基于FDS的物流仓库火灾模拟

郑　聪

（武警学院研究生六队，河北　廊坊）

摘要：以物流仓库单独设计机械排烟系统和自动喷水系统两种工况为例，通过FDS模拟对烟气的蔓延、压力变化和CO浓度变化三个方面进行分析比较，得出在保证防火安全的前提下，为了节约成本，单独设置机械排烟系统可达到降低火灾危险性，也为具有相同情况的物流仓库提供参考。

关键词：消防；物流仓库；机械排烟；自动喷水

1　引言

近年来，随着我国物流业的发展，物流已成为国民经济发展的基础产业，一些大型的物流公司纷纷在我国涌现。但是部分物流仓库在建设之初没有依法向公安消防机构申报设计审核和验收，出现建筑耐火等级低、防火间距不足、消防水源少、没有必需的消防设施等先天性火灾隐患，导致物流仓库火灾危险性大。鉴于整改资金过少等多方面因素的影响，对仓库进行全面整改有困难，笔者以某物流仓库为例，通过设计机械排烟系统和自动喷水系统两种工况，并结合计算机模拟，在保证防火安全的前提下，制定可行性与经济性的解决方案，也为具有相同情况的物流仓库提供参考。

2　工程概况

某物流仓库是一家是以仓储为平台，提供仓储、运输、配送业务和信息服务的综合性仓储型物流企业。该仓库东西长103m，南北宽101m，为单层钢架结构建筑；墙体下部为1.2m高的砖墙、上部为岩棉夹芯彩钢板，屋顶为顺东西向两组“人”字形单层蓝色彩钢板和下敷PVC玻璃棉构成，房脊最高处距平台为7.8m，仓库内部库房采用夹心材料为泡沫的彩钢板分隔。该仓库在建立之初未经规划、消防部门审核，防火间距不足，无火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统和室内消火栓，消防设施只有疏散指示标志、应急照明和灭火器。该物流仓库主要存储医药类物品，其火灾危险源主要是中药、西药以及药物包装盒和货架、办公用品、电器设施等。

3　火灾模型建立

3.1　火灾场景分析与设计

根据仓库平面图利用FDS软件建立三维模型。该仓库模拟的建筑结构为地上一层，整个计算区域均采用绝热、无滑的壁面边界条件，边界速度设置为0m/s。该模型建立的网格为1m×1m×1m。根据建筑的具体情况设计了8个外门，外门的尺寸为3m×5m，整个建筑的初始温度为20℃，其火灾设计的场景图如图1所示。

3.2　边界初始条件设定

FDS模拟物流仓库一共分为两种工况：一是单独设置了防排烟系统的仓库，记为01仓库，防排烟系统设置的排烟风量为60m3/（m2·h），模拟的时间为1800s，设置火源功率为4MW；另一种是单独设置了自动喷水灭火系统，记为10仓库，采用普通喷头和快速响应喷头，模拟的时间为1800s，设置火源功率为20MW。该仓库曾在2015年发生过火灾，着火部位在仓库的中部偏西北方向。为了准确测得仓库内部各因素的变化情况，模拟的仓库设置了两个温度切片，分别是在X=29和Z=2的位置切片。

4　火灾模拟结果与分析

4.1　烟气蔓延

（1）仓库01烟气蔓延。仓库01的烟气蔓延情况如图2所示，在第40s时仓库的烟气开始蔓延；160s时蔓延过了半个仓库；在第240s从烟气蔓延的方向可以看出机械排烟起到了一定的作用，烟气浓度有所降低对其蔓延扩散速度也有一定的抑制作用；在330s时，烟气浓度整体升高了，烟气也即将扩散到整个仓库。

（2）仓库10烟气蔓延。仓库10的烟气蔓延情况如图3所示，由模拟结果可以看出该仓库有烟气产生并开始蔓延的时间在61s左右；在第202s我们可以看到烟气浓度相较仓库01模拟结果更低，其能见度更高，烟气蔓延速度也有所减缓；在301s时，烟气大致将整个仓库都蔓延开了，其火源中心处的烟气浓度更高，四周的烟气浓度较低，比仓库01模拟结果在相同时刻的烟气浓度低很多；在第799s左右烟气将整个仓库填充满了，其烟气填充的速度对比仓库01来看要慢很多。

（3）小结。根据模拟结果总体来说，对于烟气的蔓延和浓度而言，只设置自动喷水灭火系统效果更好。

4.2　压力变化

（1）仓库01压力变化。根据模拟结果表明，如图4所示，随着模拟时间的发展，整个仓库的压力是一种不断下降的趋势，其X轴切片上最高压力为–0.15×104Pa和Z轴切片上的最高压力为–0.2×104Pa。由于机械排烟的作用在第20s左右其压力稍有减少；在第56s左右压力降低到–1.0×104Pa左右，仓库内呈现出负压状态，并且保持不断降低，在模拟结束的时间330s时压力最终降低到了最低值–4.65×104Pa。

（2）仓库10压力变化。根据模拟结果表明，如图5所示，随着模拟时间的发展，整个仓库的压力是一种不断增长的趋势，其X轴切片上和Z轴切片上的最高压力均为200Pa。在第400s左右其压力稍有增加却不明显；在第800s左右压力增长为140Pa，并且保持不断上升，在模拟结束的时间1800s时压力最终增加到最高值。

从模拟结果来看，对于压力变化而言，只设置机械排烟系统效果更好。

4.3　CO浓度变化

人吸入CO以后，CO和血液中的血红蛋白结合，当与血液中50%血红蛋白结合时，便能造成中枢神经严重缺氧，继而失去知觉，甚至死亡。人体暴露在一氧化碳含量2000ppm环境下2h将失去知觉死亡；当含量高达3000ppm时30min可致死，所以CO浓度的变化情况是我们进行模拟时测量的重要指标参数。

（1）仓库01 CO浓度分布。根据模拟结果表明，如图6所示，其X轴切片上的最高CO浓度为1.5×10–3ppm，其在Z轴上的最高CO浓度为2.96×10–4ppm，根据其模拟结果显示仓库内的CO浓度呈现出不断上升的趋势，在第96s时火源处CO开始不断的向外蔓延，浓度也在渐渐升高；在第160s左右，由于机械排烟系统的作用仓库的左边区域CO浓度在缓慢地升高，火源区域CO浓度最高，其浓度增加的速度相对较快；在第240s左右整个仓库CO浓度达到1.8×10–4ppm左右，至模拟结束，仓库的火源区域CO浓度达到了最高值；从X轴来看在第246s左右仓库上部空间区域CO浓度开始达到最大浓度，在模拟结束的时间仓库上部空间都达到了最高浓度，这严重的影响仓库被困人员的消防疏散逃生。

（2）仓库10 CO浓度分布。根据模拟结果表明，如图7所示，其X轴切片上的最高CO浓度为1000ppm，其在Z轴上的最高CO浓度为950ppm，设置CO的危险浓度为500ppm，其达到危险浓度后会以黑色显示在图片上，根据其模拟结果显示仓库内的CO浓度呈现出不断上升的趋势，在第615s时火源处CO浓度开始达到其最高浓度，并且CO还在不断的向外蔓延，周围区域浓度也在不断攀升；在第838s左右整个仓库的CO浓度都在不断地升高，火源区域CO浓度最高已达到了危险值，其浓度增加的速度也很快，这对整个仓库的人员安全有着非常严重的威胁；在第1160s左右整个仓库左边区域CO浓度达到500ppm左右，并且浓度还在继续升高，至模拟结束，仓库的很大一部分区域CO浓度都达到了最高值950ppm；从X轴来看在第672s左右仓库上部空间区域CO浓度开始达到最大浓度，在模拟结束的时间，仓库大半上部空间都达到了最高浓度1000ppm。这严重的威胁了我们的消防疏散逃生。CO浓度如此高的主要原因是自动喷水灭火系统进行灭火时会导致仓库内许多易燃可燃有机物发生阴燃的现象，这是由于燃烧不完全导致的，有毒有害气体的浓度会大量增加。

（3）小结。从模拟结果来看，对于CO浓度分布而言，单独设置机械排烟系统效果更好。

5　结论

本文通过FDS模拟结果对比得知，在保证防火安全的前提下，以节约成本为根本目的，物流仓库单独设计机械排烟系统比单独设计自动喷水系统效果更好，为具有相同情况的物流仓库提供参考。

参考文献

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[2] 刘涛，杨培中，谈讯. 某仓库火灾实验与数值模拟对比[J]. 消防科学与技术，2010，29（2）：91-95.

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