基于BIM的地铁车站火灾模拟与疏散仿真

基于BIM的地铁车站火灾模拟与疏散仿真2019年7月第五讲石家庄铁道大学

吕希奎一、地铁车站应急管理BIM模型建模地铁车站建筑结构模型一般包括墙、梁、板、柱、门窗等基础构件，需要获取的信息主要为相关尺寸、空间位置、材质信息等。以某地下两层岛式车站为例建立地铁车站建筑结构模型，该车站地下一层为站厅层，地下二层为站台层。某地铁车站应急管理BIM模型展示1.地铁车站建筑结构模型

添加地铁车站基础构件时除了注意尺寸、位置等参数，还应添加相应的材质信息。必要时，对部分基础构件，如防火分区墙等，添加耐火等级等信息，以供后期进行火灾模拟使用。一、地铁车站应急管理BIM模型建模站厅层防火分区墙基本信息1.地铁车站建筑结构模型站厅模型剖面图站台模型剖面图一、地铁车站应急管理BIM模型建模1.地铁车站建筑结构模型一、地铁车站应急管理BIM模型建模站台层空间展示站厅层空间展示1.地铁车站建筑结构模型一、地铁车站应急管理BIM模型建模隐藏部分图元后的楼梯展示1.地铁车站建筑结构模型一、地铁车站应急管理BIM模型建模2.地铁车站基础设施模型基础设施模型包括售票机、闸机、扶梯、屏蔽门、疏散标志等，在Revit平台下，没有某些基础设施没有标准的族样，所以大部分基础设施模型需要通过搜集相关资料进行单独内建。扶梯建模效果展示一、地铁车站应急管理BIM模型建模2.地铁车站基础设施模型闸机及隔离栏杆建模效果展示一、地铁车站应急管理BIM模型建模2.地铁车站基础设施模型屏蔽门建模效果展示二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟将BIM技术与Pyrosim火灾模拟软件结合，利用BIM技术的优势，优化原有的工作流程，在Pyrosim中实现基于BIM的火灾模拟。Pyrosim软件集成了FDS火灾模拟软件中的FDS和SmokeView两个部分。它能提供一个图形用户界面，自动完成FDS文件的编写，建模完成后，可调用FDS计算核心，然后调用SmokeView进行计算结果后处理并显示。二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟1.Revit软件与与Pyrosim软件数数据交流Revit软件和和Pyrosim软件数数据流流通的的通用用文件件格式式为DXF格式。。将地地铁车车站BIM模型从从Revit中导出出为DXF格式,然后将DXF文件导导入进进Pyrosim中。DXF文件件导导入入Pyrosim效果果展展示示二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟2.地铁铁车车站站BIM模型型建建立立地铁铁车车站站BIM模型型是是对对整整个个地地铁铁车车站站的的3D数字字化化真真实实的的描描述述，，为为火火灾灾模模拟拟与与应应急急疏疏散散仿仿真真提提供供基基础础环环境境，所所建立立的的地地铁铁车车站站BIM模型型为为两两层层岛岛式式地地下下车车站站，，其其中中地地下下一一层层、、二二层层分分别别为为站站厅厅层层和和站站台台层。名称参数数值站台层长118m宽12m站厅层长95m宽21.5m站台层与站厅层高差高差5.0m扶梯数量3部（直梯1，楼梯2）出入口数量4个检票口数量4个相邻的闸机中心距离0.85m跨度长1.2m二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟2.地铁铁车车站站BIM模型型建建立立地铁铁车车站站站站厅厅层层平面面地铁铁车车站站站站台台层层平面面二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟3.基于于BIM与Pyrosim的火火灾灾模模拟拟流流程程建立模型PyrosimFDSSmokeview结果分析烟气蔓延过程温度分布CO浓度分布可见度分布模拟运算设定模拟参数火灾模拟运算创建网格创建表面创建障碍物创建通风口创建火源创建探测设备设定反应与材料设置截面二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟4.边界界条条件件与火火源源参参数数边界界条条件件与火火源源参数数表表序号类型参数1火源位置站台层中心，且无列车停靠2仿真运行时间600s3环境初始温度20℃4环境初始相对湿度50％5应急通风方式站台主风机和两侧站间辅助风机同时排风6火灾增长类型快速火7火灾热释放速率5MW8火源功率增长系数0.0469kW/S2二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟5.地铁铁车车站站火灾灾模模拟拟网网格格划划分分由于于疏疏散散模模型型都都必必须须对对建建筑筑空空间间进进行行描描述述，，以以模模拟拟人人员员在在建建筑筑内内部部的的疏疏散散过过程程。。因因此此，，需需要要对对所所建建的的地地铁铁车车站站BIM模型型进进行行网网格格细细分分，，共共划分分397500个0.5m××0.5m××0.5m立方方体体小小网格格。地铁铁车车站站火火灾灾模模拟拟网网格格划划分分分分布布图图二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟6.火灾灾模模拟拟热热电电偶偶布布与与切切片片布布置置为量量测测对对应应关关键键位位置置点点温温度度、、可可见见度度和和CO浓度度随随时时间间的的变变化化，，本本次次模模拟拟中中将将四四个个出出入入口口与与站站厅厅层层交交接接位位置置分分别别布布置置四四组组热热电电偶偶，，分分别别在在站站厅厅层层以以及及站站台台层层距距地地面面高高1.5m处布布置置切片片。地铁铁车车站站火火灾灾模模拟拟热热电电偶偶布布置置图图二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟6.火灾灾模模拟拟热热电电偶偶布布与与切切片片布布置置地铁铁车车站站火火灾灾模拟拟切片片布置置图图二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟7.铁车车站站内内火火灾灾烟烟气气模模拟拟结结果果与与分分析析(a)T=50s(b)T=70s(c)T=125s(d)T=157s二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟(a)T=50s在50s时烟气气通通过过离火火源源较较近近的的楼楼梯梯口口就就蔓蔓延延到到站站厅厅层层，并并上上升升到到站站厅厅层层顶顶部部并并向向周周边边蔓蔓延延，，站站厅厅层层迅迅速速有有烟烟气气存存在在；7.铁车车站站内内火火灾灾烟烟气气模模拟拟结结果果与与分分析析二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟(b)T=70s在70s时烟气气通通过过离火火源源较较近近的的楼楼梯梯口口就就蔓蔓延延到到站站厅厅层层，并并上上升升到到站站厅厅层层顶顶部部并并向向周周边边蔓蔓延延，，站站厅厅层层迅迅速速有有烟烟气气存存在在；7.铁车车站站内内火火灾灾烟烟气气模模拟拟结结果果与与分分析析二、、基于于BIM的Pyrosim火灾灾模模拟拟(C)T=125s在125s时时，，在在站站台台和和站站台台层层公公共共区区域域已充充满满大大量量的烟烟气气；7.铁车站内内火灾烟烟气模拟拟结果与与分析二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟(d)T=157s在157s时站台、站站台层公公共区域域基本充满满烟气，人员已已无法疏疏散逃生生。7.铁车站内内火灾烟烟气模拟拟结果与与分析二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟8.地铁车站站内火灾灾温度模模拟结果果与分析析(a)T=80s(b)T=160s(c)T=230s(d)T=420s二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟8.地铁车站站内火灾灾温度模模拟结果果与分析析(a)T=80s在火灾发发生后的的80s左右站台层温温度迅速速升高，，站厅层层升高相相对较慢慢二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟8.地铁车站站内火灾灾温度模模拟结果果与分析析(b)T=160s在160s左右时，站台台层中间间的楼梯梯口周围围已处于于危险状状态，已已影响人人员逃生生二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟8.地铁车站站内火灾灾温度模模拟结果果与分析析(c)T=230s在230s左右时，，站台层层左侧的的扶梯处处也达到到危险状状态，此此时乘客客可从右右侧楼梯梯到达站站厅层进进行疏散散；二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟8.地铁车站站内火灾灾温度模模拟结果果与分析析(d)T=420s火灾发生生后的420s左右，站台层层主要疏疏散通道附近近大面积温温度达到到60度，已无无法进行行人员疏疏散和逃逃生。二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟9.地铁车站站内能见见度模拟拟结果与分分析(a)T=48s(b)T=160s(c)T=240s(d)T=330s二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟9.地铁车站站内能见见度模拟拟结果与分分析在火灾发发生后的的48s时，火源周围围能见度度出现明明显下降降，此时站站厅层的的中间楼楼梯口能能见度也也开始下下降；在160s左右时，，站台层层的左侧侧扶梯口口和中间间楼梯口口的能见度低低于10m，此时的的能见度度已不利利于人员员疏散；而当在240s左右时，，此时站厅层和站站台层的的大部分区区域能见见度低于于10m，已不满满足适应应人员的的疏散要要求；在330s左右时，，站厅层的的出入口口能见度度也不满足足疏散要要求。二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟10.地铁车站站内CO浓度模拟拟结果与分分析(a)T=135s(b)T=260s(c)T=350s(d)T=575s二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟10.地铁车站站内CO浓度模拟拟结果与分分析(a)T=135s当火灾发发生后，，将在较较短的时时间内产产生大量量CO。在135s时，在站站台层最最左侧区区域已产产生大量量的CO；二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟10.地铁车站站内CO浓度模拟拟结果与分分析(b)T=260s在260s左右时，，站台层层最左侧侧CO浓度明显显升高；；二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟10.地铁车站站内CO浓度模拟拟结果与分分析(c)T=350s在350s站台层最最左侧CO浓度已经经很高，，此时的的CO浓度已经经不利于于乘客疏疏散；二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟10.地铁车站站内CO浓度模拟拟结果与分分析(d)T=575s在580s左右时，，站台层大大部分区区域CO浓度达到到最高，只有最最右侧区区域相对对较低，，乘客此此时只能能从站台台层最右右侧疏散散。总体体而言，，站厅层层CO浓度比站站台层浓浓度较低低，对乘乘客疏散散影响较较小。三、基于于BIM的地铁车车站人员员疏散仿仿真1.地铁车站站火灾条条件下人人员安全全疏散判判定地铁车站站火灾情情况下，，乘客能能否全部部疏散到到安全区区域主要要取决于于“可用疏散散时间”ASET(AvailableSafetyEgressTime)和“人员疏散散时间”RSET(RequiredSafetyEgressTime)这两个特特征时间间之间的的比较，，其数学学描述为为形式为为：ASET>RSET三、基于于BIM的地铁车车站人员员疏散仿仿真1.地铁车站站火灾条条件下人人员安全全疏散判判定在模拟中，，将火灾灾产生的的主要危危险类别别，包括括热（温度度）、有有毒气体体（氧化化碳）和烟雾遮蔽蔽（能见见度）作为估算算ASET的不稳定定性标准准。对三三者所达达到最短短危险状状态时间间作为可可用安全全疏散时时间ASET的取值。。（1）ASET确定：三、基于于BIM的地铁车车站人员员疏散仿仿真1.地铁车站站火灾条条件下人人员安全全疏散判判定（2）RSET计算：—火灾探测测报警时时间—人员预动作时时间，指指火灾报报警到人人员开始始疏散的的这段时时间——人员疏散散运动时时间，min三、基于于BIM的地铁车车站人员员疏散仿仿真1.地铁车站站火灾条条件下人人员安全全疏散判判定（3）火灾临界界危险状状态设置置(1)2m高度处能见度度低于10m；(2)2m高度处温温度超过过60℃；(3)2m以下空间间内的烟烟气层中中的CO浓度大于于1200ppm。三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真2.地铁车站人人员疏散仿仿真环境建建立(1)基于BIM模型的车站站建筑仿真真环境建立立采用Pathfinderw人员疏散逃逃生软件，，导入地铁铁车站BIM模型，实现现地铁车站站建筑仿真真环境的搭搭建车站BIM模型导入到到pathfinder后效果三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真2.地铁车站人人员疏散仿仿真环境建建立(2)人员仿真环环境建立火灾模拟时的工工况为站台台起火且无无列车停靠靠，按站台台候车区布布满乘客工工况对疏散散人数进行行设置。站台候车区的有有效面积约约为900m2，站台上人人流密度取取0.5m2/人，站台层层疏散人数数设为1800人。因站厅层乘客客对站台层层乘客的疏疏散影响不不大，站厅厅层设为100人，人员疏疏散模拟总总数1900人。地铁车站内乘客由成成年男性（（40%）、成年女女性（40%）、老人（（10%）、儿童（（10%）构成。三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真2.地铁车站人人员疏散仿仿真环境建建立(2)人员仿真环环境建立地铁车站内内乘客疏散散速度的设设定直接影影响必须疏疏散时间REST的计算，为为了确保计计算疏散时时间的准确确性，结合合火灾情况况下人员移移动特点并并参考SFPE《消防工程程手册》中中的有关规规定，对疏疏散软件中中四类乘客客的行走速速度进行设定

人员类型坡道和楼梯间上行速度(m/s)坡道和楼梯间下行速度(m/s)水平区域速度(m/s)成年男士0.700.901.30成年女士0.630.801.15儿童0.430.560.86老人0.500.620.79人员疏散速速度设置三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真3.疏散模拟分分析在完成地铁车站人人员疏散仿仿真环境建建立和人员仿真环境设设定后，进行疏疏散模拟计算。(a)T=0s(b)T=17s(c)T=186s(d)T=245s三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真3.疏散模拟分分析(a)T=0sT=0s时，为刚初始的的人员分布布情况三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真3.疏散模拟分分析(b)T=17s在17s时人员开始始疏散三、基于BIM的地铁车站站人员疏散散仿真3.疏散模拟分分析(c)T=186s在186s时,站台层两侧侧的乘客大大部分选择择距离较近近的疏散通通道逃生，，但也有部部分乘客会会会根据疏疏散通道的的人