件的评定标准为：距离地面高度2m处温度上限60℃，能见度10m，CO体积分数上限1%。
根据调查结果，宾馆内的自动喷淋系统在火灾发生时并未开启，因此在数值模拟实验中，设置了喷淋系统是否启动的两种工况，通过分析烟气蔓延情况、温度、可见度参数的模拟结果。
3.2热释放速率分析
火灾场景下热释放率随时间变化结果如图2所示。无喷淋系统防护的工况下，0至355s为火灾发展阶段，355s以后火灾处于稳定阶段;有喷淋系统防护的工况下，0至405s为火灾发展阶段，405s以后火灾处于稳定阶段。喷淋开启后，热释放速率在火灾发展阶段有所降低，火灾达到稳定阶段的时间在喷淋系统的作用下后延50s。
3.3烟气蔓延分析
火灾发生后整栋宾馆的烟气蔓延情况如图3、4所示，为便于观察，在Smoke view中对墙体隐藏，直接显示烟气在空间中的蔓延。图3为无喷淋系统防护的工况下烟气蔓延情况，可以看到，火灾发生后100s，宾馆夹层已经被烟气覆盖;200s时，二楼楼梯口空间形成蓄烟池，由于室内疏散楼梯为敞开式，烟气开始通过室内疏散楼梯向上蔓延;300s时，烟气通过楼梯间蔓延至七层;400s时，烟气已充满整个楼道。
图4为有喷淋系统防护的工况下烟气蔓延情况，可以看到，火灾发生后100s，宾馆夹层被烟气覆盖;200s时，烟气還未通过室内疏散楼梯向上蔓延;300s时，烟气通过楼梯间蔓延至五层;400s时，烟气蔓延至七层。通过对比可知，喷淋系统的使用会加速烟气的沉降，同时破坏烟气层的稳定流动，能够在一定程度上延缓烟气的蔓延，但效果并不是十分明显。
图5为有喷淋系统防护的工况下温度分布情况，通过对比可发现，喷淋系统的开启对火灾场景中竖直方向上的温度降低是明显的。除了发生火灾的夹层和二层外，其他楼层的对应位置均可将温度降低到临界安全温度以下，均不会超过60℃，为人员的安全疏散逃生提供了充分的保障。
4实验结果分析及应用
（1）从整个建筑模型看，宾馆夹层内设置员工宿舍和休息区域，是不合理而且十分危险的。正是员工在休息区域随意使用存在安全隐患的电烤火炉进行取暖，没有及时断电关机，导致火灾的发生。
（2）通过有无喷淋工况下热释放速率对比情况看，喷淋系统开启后，火灾热释放速率有所降低，火灾达到猛烈阶段的时间在喷淋系统的作用下后延60s，同时火灾释放的最大热量也有所减小，部分楼层的温度降低到临界安全温度以下。宾馆的火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统在火灾发生时处于关闭状态，失去了应有的报警和灭火功能，致使火灾发现晚、控制晚，是造成火灾蔓延扩大的重要原因。
（3）通过宾馆建筑内烟气蔓延情况分析，在喷淋系统未开启的情况下，5分钟以内烟气就蔓延至第7层，随后充满整个楼道和室内走廊区域。即便是开启喷淋系统，在无法自然排烟、没有机械排烟系统介入的情况下，7分钟以内烟气也会充满整个楼道和室内走廊区域，说明该宾馆的楼梯间防烟设置极不合理，这也是为什么从夹层至7层都有人员伤亡的重要原因，此类宾馆在满足标准规范要求的前提下，完善防排烟设施，提高火灾抗御能力。
（4）通过火场温度分析可知，温度在竖直方向上提升很快，特别是楼梯间区域，100s时已经达到临界安全温度，二层至六层的7名遇难旅客，有的是因为盲目进入走廊区域遭遇高温热烟气，有的是因为打开房门导致烟气进入，无法安全逃生。模拟可知，未打开门的房间温度远低于临界安全温度，如果旅客关闭房门在达到房间内躲避，就能够有效的避开高温热烟气的危害，这也是其他旅客的安全逃生的主要原因。 （5）通过火场CO浓度分析可知，火灾初期楼梯间的CO浓度并不高，旅客逃生过程中如果使用过滤式自救呼吸器，可以提高安全逃生几率。但在火灾发生7分钟以后，楼梯间内CO就能达到致死浓度，此时贸然穿过敞开式的楼梯间是十分危险的，吸入过量CO是导致多名旅客死亡的重要原因，这也符合尸检报告记载的情况。因此，在宾馆房间内配备过滤式自救呼吸器是十分必要的。消防救援人员在进入此类火场是必须佩戴空气呼吸器，确保自身安全。
5结论
（1）火灾数值模拟实验作为一种重构火灾现场的科学手段，随着计算机科学和数值计算方法的发展，在火灾科学研究方面得到了广泛应用，比全尺度实验，数值模拟实验有效率高、成本低、可重复性强等优点，在还原火灾场景的同时，可以得到热释放速率、通风因子、温度分布、CO浓度、能见度等现场勘查所无法获得的细节性参数，对于查找火灾风险、消防安全管理漏洞及薄弱环节，分析厘清火灾事故各方责任也具有较大意义。
（2）与传统证据相比，火灾数值模拟实验的结论具有电子证据客观、公正的显著特征，在作为证据使用时，既要考虑其特殊性，又不在可采性与证明力方面予以差别对待，应当严格遵循关联性、合法性与真实性标准。同时，在数值模拟实验的过程中，必须重视模型参数设定的客观、真实和合理性，最大限度减弱人为因素对实验结果的干扰，进一步提高火灾数值模拟结论的证据力和证明力。
参考文献
[1] 单桂薇， 葛政. 基于FDS的快捷酒店房间火灾数值模拟[J]. 武警学院学报， 2014， 30（004）：62-64.
[2] 廖宏平. 由长沙市西娜湾宾馆"1·13”重大火灾谈社会单位超配消防设施的管理[J]. 消防技术与产品信息， 2016， 000（008）：99-100.
[3] 吕向阳. 数值模拟技术在火灾调查中的应用研究[D]. 沈阳航空航天大学， 2012.
[4] 任中. 面向事故调查的火灾数值再现方法研究及应用[D]. 上海交通大学， 2009.
[5] 濮凡， 李杰， 李贤斌. 数值模擬在我国火灾研究中的应用[J]. 安全， 2019（06）：54-59.
作者简介：王哲亮，性别：男，出生年月：1986年6月1日出生，籍贯：湖南长沙，民族：汉族，学历：硕士，职称：助理工程师，研究方向：消防安全、火灾调查
董瑶，性别：女，出生年月：1988年12月3日出生，籍贯：河南驻马店，民族：汉族，学历：硕士，研究方向：消防安全
关键词： 火灾调查;数值模拟;宾馆
1引言
事故调查处理作为加强事后监管的重要手段，要求调查人员在查明火灾事故原因的基础上，分析查找火灾风险、消防安全管理漏洞及薄弱环节，分析厘清火灾事故各方责任，并提出针对性的改进意见和措施。因此，利用火灾动力学仿真模型及软件开展数值模拟实验，具有数据化、可视化、客观性、可重复的显著特点，对再现火灾场景、分析灾害成因、明确事故责任有着重要的意义。本文以某宾馆火灾为研究对象，建立数值模拟模型，分析研究灾害成因，为此类事故调查处理提供借鉴。
2某宾馆火灾基本情况
某小型宾馆发生火灾，从底层蔓延至顶层，过火面积上千平方米，造成多人伤亡。
该宾馆所在建筑为7层，高23.6m，建筑面积1350m2。建筑一层临街部分为宾馆大堂，一、二层之间设有夹层，为员工宿舍，二至七层为客房，共有客房40间、床位53个。设有1座室内疏散楼梯和1座室外紧急疏散楼梯，并设有火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、应急照明和疏散指示标志。火灾发生时，自动报警、喷淋、消火栓系统处于关闭状态。
经调查，起火部位位于该宾馆一层夹层内，起火点位于一层夹层员工休息活动室地面中部电烤火炉处，起火原因为电烤火炉引燃覆盖的棉质被套起火。
3火灾数值模拟实验
通过现场模拟实验，同款电烤火炉可以引燃覆盖的棉质被套，但受实验时间和场地限制等因素影响，该宾馆火灾无法开展全尺度火灾实验。因此利用火灾动力学仿真模型及软件进行火灾事故的数值模拟，是一种高效的、通用的调查研究方式，通过模拟可以计算和分析火灾中的烟气流动和热传递过程，模拟喷淋等消防设施的工作过程，能够获取实体实验难以检测的数据和现象。
3.1模型实验方案设定
该建筑较为复杂，因此采用多套网格进行构建模型，第一层至第三层采用0.1m×0.1m×0.1m的网格，第四层至第七层采用0.2m×0.2m×0.2m，开展并行计算。计算区域与外部环境间的界面采用自由边界，允许流体自由进入和离开。自由边界上的压力为标准大气压，温度为10℃，能见度为30m。楼层间有楼梯相连，楼梯口开放，外窗关闭。生存条件的评定标准为：距离地面高度2m处温度上限60℃，能见度10m，CO体积分数上限1%。
根据调查结果，宾馆内的自动喷淋系统在火灾发生时并未开启，因此在数值模拟实验中，设置了喷淋系统是否启动的两种工况，通过分析烟气蔓延情况、温度、可见度参数的模拟结果。
3.2热释放速率分析
火灾场景下热释放率随时间变化结果如图2所示。无喷淋系统防护的工况下，0至355s为火灾发展阶段，355s以后火灾处于稳定阶段;有喷淋系统防护的工况下，0至405s为火灾发展阶段，405s以后火灾处于稳定阶段。喷淋开启后，热释放速率在火灾发展阶段有所降低，火灾达到稳定阶段的时间在喷淋系统的作用下后延50s。
3.3烟气蔓延分析
火灾发生后整栋宾馆的烟气蔓延情况如图3、4所示，为便于观察，在Smoke view中对墙体隐藏，直接显示烟气在空间中的蔓延。图3为无喷淋系统防护的工况下烟气蔓延情况，可以看到，火灾发生后100s，宾馆夹层已经被烟气覆盖;200s时，二楼楼梯口空间形成蓄烟池，由于室内疏散楼梯为敞开式，烟气开始通过室内疏散楼梯向上蔓延;300s时，烟气通过楼梯间蔓延至七层;400s时，烟气已充满整个楼道。
图4为有喷淋系统防护的工况下烟气蔓延情况，可以看到，火灾发生后100s，宾馆夹层被烟气覆盖;200s时，烟气還未通过室内疏散楼梯向上蔓延;300s时，烟气通过楼梯间蔓延至五层;400s时，烟气蔓延至七层。通过对比可知，喷淋系统的使用会加速烟气的沉降，同时破坏烟气层的稳定流动，能够在一定程度上延缓烟气的蔓延，但效果并不是十分明显。
图5为有喷淋系统防护的工况下温度分布情况，通过对比可发现，喷淋系统的开启对火灾场景中竖直方向上的温度降低是明显的。除了发生火灾的夹层和二层外，其他楼层的对应位置均可将温度降低到临界安全温度以下，均不会超过60℃，为人员的安全疏散逃生提供了充分的保障。
4实验结果分析及应用
（1）从整个建筑模型看，宾馆夹层内设置员工宿舍和休息区域，是不合理而且十分危险的。正是员工在休息区域随意使用存在安全隐患的电烤火炉进行取暖，没有及时断电关机，导致火灾的发生。
（2）通过有无喷淋工况下热释放速率对比情况看，喷淋系统开启后，火灾热释放速率有所降低，火灾达到猛烈阶段的时间在喷淋系统的作用下后延60s，同时火灾释放的最大热量也有所减小，部分楼层的温度降低到临界安全温度以下。宾馆的火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统在火灾发生时处于关闭状态，失去了应有的报警和灭火功能，致使火灾发现晚、控制晚，是造成火灾蔓延扩大的重要原因。
（3）通过宾馆建筑内烟气蔓延情况分析，在喷淋系统未开启的情况下，5分钟以内烟气就蔓延至第7层，随后充满整个楼道和室内走廊区域。即便是开启喷淋系统，在无法自然排烟、没有机械排烟系统介入的情况下，7分钟以内烟气也会充满整个楼道和室内走廊区域，说明该宾馆的楼梯间防烟设置极不合理，这也是为什么从夹层至7层都有人员伤亡的重要原因，此类宾馆在满足标准规范要求的前提下，完善防排烟设施，提高火灾抗御能力。
（4）通过火场温度分析可知，温度在竖直方向上提升很快，特别是楼梯间区域，100s时已经达到临界安全温度，二层至六层的7名遇难旅客，有的是因为盲目进入走廊区域遭遇高温热烟气，有的是因为打开房门导致烟气进入，无法安全逃生。模拟可知，未打开门的房间温度远低于临界安全温度，如果旅客关闭房门在达到房间内躲避，就能够有效的避开高温热烟气的危害，这也是其他旅客的安全逃生的主要原因。 （5）通过火场CO浓度分析可知，火灾初期楼梯间的CO浓度并不高，旅客逃生过程中如果使用过滤式自救呼吸器，可以提高安全逃生几率。但在火灾发生7分钟以后，楼梯间内CO就能达到致死浓度，此时贸然穿过敞开式的楼梯间是十分危险的，吸入过量CO是导致多名旅客死亡的重要原因，这也符合尸检报告记载的情况。因此，在宾馆房间内配备过滤式自救呼吸器是十分必要的。消防救援人员在进入此类火场是必须佩戴空气呼吸器，确保自身安全。
5结论
（1）火灾数值模拟实验作为一种重构火灾现场的科学手段，随着计算机科学和数值计算方法的发展，在火灾科学研究方面得到了广泛应用，比全尺度实验，数值模拟实验有效率高、成本低、可重复性强等优点，在还原火灾场景的同时，可以得到热释放速率、通风因子、温度分布、CO浓度、能见度等现场勘查所无法获得的细节性参数，对于查找火灾风险、消防安全管理漏洞及薄弱环节，分析厘清火灾事故各方责任也具有较大意义。
（2）与传统证据相比，火灾数值模拟实验的结论具有电子证据客观、公正的显著特征，在作为证据使用时，既要考虑其特殊性，又不在可采性与证明力方面予以差别对待，应当严格遵循关联性、合法性与真实性标准。同时，在数值模拟实验的过程中，必须重视模型参数设定的客观、真实和合理性，最大限度减弱人为因素对实验结果的干扰，进一步提高火灾数值模拟结论的证据力和证明力。
参考文献
[1] 单桂薇， 葛政. 基于FDS的快捷酒店房间火灾数值模拟[J]. 武警学院学报， 2014， 30（004）：62-64.
[2] 廖宏平. 由长沙市西娜湾宾馆"1·13”重大火灾谈社会单位超配消防设施的管理[J]. 消防技术与产品信息， 2016， 000（008）：99-100.
[3] 吕向阳. 数值模拟技术在火灾调查中的应用研究[D]. 沈阳航空航天大学， 2012.
[4] 任中. 面向事故调查的火灾数值再现方法研究及应用[D]. 上海交通大学， 2009.
[5] 濮凡， 李杰， 李贤斌. 数值模擬在我国火灾研究中的应用[J]. 安全， 2019（06）：54-59.
作者简介：王哲亮，性别：男，出生年月：1986年6月1日出生，籍贯：湖南长沙，民族：汉族，学历：硕士，职称：助理工程师，研究方向：消防安全、火灾调查
董瑶，性别：女，出生年月：1988年12月3日出生，籍贯：河南驻马店，民族：汉族，学历：硕士，研究方向：消防安全