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火灾模拟拟1.Revit软件与Pyrosim软件数据据交流Revit软件和Pyrosim软件数据据流通的的通用文文件格式式为DXF格式。将将地铁车车站BIM模型从Revit中导出为为DXF格式,然后将DXF文件导入入进Pyrosim中。DXF文件导入入Pyrosim效果展示示二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟2.地铁车站站BIM模型建立立地铁车站站BIM模型是对对整个地地铁车站站的3D数字化真真实的描描述，为为火灾模模拟与应应急疏散散仿真提提供基础础环境，所建立的地地铁车站站BIM模型为两两层岛式式地下车车站，其其中地下下一层、、二层分分别为站站厅层和和站台层。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BIM的Pyrosim火灾模拟拟2.地铁车站站BIM模型建立立地铁车站站站厅层层平面地铁车站站站台层层平面二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟3.基于BIM与Pyrosim的火灾模模拟流程程建立模型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BIM的Pyrosim火灾模拟拟4.边界条件件与火源参参数边界条件件与火源参数表序号类型参数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BIM的Pyrosim火灾模拟拟5.地铁车站站火灾模拟拟网格划划分由于疏散散模型都都必须对对建筑空空间进行行描述，，以模拟拟人员在在建筑内内部的疏疏散过程程。因此此，需要要对所建建的地铁铁车站BIM模型进行行网格细细分，共共划分397500个0.5m×0.5m×0.5m立方体小小网格。地铁车站站火灾模模拟网格格划分分分布图二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟6.火灾模拟拟热电偶偶布与切切片布置置为量测对对应关键键位置点点温度、、可见度度和CO浓度随时时间的变变化，本本次模拟拟中将四四个出入入口与站站厅层交交接位置置分别布布置四组组热电偶偶，分别别在站厅厅层以及及站台层层距地面面高1.5m处布置切片。地铁车站站火灾模模拟热电电偶布置置图二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟6.火灾模拟拟热电偶偶布与切切片布置置地铁车站站火灾模拟切片布置图二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟7.铁车站内内火灾烟烟气模拟拟结果与与分析(a)T=50s(b)T=70s(c)T=125s(d)T=157s二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟拟(a)T=50s在50s时烟气通过过离火源较较近的楼楼梯口就就蔓延到到站厅层层，并上升升到站厅厅层顶部部并向周周边蔓延延，站厅厅层迅速速有烟气气存在；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(b)T=70s在70s时烟气通过过离火源较较近的楼楼梯口就就蔓延到到站厅层层，并上升升到站厅厅层顶部部并向周周边蔓延延，站厅厅层迅速速有烟气气存在；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(C)T=125s在125s时时，在站站台和站站台层公公共区域域已充满大大量的烟气；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，站站台层层中间间的楼楼梯口口周围围已处处于危危险状状态，，已影影响人人员逃逃生二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟8.地铁车车站内内火灾灾温度度模拟拟结果果与分分析(c)T=230s在230s左右时时，站站台层层左侧侧的扶扶梯处处也达达到危危险状状态，，此时时乘客客可从从右侧侧楼梯梯到达达站厅厅层进进行疏疏散；；二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟8.地铁车车站内内火灾灾温度度模拟拟结果果与分分析(d)T=420s火灾发发生后后的420s左右，站台台层主主要疏疏散通道附附近大面积积温度度达到到60度，已已无法法进行行人员员疏散散和逃逃生。。二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟9.地铁车车站内内能见见度模模拟结果与与分析析(a)T=48s(b)T=160s(c)T=240s(d)T=330s二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟9.地铁车车站内内能见见度模模拟结果与与分析析在火灾灾发生生后的的48s时，火源周周围能能见度度出现现明显显下降降，此时时站厅厅层的的中间间楼梯梯口能能见度度也开开始下下降；在160s左右时时，站站台层层的左左侧扶扶梯口口和中中间楼楼梯口口的能见度度低于于10m，此时时的能能见度度已不不利于于人员员疏散散；而当在在240s左右时时，此时站站厅层和和站台台层的的大部分分区域域能见见度低低于10m，已不不满足足适应应人员员的疏疏散要要求；在330s左右时时，站厅层层的出出入口口能见见度也不满满足疏疏散要要求。。二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟10.地铁车车站内内CO浓度模模拟结果与与分析析(a)T=135s(b)T=260s(c)T=350s(d)T=575s二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟10.地铁车车站内内CO浓度模模拟结果与与分析析(a)T=135s当火灾灾发生生后，，将在在较短短的时时间内内产生生大量量CO。在135s时，在在站台台层最最左侧侧区域域已产产生大大量的的CO；二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟10.地铁车车站内内CO浓度模模拟结果与与分析析(b)T=260s在260s左右时时，站站台层层最左左侧CO浓度明明显升升高；；二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟10.地铁车车站内内CO浓度模模拟结果与与分析析(c)T=350s在350s站台层层最左左侧CO浓度已已经很很高，，此时时的CO浓度已已经不不利于于乘客客疏散散；二、基于BIM的Pyrosim火灾模模拟10.地铁车车站内内CO浓度模模拟结果与与分析析(d)T=575s在580s左右时时，站台层层大部部分区区域CO浓度达达到最最高，只有有最右右侧区区域相相对较较低，，乘客客此时时只能能从站站台层层最右右侧疏疏散。。总体体而言言，站站厅层层CO浓度比比站台台层浓浓度较较低，，对乘乘客疏疏散影影响较较小。。三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真1.地铁车车站火火灾条条件下下人员员安全全疏散散判定定地铁车车站火火灾情情况下下，乘乘客能能否全全部疏疏散到到安全全区域域主要要取决决于“可用疏疏散时时间”ASET(AvailableSafetyEgressTime)和“人员疏疏散时时间”RSET(RequiredSafetyEgressTime)这两个个特征征时间间之间间的比比较，，其数数学描描述为为形式式为：：ASET>RSET三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真1.地铁车车站火火灾条条件下下人员员安全全疏散散判定定在模拟中中，将将火灾灾产生生的主主要危危险类类别，，包括括热（温温度））、有有毒气气体（（氧化化碳））和烟雾遮遮蔽（（能见见度））作为估估算ASET的不稳稳定性性标准准。对对三者者所达达到最最短危危险状状态时时间作作为可可用安安全疏疏散时时间ASET的取值值。（1）ASET确定：：三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真1.地铁车车站火火灾条条件下下人员员安全全疏散散判定定（2）RSET计算：—火灾探探测报报警时时间—人员预动作作时间间，指指火灾灾报警警到人人员开开始疏疏散的的这段段时间间——人员疏疏散运运动时时间，，min三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真1.地铁车车站火火灾条条件下下人员员安全全疏散散判定定（3）火灾临临界危危险状状态设设置(1)2m高度处能见见度低于10m；(2)2m高度处处温度度超过过60℃；(3)2m以下空空间内内的烟烟气层层中的的CO浓度大大于1200ppm。三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真2.地铁车车站人人员疏疏散仿仿真环环境建建立(1)基于BIM模型的的车站站建筑筑仿真真环境境建立立采用Pathfinderw人员疏疏散逃逃生软软件，，导入入地铁铁车站站BIM模型，，实现现地铁铁车站站建筑筑仿真真环境境的搭搭建车站BIM模型导导入到到pathfinder后效果果三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真2.地铁车车站人人员疏疏散仿仿真环环境建建立(2)人员仿仿真环环境建建立火灾模拟时时的工工况为为站台台起火火且无无列车车停靠靠，按按站台台候车车区布布满乘乘客工工况对对疏散散人数数进行行设置置。站台候车区区的有有效面面积约约为900m2，站台台上人人流密密度取取0.5m2/人，站站台层层疏散散人数数设为为1800人。因站厅层层乘客客对站站台层层乘客客的疏疏散影影响不不大，，站厅厅层设设为100人，人人员疏疏散模模拟总总数1900人。地铁车车站内乘客客由成成年男男性（（40%）、成成年女女性（（40%）、老老人（（10%）、儿儿童（（10%）构成成。三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真2.地铁车车站人人员疏疏散仿仿真环环境建建立(2)人员仿仿真环环境建建立地铁车车站内内乘客客疏散散速度度的设设定直直接影影响必必须疏疏散时时间REST的计算算，为为了确确保计计算疏疏散时时间的的准确确性，，结合合火灾灾情况况下人人员移移动特特点并并参考考SFPE《消防防工程程手册册》中中的有有关规规定，，对疏疏散软软件中中四类类乘客客的行行走速速度进进行设定

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人员疏疏散速速度设置三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真3.疏散模模拟分分析在完成地铁车车站人人员疏疏散仿仿真环环境建建立和人员仿真环环境设设定后，进进行疏疏散模拟计算。。(a)T=0s(b)T=17s(c)T=186s(d)T=245s三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真3.疏散模模拟分分析(a)T=0sT=0s时，为刚初初始的的人员员分布布情况况三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真3.疏散模模拟分分析(b)T=17s在17s时人员员开始始疏散散三、基基于BIM的地铁铁车站站人员员疏散散仿真真3.疏散模拟分析析(c)T=186s在186s时,站台层两侧的的乘客大部分分选择距离较较近的疏散通通道逃生，但但也有部分乘乘客会会根据据疏散通道的的人员数量情情况，会选择择人员较少的的疏散