专业软件应用于火灾调查的例子

前言

布拉格消防技术研究所（TIFP） 是捷克共和国消防和救援服务机构的分支。它的总部设在捷克共和国的首都布拉格，是捷克共和国消防和救援服务总部（FRS）的重要部分。其主要任务是 消防设备的测试及其认证、消防设施的研究与开发、火灾调查以及在消防领域的应用研究 。他们常使用CFD/FDS等火灾仿真模型作为消防安全评估 、定量火灾试验研究项目的技术探索，或者是对火灾与爆炸事故调查提供技术支持。

捷克共和国的消防和救援服务机构作为捷克政府为公民提供广泛的服务。它不仅负责救援行动，而且是一个对建筑消防安全有管辖权的机构。 它同时负责火灾调查，以及进行消防领域过程的 研究。

捷克共和国消防救援服务的工作范围 主要有两个领域使用消防模型： 1、有管辖权的当局负责授权使用消 防工程师制作的消防模型进行建筑消防设计。2、领域是火灾调查，其中模型被用作火灾和警 察调查的支持。

这些模拟大部分是在布拉格消防技术研究所完成的，该研究所也负责消防和救援服务范 围内的相关研究！

布拉格消防技术研究所（TIFP）是 捷克共和国消防救援服务中心（FRS）总部的一部分...

正文

在捷克共和国每一场财产损失的火灾事故都必须进行调查，公民的人身财产损失不可忽视。火灾调查跟中国一样，同样规定是在消防救援部门的消防调查人员和警 方调查人员的合作下进行的。

火灾调查技术人员负责确定火灾的原因，技术故障、意图、疏忽或任何 其他原因)，然后警察调查人员负责查清楚任何个人、团体或公司为这次事故负的责任，查清他们各自在火灾事故中是否有轻微违法违规行为或刑事 犯罪行为。

捷克共和国被分为14个地区，每个地区都有一个火灾调查单位。 TIFP火灾调查部门的作用是：当火灾造成重大的财产损失或导致 多次死亡，以及需要对化学或电器样本进行高级检查以确定火灾原因的情况下，该区域的消防调查人员（含警察）方可以要求TIFP调查人员加入合作。

如果CFD火灾模型有利于调查过程，则该模型由TIFP的研发部门完成 。TIFP的研发部门对现场调查人员最常见的要求是帮助确认或排除关于点火源（材料）的类型或数量或假设起火源的位置 。如果本次火灾事故是有人违反消防法规，从而导致严重的后果，TIFP还被当局要求用火灾仿真模型来显示在满足所有火灾法规的要求时，体现所发生的实际火灾的后果和理论火灾的后果之间存在的差异。

捷克共和国现场火灾调查人员与警察的技术力量不足的措施

捷克共和国的现场消防调查人员通常没有关于FDS/CFD火灾模型的使用和适用性的经验和知识。 当调查员第一 次向火灾模型设计师咨询这个案例时，常常对模型功能的期望过高（CFD模型并不是完全能适用所有应用场景，需要等待开发更多的插件和相关组件）。

通常，捷克消防调查人员或者警察对模型设计师的第一个 问题是：

①模型是否能够以几分钟的顺序精确地确定火灾发生的时间？

②预测如果火灾不能被扑 灭会发生什么！

因此，模型设计师有必要每次与现场消防调查员会面，并咨询每个特定的案例，以确定模型是否有利于调查过程。 一个很好的例子是几年前调查过的一个巴士火灾的模型。 火灾起因于巴士行李舱内的一个简易爆炸装置中使用的化学物质，但由于缺氧，大火很快被扑灭 。

警方调查人员的问题是：“如果爆炸装置成功启动，对乘客的威胁是什么？”这样一个一般性 的问题在现实中并不适用于火灾模型来回答。因此模型设计师经过与警方调查人员的讨论，制定了一系列可以通过火灾模型回 答的具体问题，并可以帮助调查人员评估该行为的威胁程度。火灾调查人员提出的典型问题如下： 

在行李舱中烧掉一件行李能达到多大的温度？

这个温度是否足以点燃行李舱里的更多行李？ 

此温度是否足以点燃母线电气装置？

烟雾会扩散到乘客车厢吗？ 

在哪个阶段火灾可能会被公交车上的人注意到？

调查结果、案例研究

接下来我们以捷克共和国发生的一起疗养院火灾事故的案例 展示如何将FDS火灾模型用于火灾调查，以及准备模型的研究人员以及火灾和警察调查 人员合作时面临的主要挑战是什么。

这种合作的一个例子是对最近一疗养院的精神病人导致重大生命损失的火灾的调查。在调查过程中，捷克共和国的火灾调查员和布拉格消防研究所的模型设计师完成了CFD火灾模型和疏散模型，以及火灾前事件的动画制作 。由于调查小组全体成员的出色工作，这一事件导致了 捷克建筑安全规范在此类建筑的消防安全方面的重大变化调整 ！

以下火灾模型的例子是针对上图精神疾病患者的疗养院的火灾。这是一座始建于1985年的建筑，之后从老年人之 家（养老院）改造为精神疾病患者的疗养院，但始终没有在消防措施方面作出任何具体的改变。

该精神病疗养院共有34名客户 入住。起火时间为凌晨4点到5点，夜间值班的只有一名工作人员。火灾发生在公共休息室，它和  17个客户的5间客户卧室在同一个防火分区里。此次火灾造成8人死亡，5名客户严重受伤，使这场火灾成 为捷克共和国历史上最严重的火灾之一。

调查显示，火灾是由其中一名客户引起的，他在沙发上 放起了一个小抱枕。火灾蔓延了近30分钟，都没有引起任何人员的注意，因为大楼没有配备火灾自动探测设备。  在1985年，当时的捷克建筑安全规范并没有要求在这类建筑中安装烟雾探测器获得批准。由于火灾当事人的精神健康，精神病罪犯不需要负任何责任。但 起诉并没有结束，警察和火灾调查人员仍然对可能违反建筑规范的行为的人员进行调查，目前没有更多调查相关资料披露出来，因此还不能详细讨论案情上的细节......

现场火灾发生几天之后，布拉格消防技术研究所的 建模团队火灾模型设计师被邀请到事故现场，从建筑现场的细节和火灾本身的特点角度研 究模型输入参数或痕迹，方便再FDS中用于现场绘制并校准模型或验证其预测。用于校准模型的最佳痕迹是由墙壁上的 烟尘沉积物确定的烟雾层的高度和温度分布，这是由不同的项目确定的，例如电灯开关，墙 上的海报等，需要发现在火灾现场和它们的热降解水平。

CFD/FDS火灾模型与真火试验

首先，制作了一个模型漫游的3D动画来显示事件的链/族。客户的行动和工作人员的行动，其中一个客户封锁了着火区域的防火门，值班的工作人员并没有任何打开防火门的行为。在火灾发生前，确定了火灾发展的边界条件和烟雾蔓延通过建筑。这个动画是由消防和救援部门的纪录片部门的工作人员们完成的。 

一共做了三个火灾模型。第一个模型显示了最有可能的火灾版本。该模型最大的挑战是确定火灾 曲线。火灾发展阶段的长度是根据目击者的陈述和附近建筑物中显示窗户破碎的外部摄像机录像确定的。最大火灾强度是由通过开口进入的空气量确定的。 

当根据火灾现场的证据对火源进行了满意的校准时，还模拟了另外两种情况。第二个模型被用来演 示正确安装和维护的消防措施对火灾过程及其后果的影响。

第三个模型通过在火灾发生时适当使用 在建筑物中安装的防火门来显示火灾划分的影响。最后的模拟显示了火灾的过程，所有按照现行 标准使用的消防安全装置。 

火灾模型完成后，布尔诺理工大学的专家为所有自由火灾模型编制了疏散模型，显示了在使用火灾自动探测器的情况下疏散时间的差异（正是这个出色的举动，改变了捷克建筑安全规范的重大变化）。  

初步分析采用了区域模型CFAST。模型的几何形状如图1所示。

随后，使用FDS软件进行了CFD模拟。几何形状与所使用的几何形状相似 在CFAST中，如图2所示：

图2 展示的内容是：从公共房间开始；1号和2号厅室之间的防火门未安装；楼梯间的常闭防火门处于被打开状态。

火源

火灾发生在冬季，建筑也配备了现代化的密封窗户。据认为，火灾是受通风限制的。最大热释放 速率来自于以下公式： HRR max  = 1500 A 0 √H 0’  = 6,7 MW

旁白：部分手机用户无法正常显示公式的，如显示？，请参考下图

解读：A0是通风口的面积，H0是可用通风口的高度。从图像中可以发现，公共休息室的所有窗户在火灾中都被破坏了，但是模型获得了破损的时间。并且这三个窗口可用氧气的最大HRR计算为HRRmax= 6,7兆瓦，因为第三个窗口打破了一个小的延迟，所以HRRmax同时也只计算了两个窗口，其值为4.5兆瓦。HRR从假设的火灾开始到最大假设的HRR近似为t平方火灾。火源曲线如图3所示：

图3的设定情况是：假设火灾发生的场所通风是有限的；火灾虽然发生在冬天但大楼配备了现代化的常见密封良好的玻璃窗户；最大热释放速率来自于三个窗口所提供的氧气。

火灾模型中的烟层高度

烟层高度是一个参数，模型制作团队选择让模型最大限度的接近真实火灾。通过在火灾现场的收集数据信息，根据墙

上的烟尘沉积物确定了烟层的高度。在靠近火的大厅，大约是0.9米，在第二个大厅是0.7米。但FDS模型给出的显示值1.1和0.9米，这被认为算是已经足够接近真实火场情况了。

从墙上的煤灰沉积物中提取的痕迹，现场火灾调查人员判断烟层的高度：靠近火场的大厅走廊为0.9-1米，相邻的打听走廊是0.7-2米。

烟雾探测器激活

由于精神病疗养院并没有安装火灾自动探测器，模型设计师 最终在模型中使用了火灾烟雾探测器，以验证该场所如果设计火灾自动报警系统对预防火灾和减少损失的积极作用。

最终出来的结果之一是火灾探测器在不同地方激活的预期时间。使用了火灾探测器的默认 设置，并使用了CFAST和FDS模拟的结果来显示不同版本的检测时间。

版本A将所有的防火门都打开了，它被认为是最危险的。版本B在模拟开始时，所有的防火门都打开了，但主防火门被反复打开和关闭。这个版本被认为是最接近真实情况的。版本C在整个模拟过程中，所有的防火门都关闭了，并代表了理想的情况。

由于使用了CFD和区域模型，结果显示出很高的变异性，同时考虑到两种软件的验证，公共休息室火灾探测的预测时间在16-660秒之间，这是非常宽的范围，但保守值。总之，可以预期检测时间按分钟的顺序进行，这比实际情况下30或45分钟之间的实际时间要快得多。

扩展知识点：捷克共和国的性能化消防设计火灾探测器的默认表格

火灾蔓延

为了显示使用防火门的重要性，模型设计团队做了一些关于烟雾扩散的可视化工作。对版本B（真实情况）和版本C（理想情况）进行了比较。他们在不同的时间拍摄了几张照片。为此目的，火门被认为是理想的密封方式，这样烟雾就不会扩散到后面的大厅里。从图片中可以看到，在变体B中，烟雾扩散到整个建筑，而在变体C中，烟雾停留在其中一个火灾部分。

结论

以上仿真模型表明，如果建筑从建造年份开始按照消防设计进行装备和使用，烟雾扩散将仅限于一个消防隔间内（防火分区）。仿真模型的结果表明，如果存在任何一种火灾探测，都会显著减少火灾探测时间。长时间的探测时间被认为是导致这次火灾如此致命的最严重的因素。

此次火灾仿真模型在调查和试验应用发挥了重要作用，然而，该模型也是讨论未来如何防止此类火灾的 重要信息来源。 这场火灾人员死亡的教训，加上明确证明如何简单的措施可以防止这类事件，捷克共和国的消防法规被改变了！ 此后这类建筑都必须配备火灾自动报警系统（如果有超过50个客户），或者至少配备自动烟雾探测器（如果有少于50个客户）。

这个改变是回顾性的，所以即使是更老的建筑也需要在3年内进行改变，以防止未来再次发生此类火灾。

最终，这个精神病疗养院建筑被重建了，建筑内部的功能布局也被改变了，现在公共休息室是单独的报警区域，配备了火灾自动报警系统！

（来源：消防百事通）

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