第五讲基于BIM的地铁车站火灾模拟与疏散仿真课件.pptx

1、2019年7月第五讲石家庄铁道大学石家庄铁道大学 吕希奎吕希奎2一、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地铁车站建筑结构模型一般包括墙、梁、板、柱、门窗墙、梁、板、柱、门窗等基等基础构件，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。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某地铁车站应急管理BIMBIM模型展示模型展示1.地铁车站建筑结构模型3 添

2、加添加地铁车站地铁车站基础构件时除了基础构件时除了注意尺寸、位置注意尺寸、位置等参数，还应等参数，还应添加相应的材质信息。必要时，必要时，对部分基础构件，对部分基础构件，如防火分区墙等，如防火分区墙等，添加耐火等级等添加耐火等级等信息，以供后期信息，以供后期进行火灾模拟进行火灾模拟使使用用。一、地铁车站应急管理BIM模型建模站站厅厅层层防防火火分分区区墙墙基基本本信信息息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5一、地铁车站应急管理BIM模型建模站台层空间展示站台层空间展示站厅站厅层空层空间展间展示示1.地铁车站建筑结构模型

3、6一、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隐藏部分图元后的楼梯展示1.地铁车站建筑结构模型7一、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。扶梯建模效果展示扶梯建模效果展示8一、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闸机及隔离栏杆建模效果展示9一、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屏蔽门建模效果展示10二、基于BIM的Pyr

4、osim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。11二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟1.Revit软件与Pyrosim软件数据交流Revit软件和Pyrosim软件数据流通的通用文件格式为DXF格式。将地铁车站BIM模型从Revit中导出为DXF格式,然后将DXF文件导入

5、进Pyrosim中。DXF文件导入文件导入Pyrosim效果展示效果展示12二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟2.地铁车站BIM模型建立地铁车站BIM模型是对整个地铁车站的3D数字化真实的描述，为火灾模拟与应急疏散仿真提供基础环境，所建立的地铁车站BIM模型为两层岛式地下车站，其中地下一层、二层分别为站厅层和站台层。名称名称参数参数数值数值站台层站台层长118m宽12 m站厅层站厅层长95 m宽21.5 m站台层与站厅层高差站台层与站厅层高差高差5.0 m扶梯扶梯数量3部（直梯1，楼梯2）出入口出入口数量4个检票口检票口数量4个相邻的闸机相邻的闸机中心距离0.85m跨度长1.2m13二、基

6、于BIM的Pyrosim火灾模拟2.地铁车站BIM模型建立地铁车站站厅层地铁车站站厅层平面平面地铁车站站台层地铁车站站台层平面平面14二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟3.基于BIM与Pyrosim的火灾模拟流程建立模型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15二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟4.边界条件与火源参数边界条件边界条件与火源与火源参数表参数表序号序号类型类型参数参数1 1火源位置站台层中心，且无列车停靠2 2仿真运

7、行时间600s3 3环境初始温度204 4环境初始相对湿度505 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 6火灾增长类型快速火7 7火灾热释放速率5MW8 8火源功率增长系数0.0469kW/S216二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟5.地铁车站火灾模拟网格划分由于疏散模型都必须对建筑空间进行描述，以模拟人员在建筑内部的疏散过程。因此，需要对所建的地铁车站BIM模型进行网格细分，共划分397500个0.5 m0.5 m0.5 m立方体小网格。地铁车站火灾模拟网格划分分布图地铁车站火灾模拟网格划分分布图17二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟6.火灾模拟热电偶布与切片布置为量

8、测对应关键位置点温度、可见度和CO浓度随时间的变化，本次模拟中将四个出入口与站厅层交接位置分别布置四组热电偶，分别在站厅层以及站台层距地面高1.5m处布置切片。地铁车站火灾模拟热电偶布置图地铁车站火灾模拟热电偶布置图18二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟6.火灾模拟热电偶布与切片布置地铁车站火灾地铁车站火灾模拟模拟切片切片布置图布置图19二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟7.铁车站内火灾烟气模拟结果与分析(a)T=50s(a)T=50s (b)T=70s (b)T=70s(c)T=125s(c)T=125s (d)T=157s(d)T=157s 20二、基于BIM的Pyrosim火灾模

9、拟(a)T=50s(a)T=50s 在50s时烟气通过离火源较近的楼梯口就蔓延到离火源较近的楼梯口就蔓延到站厅层站厅层，并上升到站厅层顶部并向周边蔓延，站厅层迅速有烟气存在；7.铁车站内火灾烟气模拟结果与分析21二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟(b)T=70s(b)T=70s 在70s70s时时烟气通过离火源较近的楼梯口就蔓延到离火源较近的楼梯口就蔓延到站厅层站厅层，并上升到站厅层顶部并向周边蔓延，站厅层迅速有烟气存在；7.铁车站内火灾烟气模拟结果与分析22二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟(C)T=125s(C)T=125s 在125s时时，在站台和站台层公共区域已充满已充满大量大

10、量的烟气；7.铁车站内火灾烟气模拟结果与分析23二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟(d)T=157s(d)T=157s 在157s时站台、站台层公共区域基本充满烟气基本充满烟气，人员已无法疏散逃生。7.铁车站内火灾烟气模拟结果与分析24二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟8.地铁车站内火灾温度模拟结果与分析(a)(a)T=80s T=80s (b)(b)T=160s T=160s(c)(c)T=230s T=230s (d)(d)T=420s T=420s 25二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟8.地铁车站内火灾温度模拟结果与分析(a)(a)T=80s T=80s 在火灾发生后的80

11、s左右站台层温度迅速升高，站厅层升高相对较慢26二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟8.地铁车站内火灾温度模拟结果与分析(b)T=160s(b)T=160s 在在160s左右时，站台层中间的楼梯口周围已处于时，站台层中间的楼梯口周围已处于危险状态，已影响人员逃生危险状态，已影响人员逃生27二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟8.地铁车站内火灾温度模拟结果与分析(c)T=230s(c)T=230s 在在230s左右时，站台层左侧的扶梯处也达到危险左右时，站台层左侧的扶梯处也达到危险状态，此时乘客可从右侧楼梯到达站厅层进行疏散；状态，此时乘客可从右侧楼梯到达站厅层进行疏散；28二、基于BIM的

12、Pyrosim火灾模拟8.地铁车站内火灾温度模拟结果与分析(d)T=420s(d)T=420s 火灾发生后的420s左右，站台层主要疏散通道附近大面积温度达到60度，已无法进行人员疏散和逃生。29二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟9.地铁车站内能见度模拟结果与分析(a)(a)T=48s T=48s (b)(b)T=160s T=160s(c)(c)T=240s T=240s (d)(d)T=330s T=330s 30二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟9.地铁车站内能见度模拟结果与分析l 在火灾发生后的48s48s时时，火源周围能见度出现明显下火源周围能见度出现明显下降降，此时站厅层的

13、中间楼梯口能见度也开始下降；l 在160s160s左右时，站台层的左侧扶梯口和中间楼梯口的能见度低于能见度低于10m10m，此时的能见度已不利于人员疏散；l 而当在240s240s左右时，此时站厅层和站台层的大部分大部分区域能见度低于区域能见度低于10m10m，已不满足适应人员的疏散要求；l 在330s330s左右时，站厅层的出入口能见度站厅层的出入口能见度也不满足疏散要求。31二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟10.地铁车站内CO浓度模拟结果与分析(a)(a)T=135s T=135s (b)(b)T=260s T=260s(c)(c)T=350s T=350s (d)(d)T=575s

14、 T=575s 32二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟10.地铁车站内CO浓度模拟结果与分析(a)(a)T=135s T=135s 当火灾发生后，将在较短的时间内产生大量CO。在135s135s时，在站台层最左侧区域已产生大量的CO；33二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟10.地铁车站内CO浓度模拟结果与分析(b)T=260s(b)T=260s 在260s260s左右时，站台层最左侧CO浓度明显升高；34二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟10.地铁车站内CO浓度模拟结果与分析(c)T=350s(c)T=350s 在350s350s站台层最左侧CO浓度已经很高，此时的CO浓度已经不利

15、于乘客疏散；35二、基于BIM的Pyrosim火灾模拟10.地铁车站内CO浓度模拟结果与分析(d)T=575s(d)T=575s 在580s580s左右时，站台层大部分区域站台层大部分区域COCO浓度达到浓度达到最高最高，只有最右侧区域相对较低，乘客此时只能从站台层最右侧疏散。总体而言，站厅层CO浓度比站台层浓度较低，对乘客疏散影响较小。36三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真1.地铁车站火灾条件下人员安全疏散判定 地铁车站火灾情况下，乘客能否全部疏散到安全区域主要取决于“可用疏散时间”ASET(Available Safety Egress Time)和“人员疏散时间”RSET(Requir

16、ed Safety EgressTime)这两个特征时间之间的比较，其数学描述为形式为：ASETRSET 37三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真1.地铁车站火灾条件下人员安全疏散判定在模拟中，将火灾产生的主要危险类别，包括热（温度）、有毒气体（氧化碳）和烟雾遮蔽（能见度）作为估算ASET的不稳定性标准。对三者所达到最短危险状态时间作为可用安全疏散时间ASET的取值。38三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真1.地铁车站火灾条件下人员安全疏散判定RESTalarmpremovetttalarmt火灾探测报警时间火灾探测报警时间pret人员预动作时间，指火灾报警到人员开始疏散的这段时间movet人

17、员疏散运动时间，min39三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真1.地铁车站火灾条件下人员安全疏散判定(1)2m高度处能见度低于10m；(2)2m高度处温度超过60；(3)2m以下空间内的烟气层中的CO浓度大于1200ppm。40三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真2.地铁车站人员疏散仿真环境建立(1)(1)基于基于BIMBIM模型的车站建筑仿真环境建立模型的车站建筑仿真环境建立采用Pathfinderw 人员疏散逃生软件，导入地铁车站BIM模型，实现地铁车站建筑仿真环境的搭建车站车站BIMBIM模型导入到模型导入到pathfinderpathfinder后效果后效果41三、基于BIM的地铁车站

18、人员疏散仿真2.地铁车站人员疏散仿真环境建立(2)(2)人员仿真环境建立人员仿真环境建立l火灾模拟时的工况为站台起火且无列车停靠，按站台候车区布满乘客工况对疏散人数进行设置。l站台候车区的有效面积约为900m2，站台上人流密度取0.5m2/人，站台层疏散人数设为1800人。l因站厅层乘客对站台层乘客的疏散影响不大，站厅层设为100人，人员疏散模拟总数1900人。l地铁车站内乘客由成年男性（40%）、成年女性（40%）、老人（10%）、儿童（10%）构成。42三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真2.地铁车站人员疏散仿真环境建立(2)(2)人员仿真环境建立人员仿真环境建立地铁车站内乘客疏散速度的设

19、定直接影响必须疏散时间REST的计算，为了确保计算疏散时间的准确性，结合火灾情况下人员移动特点并参考SFPE消防工程手册中的有关规定，对疏散软件中四类乘客的行走速度进行设定 人员类型人员类型坡道和楼梯间坡道和楼梯间上行速度上行速度(m/s)(m/s)坡道和楼梯间坡道和楼梯间下行速度下行速度(m/s)(m/s)水平区域水平区域速度速度(m/s)(m/s)成年男士成年男士0.700.901.30成年女士成年女士0.630.801.15儿童儿童0.430.560.86老人老人0.500.620.79人员疏散速度人员疏散速度设置设置43三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真3.疏散模拟分析 在在完成完成

20、地铁车站人员疏散仿真环境建立地铁车站人员疏散仿真环境建立和和人员人员仿真仿真环境设定环境设定后，进行疏散后，进行疏散模拟模拟计算。计算。(a)T=0s (b)T=17s(c)T=186s (d)T=245s44三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真3.疏散模拟分析(a)T=0s T=0sT=0s时，为刚初始的人员分布情况45三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真3.疏散模拟分析(b)T=17s 在17s17s时人员开始疏散46三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真3.疏散模拟分析(c)T=186s 在186s186s时,站台层两侧的乘客大部分选择距离较近的疏散通道逃生，但也有部分乘客会会根据疏散通道

21、的人员数量情况，会选择人员较少的疏散通道47三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真3.疏散模拟分析(d)T=245s 当疏散时间至当疏散时间至245s245s左右时，全部的人员疏散左右时，全部的人员疏散已完成已完成48三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真3.疏散模拟分析根据仿真计算结果，车站各关键位置的必须疏散时间RSET如下：分类位置RSET(s)站台层左侧扶梯口137中间楼梯口141右侧楼梯口132站厅层左侧扶梯口141中间楼梯口168右侧楼梯口152出入口A209B221C226D245表3 关键位置必须疏散时间REST49设置火灾参数Pyrosim软件导入车站模型设置Plot3D Dat

22、a输出选项选择Pathfinder Quantities Pathfinder Quantities确定输出时间间隔(s)火灾运行仿真计算生成.smv格式结果文件 导入Pathfinder软件设置Enable FDS 选项Integration 疏散运行仿真计算Pathfinder中结果查看器耦合结果可视化展示 三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真4.火灾及疏散场景集成的可视化火灾及疏散场景集成流程图火灾及疏散场景集成流程图50三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真4.火灾及疏散场景集成的可视化同时查看火源动态效果和人员疏散情景同时查看火源动态效果和人员疏散情景51三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真4.火灾及疏散场景集成的可视化同时查看火源动态效果和人员疏散情景同时查看火源动态效果和人员疏散情景52三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真4.火灾及疏散场景集成的可视化 火势变化、烟气蔓延与人员疏散集成展示效果火势变化、烟气蔓延与人员疏散集成展示效果53三、基于BIM的地铁车站人员疏散仿真4.火灾及疏散场景集成的可视化火灾场景下站台层人员疏散情况