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利用防火墙控制巴黎圣母院火灾的计算流体力学分析

转载:陆新征课题组  2019/4/18 19:01:00  22
内容简介:屋顶防火墙类似巴黎圣母院这样的木结构屋顶防火,自古以来就是一个难题。在人类长期与灾害斗争的历程中,也探索出了很多卓有成效的方法。例如,去过我家乡安徽的朋友们想必都对徽派建筑上的马头墙(图1)印象深刻。而马头墙除了装饰外,一个很重要的用途就是作为防火隔断,防止火势在屋顶的架空空间里面快速蔓延。而昨日《纽约时报》也提出,巴黎圣母院应该考虑采用防火墙来提高其抗火能力(图2)。图1 徽派建筑的马头墙(陆新......

屋顶防火墙

类似巴黎圣母院这样的木结构屋顶防火,自古以来就是一个难题。在人类长期与灾害斗争的历程中,也探索出了很多卓有成效的方法。例如,去过我家乡安徽的朋友们想必都对徽派建筑上的马头墙(图1)印象深刻。而马头墙除了装饰外,一个很重要的用途就是作为防火隔断,防止火势在屋顶的架空空间里面快速蔓延。而昨日《纽约时报》也提出,巴黎圣母院应该考虑采用防火墙来提高其抗火能力(图2)。


图1 徽派建筑的马头墙(陆新征摄)


图2 《纽约时报》建议的防火墙位置(图片来源:纽约时报)

当然,《纽约时报》提出的设置防火墙的方案只是一个概念建议,到底是否有效需要通过科学手段加以检验。在暂时不具备更好的研究条件的情况下,我们采用此前建立的火灾计算流体力学(CFD)模型,研究《纽约时报》提议的防火墙设置的可行性。

首先告诉大家一个好消息,在按照《纽约时报》的建议设置防火墙后(图3中屋顶处黄色几何体即为防火墙),


图3 方案A模型

火灾流体力学计算软件FDS计算得到的火灾蔓延结果如图4所示。嗯,确实,方案A设置防火墙后,火灾被有效隔断在起火的塔尖底部,没有进一步蔓延到十字形屋顶上,巴黎圣母院的悲剧本是可以避免的。



图4 方案A火灾蔓延结果

那是不是只要设置防火墙就解决问题了呢?事情哪有那么简单啊,我们还做了另一个防火墙设置方案(图5,方案B)。方案A和方案B中防火墙的位置相同,但是高度不同,其中方案A的防火墙高于教堂屋顶,方案B的防火墙与教堂屋顶高度相近。

图5 方案B模型

方案B模拟得到的火灾蔓延结果如图6所示。在方案B中,由于防火墙高度仅与屋顶平齐,不能很好的阻止火苗的蔓延,防火墙并未完全达到抑制火灾蔓延的效果。

图6 方案B火灾蔓延结果

小结一下,本文采用CFD模拟对比了不同防火墙布置方案下巴黎圣母院火灾的蔓延过程,从我们简单的模拟中可以得到两个结论:

1)在屋顶增设防火墙对火灾蔓延是有效果的;

2)防火墙不能随意设置,必须进行合理可靠的设计,才能达到抑制火灾蔓延的效果。

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