基于三维元胞自动机的高层火灾蔓延过程快速模拟方法

摘要

为解决高层建筑火灾蔓延模拟难度大、耗时长等问题，该文提出基于三维元胞自动机的高层建筑火灾蔓延快速模拟方法。将三维空间离散为元胞，建立状态转换规则，结合材料属性与火灾动力学特性，引入基于PyroSim实验的概率机制，量化风速对火灾蔓延的影响，实现火灾动态模拟。以2011年沈阳皇朝万鑫大厦火灾为案例，利用模型模拟过火面积与实际灾情（9 814 m²）,误差在7%以内，在普通计算机配置上单次模拟耗时仅40.51 s,验证了模型合理性以及计算方法的高效性。进一步参数分析表明，外保温体系可燃性高时，火势沿空腔快速蔓延，燃烧持续6.5 h;采用非燃性体系后，火势受限至36 m²,1.5 h内稳定。该方法可有效表征高层火灾蔓延的空间异质性，可为高层建筑防火设计优化及城市火灾防控提供高效工具。

关键词

三维元胞自动机 / 高层建筑火灾蔓延 / 风速概率耦合 / 案例研究 / 外保温材料