2 国外火灾科学模拟研究

美国在1985年召开了第一次的国际火灾安全科学讨论会(Fire Safety Science)，并且在那同时成立了国际火灾安全科学学会，之后再编辑出版了国际火灾安全科学学报，在那以后世界各国就相继开始系统地研究火灾及其可能会带来的危害。该学会每隔三年就会举行一次会议，基本就是按照火灾的物理化学、火焰的结构、火灾研究的工程应用、火灾和人的相互影响、火灾的专门课题、火灾的探测、统计与火险分析系统、烟气的毒害性和灭火技术等专项问题来展开相应的研究和讨论，并且由此而建立了火灾学学科，从而划分了火灾安全工程学的研究领域。通过研究显示发生火灾的必要条件包括可燃物、氧气和外加热量，这三个条件是缺一不可的。在这其中决定火灾的严重程度以及持续时间长短的重要因素就是可燃物的数量。在建筑类火灾中，我们通过火灾荷载来定义可燃物的多少。氧气量的多少则是取决于建筑室内空间的体积、通风口（门、窗等）的面积以及其通风的方式。往往在火灾发生的初期阶段，建筑物内氧气的量对火灾的发展会具有非常重大的影响；而到了火灾发展的后期阶段，氧气则主要是由通风口来输入。

火灾科学针对火灾可能危害的人类社会平衡、自然资源以及生态环境的灾害问题，集中并且深入地研究了其共性基础，也就是我们平时说的火灾发生发展的机理和规律以及相应的防治工程技术基础。其内容主要包括：火灾危险性的评价；火灾的蔓延和产生烟气的传播；火灾及环境或者火灾及系统的相互作用；建立和发展火灾过程的三维多相数学物理模型、计算机模拟软件和实验装置。专家们将火灾科学的理论知识和现代的高新技术相互结合之后，根据传感技术来获取了火灾的信息，再利用能够体现火灾规律性的智能识别方法来判断火灾的类型、规律以及发展的趋势，最后才能作出对火灾防治技术可以实施的正确决策，真正实现预想中的无污染、智能灭火和救灾。[13]

除了对建筑物进行现场火灾实验外，利用计算机软件来进行数值模拟成为近年来的主要研究方式。计算机数值模拟分为经验模拟和物理模拟[14]，经验模拟主要就是对火灾现场和计算机模拟得出的数据来进行汇总、测量、分析处理，总结得出经验公式，从而借助计算机的数据库、图形图像等功能，形象地分析建筑物中火灾的发展；物理模拟即场模拟[15]，就是以流体力学为基础，利用连续性方程、动量方程、能量方程等数值求解的方法来得到火灾过程中典型状态参数的空间分布，还有参数随时间的变化规律。计算机软件模拟方法可以评估建筑可能发生的火灾场景，每个火灾场景都代表一个独特的建筑火灾事件事件。消防工程师学会工程指南中的基础消防是指火灾场景为“一组条件，定义了火灾的发展和整个建筑物或建筑物的一部分燃烧产物的扩散性能。”很明显，在建筑物中可能发生的火灾场景的数量是非常大的，因此不可能单独分析每一个场景。为了让场景的数量减少到一个很小的数字，需要遵循场景识别和选择过程系统化的方式，以确保工程分析的结果是可信的和可接受的。场景识别和选择过程可以通过考虑每个场景预期发生的频率和其预期的后果。这样做的好处是为选中的火灾场景进行消防设计，提高住户的安全和保护生命财产。[16]

所谓场模型的方法就是可以利用计算机来求解火灾过程中生成状态参数的空间分布以及其随时间变化的模拟方法[17]。而最早的场模型出现就是在20世纪70年代由帝国理工学院的D.B.Spalding教授所领导的实验小组和火灾研究所(Fire Research Station，FRS)一起合作开发的PHOENIX，在这个基础上继而又开发出了 JASMINE和 JOSPHNIE模型。场模型的理论依据就是早已确定下来的质量守恒 (连续性方程)、动量守恒 (Navier -Stokes方程 )、能量守恒 (能量方程 )还有化学反应中的定律等。[10]