基于BIM的地鐵車站火災(zāi)模擬與疏散仿真

基于BIM的地鐵車站火災(zāi)模擬與疏散仿真2019年7月第五講石家莊鐵道大學(xué)

呂?？弧⒌罔F車站應(yīng)急管理BIM模型建模地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型一般包括墻、梁、板、柱、門窗等基礎(chǔ)構(gòu)件，需要獲取的信息主要為相關(guān)尺寸、空間位置、材質(zhì)信息等。以某地下兩層島式車站為例建立地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型，該車站地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。某地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型展示1.地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型

添加地鐵車站基礎(chǔ)構(gòu)件時(shí)除了注意尺寸、位置等參數(shù)，還應(yīng)添加相應(yīng)的材質(zhì)信息。必要時(shí)，對部分基礎(chǔ)構(gòu)件，如防火分區(qū)墻等，添加耐火等級等信息，以供后期進(jìn)行火災(zāi)模擬使用。一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模站廳層防火分區(qū)墻基本信息1.地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型站廳模型剖面圖站臺模型剖面圖一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模1.地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模站臺層空間展示站廳層空間展示1.地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模隱藏部分圖元后的樓梯展示1.地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)模型一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模2.地鐵車站基礎(chǔ)設(shè)施模型基礎(chǔ)設(shè)施模型包括售票機(jī)、閘機(jī)、扶梯、屏蔽門、疏散標(biāo)志等，在Revit平臺下，沒有某些基礎(chǔ)設(shè)施沒有標(biāo)準(zhǔn)的族樣，所以大部分基礎(chǔ)設(shè)施模型需要通過搜集相關(guān)資料進(jìn)行單獨(dú)內(nèi)建。扶梯建模效果展示一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模2.地鐵車站基礎(chǔ)設(shè)施模型閘機(jī)及隔離欄桿建模效果展示一、地鐵車站應(yīng)急管理BIM模型建模2.地鐵車站基礎(chǔ)設(shè)施模型屏蔽門建模效果展示二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬將BIM技術(shù)與Pyrosim火災(zāi)模擬軟件結(jié)合，利用BIM技術(shù)的優(yōu)勢，優(yōu)化原有的工作流程，在Pyrosim中實(shí)現(xiàn)基于BIM的火災(zāi)模擬。Pyrosim軟件集成了FDS火災(zāi)模擬軟件中的FDS和SmokeView兩個(gè)部分。它能提供一個(gè)圖形用戶界面，自動完成FDS文件的編寫，建模完成后，可調(diào)用FDS計(jì)算核心，然后調(diào)用SmokeView進(jìn)行計(jì)算結(jié)果后處理并顯示。二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模模擬1.Revit軟件與與Pyrosim軟件數(shù)數(shù)據(jù)交流Revit軟件和和Pyrosim軟件數(shù)數(shù)據(jù)流流通的的通用用文件件格式式為DXF格式。。將地地鐵車車站BIM模型從從Revit中導(dǎo)出出為DXF格式,然后將DXF文件導(dǎo)導(dǎo)入進(jìn)進(jìn)Pyrosim中。DXF文件件導(dǎo)導(dǎo)入入Pyrosim效果果展展示示二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬2.地鐵鐵車車站站BIM模型型建建立立地鐵鐵車車站站BIM模型型是是對對整整個(gè)個(gè)地地鐵鐵車車站站的的3D數(shù)字字化化真真實(shí)實(shí)的的描描述述，，為為火火災(zāi)災(zāi)模模擬擬與與應(yīng)應(yīng)急急疏疏散散仿仿真真提提供供基基礎(chǔ)礎(chǔ)環(huán)環(huán)境境，所所建立立的的地地鐵鐵車車站站BIM模型型為為兩兩層層島島式式地地下下車車站站，，其其中中地地下下一一層層、、二二層層分分別別為為站站廳廳層層和和站站臺臺層。名稱參數(shù)數(shù)值站臺層長118m寬12m站廳層長95m寬21.5m站臺層與站廳層高差高差5.0m扶梯數(shù)量3部（直梯1，樓梯2）出入口數(shù)量4個(gè)檢票口數(shù)量4個(gè)相鄰的閘機(jī)中心距離0.85m跨度長1.2m二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬2.地鐵鐵車車站站BIM模型型建建立立地鐵鐵車車站站站站廳廳層層平面面地鐵鐵車車站站站站臺臺層層平面面二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬3.基于于BIM與Pyrosim的火火災(zāi)災(zāi)模模擬擬流流程程建立模型PyrosimFDSSmokeview結(jié)果分析煙氣蔓延過程溫度分布CO濃度分布可見度分布模擬運(yùn)算設(shè)定模擬參數(shù)火災(zāi)模擬運(yùn)算創(chuàng)建網(wǎng)格創(chuàng)建表面創(chuàng)建障礙物創(chuàng)建通風(fēng)口創(chuàng)建火源創(chuàng)建探測設(shè)備設(shè)定反應(yīng)與材料設(shè)置截面二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬4.邊界界條條件件與火火源源參參數(shù)數(shù)邊界界條條件件與火火源源參數(shù)數(shù)表表序號類型參數(shù)1火源位置站臺層中心，且無列車?？?仿真運(yùn)行時(shí)間600s3環(huán)境初始溫度20℃4環(huán)境初始相對濕度50％5應(yīng)急通風(fēng)方式站臺主風(fēng)機(jī)和兩側(cè)站間輔助風(fēng)機(jī)同時(shí)排風(fēng)6火災(zāi)增長類型快速火7火災(zāi)熱釋放速率5MW8火源功率增長系數(shù)0.0469kW/S2二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬5.地鐵鐵車車站站火災(zāi)災(zāi)模模擬擬網(wǎng)網(wǎng)格格劃劃分分由于于疏疏散散模模型型都都必必須須對對建建筑筑空空間間進(jìn)進(jìn)行行描描述述，，以以模模擬擬人人員員在在建建筑筑內(nèi)內(nèi)部部的的疏疏散散過過程程。。因因此此，，需需要要對對所所建建的的地地鐵鐵車車站站BIM模型型進(jìn)進(jìn)行行網(wǎng)網(wǎng)格格細(xì)細(xì)分分，，共共劃分分397500個(gè)0.5m××0.5m××0.5m立方方體體小小網(wǎng)格格。地鐵鐵車車站站火火災(zāi)災(zāi)模模擬擬網(wǎng)網(wǎng)格格劃劃分分分分布布圖圖二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬6.火災(zāi)災(zāi)模模擬擬熱熱電電偶偶布布與與切切片片布布置置為量量測測對對應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)鍵鍵位位置置點(diǎn)點(diǎn)溫溫度度、、可可見見度度和和CO濃度度隨隨時(shí)時(shí)間間的的變變化化，，本本次次模模擬擬中中將將四四個(gè)個(gè)出出入入口口與與站站廳廳層層交交接接位位置置分分別別布布置置四四組組熱熱電電偶偶，，分分別別在在站站廳廳層層以以及及站站臺臺層層距距地地面面高高1.5m處布布置置切片片。地鐵鐵車車站站火火災(zāi)災(zāi)模模擬擬熱熱電電偶偶布布置置圖圖二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬6.火災(zāi)災(zāi)模模擬擬熱熱電電偶偶布布與與切切片片布布置置地鐵鐵車車站站火火災(zāi)災(zāi)模擬擬切片片布置置圖圖二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬7.鐵車車站站內(nèi)內(nèi)火火災(zāi)災(zāi)煙煙氣氣模模擬擬結(jié)結(jié)果果與與分分析析(a)T=50s(b)T=70s(c)T=125s(d)T=157s二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬(a)T=50s在50s時(shí)煙氣氣通通過過離火火源源較較近近的的樓樓梯梯口口就就蔓蔓延延到到站站廳廳層層，并并上上升升到到站站廳廳層層頂頂部部并并向向周周邊邊蔓蔓延延，，站站廳廳層層迅迅速速有有煙煙氣氣存存在在；7.鐵車車站站內(nèi)內(nèi)火火災(zāi)災(zāi)煙煙氣氣模模擬擬結(jié)結(jié)果果與與分分析析二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬(b)T=70s在70s時(shí)煙氣氣通通過過離火火源源較較近近的的樓樓梯梯口口就就蔓蔓延延到到站站廳廳層層，并并上上升升到到站站廳廳層層頂頂部部并并向向周周邊邊蔓蔓延延，，站站廳廳層層迅迅速速有有煙煙氣氣存存在在；7.鐵車車站站內(nèi)內(nèi)火火災(zāi)災(zāi)煙煙氣氣模模擬擬結(jié)結(jié)果果與與分分析析二、、基于于BIM的Pyrosim火災(zāi)災(zāi)模模擬擬(C)T=125s在125s時(shí)時(shí)，，在在站站臺臺和和站站臺臺層層公公共共區(qū)區(qū)域域已充充滿滿大大量量的煙煙氣氣；7.鐵車站內(nèi)內(nèi)火災(zāi)煙煙氣模擬擬結(jié)果與與分析二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬(d)T=157s在157s時(shí)站臺、站站臺層公公共區(qū)域域基本充滿滿煙氣，人員已已無法疏疏散逃生生。7.鐵車站內(nèi)內(nèi)火災(zāi)煙煙氣模擬擬結(jié)果與與分析二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬8.地鐵車站站內(nèi)火災(zāi)災(zāi)溫度模模擬結(jié)果果與分析析(a)T=80s(b)T=160s(c)T=230s(d)T=420s二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬8.地鐵車站站內(nèi)火災(zāi)災(zāi)溫度模模擬結(jié)果果與分析析(a)T=80s在火災(zāi)發(fā)發(fā)生后的的80s左右站臺層溫溫度迅速速升高，，站廳層層升高相相對較慢慢二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬8.地鐵車站站內(nèi)火災(zāi)災(zāi)溫度模模擬結(jié)果果與分析析(b)T=160s在160s左右時(shí)，站臺臺層中間間的樓梯梯口周圍圍已處于于危險(xiǎn)狀狀態(tài)，已已影響人人員逃生生二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬8.地鐵車站站內(nèi)火災(zāi)災(zāi)溫度模模擬結(jié)果果與分析析(c)T=230s在230s左右時(shí)，，站臺層層左側(cè)的的扶梯處處也達(dá)到到危險(xiǎn)狀狀態(tài)，此此時(shí)乘客客可從右右側(cè)樓梯梯到達(dá)站站廳層進(jìn)進(jìn)行疏散散；二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬8.地鐵車站站內(nèi)火災(zāi)災(zāi)溫度模模擬結(jié)果果與分析析(d)T=420s火災(zāi)發(fā)生生后的420s左右，站臺層層主要疏疏散通道附近近大面積溫溫度達(dá)到到60度，已無無法進(jìn)行行人員疏疏散和逃逃生。二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬9.地鐵車站站內(nèi)能見見度模擬擬結(jié)果與分分析(a)T=48s(b)T=160s(c)T=240s(d)T=330s二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬9.地鐵車站站內(nèi)能見見度模擬擬結(jié)果與分分析在火災(zāi)發(fā)發(fā)生后的的48s時(shí)，火源周圍圍能見度度出現(xiàn)明明顯下降降，此時(shí)站站廳層的的中間樓樓梯口能能見度也也開始下下降；在160s左右時(shí)，，站臺層層的左側(cè)側(cè)扶梯口口和中間間樓梯口口的能見度低低于10m，此時(shí)的的能見度度已不利利于人員員疏散；而當(dāng)在240s左右時(shí)，，此時(shí)站廳層和站站臺層的的大部分區(qū)區(qū)域能見見度低于于10m，已不滿滿足適應(yīng)應(yīng)人員的的疏散要要求；在330s左右時(shí)，，站廳層的的出入口口能見度度也不滿足足疏散要要求。二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬10.地鐵車站站內(nèi)CO濃度模擬擬結(jié)果與分分析(a)T=135s(b)T=260s(c)T=350s(d)T=575s二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬10.地鐵車站站內(nèi)CO濃度模擬擬結(jié)果與分分析(a)T=135s當(dāng)火災(zāi)發(fā)發(fā)生后，，將在較較短的時(shí)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生大量量CO。在135s時(shí)，在站站臺層最最左側(cè)區(qū)區(qū)域已產(chǎn)產(chǎn)生大量量的CO；二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬10.地鐵車站站內(nèi)CO濃度模擬擬結(jié)果與分分析(b)T=260s在260s左右時(shí)，，站臺層層最左側(cè)側(cè)CO濃度明顯顯升高；；二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬10.地鐵車站站內(nèi)CO濃度模擬擬結(jié)果與分分析(c)T=350s在350s站臺層最最左側(cè)CO濃度已經(jīng)經(jīng)很高，，此時(shí)的的CO濃度已經(jīng)經(jīng)不利于于乘客疏疏散；二、基于BIM的Pyrosim火災(zāi)模擬擬10.地鐵車站站內(nèi)CO濃度模擬擬結(jié)果與分分析(d)T=575s在580s左右時(shí)，，站臺層大大部分區(qū)區(qū)域CO濃度達(dá)到到最高，只有最最右側(cè)區(qū)區(qū)域相對對較低，，乘客此此時(shí)只能能從站臺臺層最右右側(cè)疏散散?？傮w體而言，，站廳層層CO濃度比站站臺層濃濃度較低低，對乘乘客疏散散影響較較小。三、基于于BIM的地鐵車車站人員員疏散仿仿真1.地鐵車站站火災(zāi)條條件下人人員安全全疏散判判定地鐵車站站火災(zāi)情情況下，，乘客能能否全部部疏散到到安全區(qū)區(qū)域主要要取決于于“可用疏散散時(shí)間”ASET(AvailableSafetyEgressTime)和“人員疏散散時(shí)間”RSET(RequiredSafetyEgressTime)這兩個(gè)特特征時(shí)間間之間的的比較，，其數(shù)學(xué)學(xué)描述為為形式為為：ASET>RSET三、基于于BIM的地鐵車車站人員員疏散仿仿真1.地鐵車站站火災(zāi)條條件下人人員安全全疏散判判定在模擬中，，將火災(zāi)災(zāi)產(chǎn)生的的主要危危險(xiǎn)類別別，包括括熱（溫度度）、有有毒氣體體（氧化化碳）和煙霧遮蔽蔽（能見見度）作為估算算ASET的不穩(wěn)定定性標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。對三三者所達(dá)達(dá)到最短短危險(xiǎn)狀狀態(tài)時(shí)間間作為可可用安全全疏散時(shí)時(shí)間ASET的取值。。（1）ASET確定：三、基于于BIM的地鐵車車站人員員疏散仿仿真1.地鐵車站站火災(zāi)條條件下人人員安全全疏散判判定（2）RSET計(jì)算：—火災(zāi)探測測報(bào)警時(shí)時(shí)間—人員預(yù)動作時(shí)時(shí)間，指指火災(zāi)報(bào)報(bào)警到人人員開始始疏散的的這段時(shí)時(shí)間——人員疏散散運(yùn)動時(shí)時(shí)間，min三、基于于BIM的地鐵車車站人員員疏散仿仿真1.地鐵車站站火災(zāi)條條件下人人員安全全疏散判判定（3）火災(zāi)臨界界危險(xiǎn)狀狀態(tài)設(shè)置置(1)2m高度處能見度度低于10m；(2)2m高度處溫溫度超過過60℃；(3)2m以下空間間內(nèi)的煙煙氣層中中的CO濃度大于于1200ppm。三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真2.地鐵車站人人員疏散仿仿真環(huán)境建建立(1)基于BIM模型的車站站建筑仿真真環(huán)境建立立采用Pathfinderw人員疏散逃逃生軟件，，導(dǎo)入地鐵鐵車站BIM模型，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地鐵車站站建筑仿真真環(huán)境的搭搭建車站BIM模型導(dǎo)入到到pathfinder后效果三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真2.地鐵車站人人員疏散仿仿真環(huán)境建建立(2)人員仿真環(huán)環(huán)境建立火災(zāi)模擬時(shí)的工工況為站臺臺起火且無無列車停靠靠，按站臺臺候車區(qū)布布滿乘客工工況對疏散散人數(shù)進(jìn)行行設(shè)置。站臺候車區(qū)的有有效面積約約為900m2，站臺上人人流密度取取0.5m2/人，站臺層層疏散人數(shù)數(shù)設(shè)為1800人。因站廳層乘客客對站臺層層乘客的疏疏散影響不不大，站廳廳層設(shè)為100人，人員疏疏散模擬總總數(shù)1900人。地鐵車站內(nèi)乘客由成成年男性（（40%）、成年女女性（40%）、老人（（10%）、兒童（（10%）構(gòu)成。三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真2.地鐵車站人人員疏散仿仿真環(huán)境建建立(2)人員仿真環(huán)環(huán)境建立地鐵車站內(nèi)內(nèi)乘客疏散散速度的設(shè)設(shè)定直接影影響必須疏疏散時(shí)間REST的計(jì)算，為為了確保計(jì)計(jì)算疏散時(shí)時(shí)間的準(zhǔn)確確性，結(jié)合合火災(zāi)情況況下人員移移動特點(diǎn)并并參考SFPE《消防工程程手冊》中中的有關(guān)規(guī)規(guī)定，對疏疏散軟件中中四類乘客客的行走速速度進(jìn)行設(shè)定

人員類型坡道和樓梯間上行速度(m/s)坡道和樓梯間下行速度(m/s)水平區(qū)域速度(m/s)成年男士0.700.901.30成年女士0.630.801.15兒童0.430.560.86老人0.500.620.79人員疏散速速度設(shè)置三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真3.疏散模擬分分析在完成地鐵車站人人員疏散仿仿真環(huán)境建建立和人員仿真環(huán)境設(shè)設(shè)定后，進(jìn)行疏疏散模擬計(jì)算。(a)T=0s(b)T=17s(c)T=186s(d)T=245s三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真3.疏散模擬分分析(a)T=0sT=0s時(shí)，為剛初始的的人員分布布情況三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真3.疏散模擬分分析(b)T=17s在17s時(shí)人員開始始疏散三、基于BIM的地鐵車站站人員疏散散仿真3.疏散模擬分分析(c)T=186s在186s時(shí),站臺層兩側(cè)側(cè)的乘客大大部分選擇擇距離較近近的疏散通通道逃生，，但也有部部分乘客會會會根據(jù)疏疏散通道的的人