2.福建省福州市仓山区福湾路特勤消防大队 福建福州 350000
摘要：在当前社会快速发展的大形势下，社会上火灾事故发生率也逐渐表现出升高趋势，因而科学合理有效开展火灾调查工作也就十分必要。在实际火灾调查工作过程中，为保证其能够取得更加理想的效果，可对数值模拟技术进行合理应用，从而更好分析火灾发生情况，保持火灾调查能够得以更好开展，使火灾调查工作取得满意效果。本文就数值模拟技术在火灾调查中的应用进行分析。
关键词：火灾调查；数值模拟急速；应用
随着现代科学技术不断发展，在社会上各个行业及领域内很多新技术及新手段均得到越来越广泛的应用，并且发挥着重要价值。在当前火灾调查工作过程中，也逐渐开始运用各种现代化技术手段及方法，而其中比较重要的一种就是数值模拟技术，在应用该技术的基础上可更好了解火灾发生实际情况，更好判断火灾实际性质，在此基础上也就能够使火灾调查工作取得更加理想的效果，同时也能够给使火灾调查工作人员工作效率得以提升。
一、火灾调查中常见方法
在实际火灾调查过程中，常见的方法主要包括四个方面，分别为现场勘查、技术鉴定以及调查询问与模拟实验等。在火灾调查工作开展过程中，模拟实验属于十分重要的手段，依据火灾事故调查相关规定，对于一些复杂疑难火灾公安消防机构可实行模拟实验。对于模拟实验而言，其主要就是依据实际情况通过实验方法描述实际情况，对于火灾调查中相关模拟实验，主要就是在实验室内或者火灾现场通过实验方法对火灾事故诱发条件进行描述，从而对起火点及事故原因进行验证，并且对火灾事故蔓延扩大情况进行研究。在模拟实验过程中，应当使其实验条件和火灾现场条件保持一致，若多次实验结果存在较大差异，则应当反复进行实验，对于比较特殊的一些情况，需要在火灾现场开展实验时，应当保证完成现场勘查且现场确认不需保存之后才能够开展实验，这必然对火灾调查工作提出更高要求。就目前实际情况而言，在火灾原因调查过程中，其工作难点就是在认定起火点部位与起火点方面，很大程度上都是依据调查工作人员自身经验判断，相关技术验证比较缺乏。在实际工作过程中，物证技术鉴定范围及手段仍无法使火灾原因认定需求得到满足，同时一些较专业且较抽象认定结论往往很难被人们理解及接受，因而积极发展现代化调查手段已经成为必要任务。
二、数值模拟技术概述
随着计算机技术及模拟技术不断发展，在火灾调查过程中计算机数值模拟技术也有着越来越广泛的应用，可利用该技术实行数值模拟火灾实验，从而更好了解火灾发生情况。对于数值模拟火灾实验而言，其在火灾调查过程中属于动态量化研究的一种方法。随着各种软件模型不断完善，其功能不断增强，在火灾调查中该技术也表现出越来越明显的应用优势，同时在计算机数值技术及计算机燃烧学不断发展的基础上，在火灾调查中数值模拟技术的应用也成为更大可能，为该技术应用提供更好理论基础。在当前火灾调查过程中，模拟实验属于十分重要的一种手段，然而，在实际调查过程中，全尺度实验的开展不但会受到场地及费用限制，并且也很难全面进行数据采集，其实施难度相对而言比较大，而小尺度实验很难使所有条件要求均能够得到较好满足，很难使所有数据可靠性均得到较好保证。在火灾实验模拟过程中，可通过相似及简化原理，对火灾影响不同过程及相关组要因素之间相互作用逐一进行研究，其模拟结果具有较大普遍性。在火灾调查工作过程中，火灾发展过程数值模拟属于重要补充，对于计算机数值模拟火灾实验而言，其具有时间周期较短及经济成本较低特点，可方便开展对比实验，在火灾研究方面属于一种新兴且有效手段。在火灾调查工作过程中，在应用计算机数值模拟技术的基础上，可使工作难点问题得以较好解决，其最直接体现就是对火灾发生及发展过程进行模拟，可对起火部位及人员死亡因素进行验证。
三、当前火灾数值模拟技术中常见火灾数学模型
在当前火灾调查工作过程中，在利用计算机技术的基础上可使火灾过程相关数据模拟得以实现，可构建火灾数据模型，使火灾现场得以重现，也就能够更好了解火灾发生实际情况。对于数值模拟技术而言，其核心内容就是火灾数学模型，在模拟相同火灾过程相关数值方面，选择各种不同火灾数学模型，则在使用范围内可取得比较合理的计算结果。就当前数值模拟技术使应用情况而言，常见火灾数学模型主要包括四种，分别为网络模型、区域模型以及经验模型与场模型，下面详细进行分析。
第一，网络模型。对于网络模型而言，其主要就是将整个建筑物作为整体系统对待，将建筑物中每个封闭空间均当作网络节点，利用空气流动路径可使网络节点实现相连，在此基础上利用能量守恒定量及质量守恒定量研究整个建筑物内部空气流动情况、烟气传播情况及压力分布情况等，可对建筑物内部严控系统效果进行评价，并且可较好分析火灾安全。
第二，区域模型。对于区域模型而言，其所指的就是对所研究受限空间进行分隔，使其成为不同区域，对于不同区域内相关物理量参数进行一致设定，在不同区域之间，区域与边界及火源之间才能够有质能交换发生。在区域模型中，整个建筑物可分为上下两个部分，其中上部分属于热烟气层，而下部分为冷空气层，其属于简化的一种物理模型，该模型不但能够对火灾发展过程进行模拟，并且还能够对火灾发生之后烟气蔓延及发展情况进行研究，在火灾危险性分析及以及设计消防工作中有着十分广泛的应用。
第三，经验模型。所谓经验模型主要就是依据实验测试所得到相关数据及实际工作经验，在此基础上利用数学方法实行简化处理，然后与热物性参数进行结合，从而构建相关数学模型。随着当前火灾研究不断深入开展，所积累相关火灾数据及经验也在不断增加，在利用这些数据及经验的基础上实行模型构建，从而可对火灾发展情况实行较好评估。
第四，场模型。对于火灾场模拟而言，其主要就是通过计算状态参数对火灾发展相关数值进行模拟的一种方法。在利用计算机技术的基础上，可对火灾实际发展过程中各种不同参数实际变化及分布情况进行计算。在场模型中可引入复杂变量，在此基础上可对火灾实际发展过程中相关参数变量实行精确计算。在当前火灾发展过程研究方面，场模型属于能够精确进行计算的一种数学模型，在实际应用中所表现出优势相对而言更加明显，在实际火灾调查中的应用也就越来越广泛[1-2]。另外，对于场模型而言，其本质上属于比较复杂的一种湍流力学模型，其基础为质量守恒、动量守恒以及能量守恒与化学反应定律等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在该模型中可将整体空间划分为不同小单元，这些小单元之间相互关联，依据这些小单元内及不同小单元之间方程组可求解质量方程、动量方程及能量方程，从而也就能够得到各个相关参数，获取理想的结果。
四、在火灾调查工作中场模型数值模拟技术的应用
4.1场模型数据模拟原理分析
对于场模型而言，其属于湍流力学模型，在实际应用过程中的重点内容就是对火灾中烟气流动以及实际热传递过程实行计算。在该模型实际应用过程中，对于整个建筑物空间而言，将其分为多个不同小单元，这些小单元之间相互联系，在应用中的理论基础主要为能量守恒、动量守恒以及质量守恒与化学反应定律等相关内容。在实际工作过程中，对各个单元之间以及各个单元内部相关方程组实行求解可得到热辐射及浮力，之后在利用网格设定的基础上，可对火灾发生温度、浓度以及火灾发生速度与毒性气体浓度等相关数值进行计算，并且得到结果。对于场模型而言，其组成组要包括两个部分内容，分别为somke view及FDS，两部分分工各不相同，其中somke view所负责内容主要就是对相关动态数据实行处理，通过二维图形或者三维图形显示出FDS所计算相关数据；FDS所负责内容主要就是对相关数据进行计算，并且可实现场景构建。FDS输入参数主要包括火源种类、不同物品燃烧性质、初始温度以及网格大小与探测点位置等相关信息，可利用计算机对这些数据实行分析及处理。另外，FDS相关参数均具备可改造特点，在实际应用过程可依据实际情况适当调整，在当前火灾调查中场模型数值模拟已经成为最为常用的一种方法。
对于场模拟而言，其主要包括两种模拟计算方法，分别为直接模拟与大涡模拟，其中大涡模拟主要在小尺度运动中进行应用，其能够使计算机性能各个方面要求降低，并且同时能够对湍流各向异性进行考虑，还能够考虑非均匀运动作用。对于直接模拟而言，其不需模型假设，可对N-S方程直接进行求解，主要在雷诺数较小情况下应用，在实际应用过程中应当依据实际情况选择合理模型。
4.2场模型数值模拟相关操作步骤
为能够使模拟场景得以建立，首要任务就是实行数据收集，其所收集数据主要为建筑物尺寸、建筑物内部局部、建筑物装饰材料及燃料类型，还包括火源设定及材料热物性等相关内容，尽可能找出未被破坏相关物证，利用所收集数据及信息在计算机中输入，建立相关文件。然后，运行场模型，可得到相关输出输出参数，而FDS的输出形式所包括的主要为在三维空间内特定参数等直面图；任意位置之上二维平面参与实际变化情况；任意位置点参数变化发展趋势；通过二维图片或者三维图片所表现特定时间有关静态数据。然而，应当注意的一点就是在参数输入并开始计算之后，不可将计算中断对输入参数进行修改，因而开始输入时便应当确定输入档。然后，使somke view运行，对FDS所得到各种类型输出档进行查看，并且对各档实行分析，对火灾发生时各相关参数进行计算，对火灾发生中总体情况进行模拟，在此基础上可使火灾现场得以重现。在以上这些步骤完成之后，便可实行结果分析，最终可得出火灾发生具体情况，对火灾性质进行准确判断[2-4]。
五、数值模拟技术应用的具体步骤
5.1模拟场景建立及网格划分
在数值模拟火灾现场方面，模拟现场设置的准确性及合理性具有十分重要的作用及意义，所以在数值模拟之前应当对建筑物各个方面情况进行了解，主要包括建筑物尺寸、局部以及装饰材料与用途等方面，并且要通过各种不同方式将火灾发生时各种相关事实及证据查明，明确火灾发生及发展相关条件。然而，可依据这些信息构建相关模型，设定类似材料、环境及边界条件等相关内容，并且要设置等效火源情况，模拟结果准确性和燃烧过程、边界条件及材料参数等均存在密切关系，因而保证火灾现场条件一致性也就十分必要。另外，对于计算结果而言，其准确性不断与建立模型准确程度存在一定关系，并且与网格划分存在密切关系。在网格划分方面，首先应当保证能够包括所建模型，若该模型区域较大，则应当对其进行划分，使其成为多个计算区域。对于火灾中可能有重要现象出现的一些区域内网格，可局部进行加密，而对于其它区域可适当放宽，然而对于网格应实行独立性测试，并且要调整时间步长，从而保证所选择计算方案能够得到准确可信结果[5-6]。
5.2模拟结果分析
第一，起火点分析。对于火灾现场而言，由于火灾本身具有破坏性特点，并且火灾救援工作具有多变性、突发性及破坏性特点，这些特点的存在均会导致火灾现场比较复杂，其复杂性具体体现主要为在收集火灾调查证据过程中会出现误导，导致火灾调查难度有所增加，并且会造成比较有价值的一些火灾调查线索很快消失，这些情况均会误导火灾调查工作人员判断起火部位及起火点。在实际火灾调查工作过程中，为能够对起火点进行准确判断，需要在利用数值模拟技术的基础上对不同潜在起火点位置设定，从而实行模拟，通过分析模拟中火势发展、烟气蔓延及温度变化等相关情况，在此基础上对比调研勘查报告，从而可对起火点位置进行准确判断。
第二，火灾成因分析。火灾属于着火点引燃周围相关可燃物而进一步发展形成的一种事故灾害，对人们生命财产安全具有严重危害。在实际火灾调查工作过程中，相关工作人员在现场勘查的基础上，结合自身经验可初步判断火灾成因，在此基础上通过数值模拟方法重构火灾现场。在数值模拟结果中，相关火灾发展过程、烟气蔓延过程及温度分布情况等方面在分析火灾成因方面均具有重要指导作用，通过火灾增长过程可观察火势发展阶段，并且可判断可燃物影响情况，通风情况对火势影响，并且可判断建筑物结构对火势蔓延的阻碍作用。另外，在分析模型中烟气蔓延及温度分布情况的基础上，通过与实际情况对比，可得到火灾蔓延方向及实际燃烧情况。
第三，火灾危害分析。对于火灾调查工作而言，其十分重要的一个目的就是对消防工作中相关经验教训进行总结，从而提出相关对策进行预防，以减少火灾事故再次发生可能性。在火灾经验总结及预防对策方面，清楚了解火灾危害原因具有重要作用及意义，在详细分析火灾过程的基础上，可找出导致火灾发展及人员伤亡的准确原因。通过对火灾数值模拟重构技术进行应用，可模拟火灾蔓延情况，可将其与火灾现场勘察考证结果进行相互验证，可使真实火灾发展过程得以再现，从而可得到导致人员伤亡重要时间节点，也就能够为消防救援工作的更好开展提供较好理论依据[7-8]。
六、结语
在当前火灾调查工作过程中，数值模拟技术有着越来越广泛的应用，并且在实际应用过程中有着越来越重要的作用。在当前火灾调查工作过程中，相关火灾调查工作人员应当对该技术加强认识及了解，并且应当对其应用充分合理掌握，在此基础上使火灾调查工作能够得到更好的效果，为火灾调查工作更好开展奠定技术支持。
参考文献
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论文作者:张毅1,方晓虎2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/12
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