钢框架房屋火灾消防过程温度场数值模拟研究∗

钢结构在火灾消防过程中容易遭到破坏甚至发生倒塌，而空间温度场是研究结构响应的基础。为了研究喷水消防对空间温度场的影响，建立了三层三跨钢框架房屋模型，在火灾动力学软件中利用水喷淋方式模拟了其消防灭火过程。分别研究了消防在火灾初期发展阶段和稳定燃烧阶段介入时，火源及框架平面附近的温度场分布与发展规律，对比分析了消防在不同火灾阶段介入后直接灭火跨与相邻跨的火场温度变化特性。研究结果表明：（1） 数值模拟结果与火灾消防试验结果吻合较好，验证了数值模型中采用水喷淋方式模拟喷水消防过程获得温度场的可行性；（2）消防在火灾初期发展阶段介入后，直接灭火跨的温度发生骤降，最大降幅约 350 ℃，约 20 s 后缓慢回升， 消防喷水有效减缓火灾发展进程，抑制空间温度与梯度发展，框架附近平面火场达到的最高温度相比无消防介入火灾低约 350 ℃；（3）消防在稳定燃烧阶段介入时，空间温度较高、温度梯度较大，消防介入后火场最高温度在 60 s 左右降低约 650 ℃，降温速率约 11 ℃/s，短时间内温度梯度变化剧烈；（4）与在稳定燃烧阶段介入相比，消防在火灾初期发展阶段介入可大幅降低火场最高温度，且使温度梯度变化比较缓和。     

基于灰色欧几里德理论的输电线路路径方案优选

针对输电线路建设项目相应的特点,构建输电线路路径方案优选评价指标体系,运用层次分析法和熵权法来确定评价指标的组合权重,改进传统的灰色关联分析理论,建立基于灰色欧几里德加权关联度理论的方案优选模型, 进行输电线路路径方案优选,同时结合某工程实.例进行验证。结果表明,通过灰色欧几里德优选方法得到的方案A3为最优方案。     

城市地下轨道交通火灾风险评估体系模型研究——以某地铁车站为例

用按时序分阶段的评估方法建立了城市地下交通火灾风险评估体系的架构,并用改进的层次分析法建立了多层次评估指标权重模型,建立了判断火灾风险的评价标准。以北京地铁二号线某车站为例,在对其现有设备资料和运行特性进行详细调研分析的基础上,把风险评估结构划分为目标层、准则层、指标层,并按照现有的参考依据对各项影响火灾安全的风险因素进行赋值计算,得到了火灾各个阶段该车站的火灾风险水平,并对评价中的薄弱环节,提出了有针对性的建议。研究结果可供地下交通系统火灾应急预案制定参考。     

建筑火灾火源参数估计方法综述

长期以来,保障建筑火灾安全一直是建筑火灾领域研究人员关注的热点问题之一。火灾发生时,建筑火灾火源位置、强度等参数对于指导消防策略、疏散策略的制定具有重要的现实意义。随着近年来建筑结构的日趋复杂及高层建筑的不断涌现,火灾发生时如何能快速、有效地对火源参数进行估计成为制约火灾应急救援有力开展的重要因素之一。在分析目前建筑内常用的火灾感知方法的基础上,首先对国内外建筑火灾火源参数估计方法进行归纳总结,根据使用信息不同将其划为探测信息估计方法、火灾模型估计方法以及探测信息同火灾模型相结合的方法。之后,通过对比分析不同算法,对各算法的优势和不足进行了简要分析。最后,还对近年来新涌现的基于分布式思想的火源参数估计方法进行了介绍,预测其在未来的发展方向。     

三维地质建模及其在地下空间开发的应用研究∗

为了建立精确三维地质模型,了解地下空间情况,提出一种优化的建模方法,以钻孔数据为基础,利用surfer软件对数据进行插值拟合,运用Civil 3D 的曲面功能创建三维地质模型,并引入地质剖面图进行模型修正。以苏州观前街区为例建立三维地质模型,较为真实地反映了该区地质情况;通过剖切模型生成的三维地质模型栅格图、平切图对三维地质模型进行可视化分析,从而了解研究区域地质构造、地层起伏和变化规律;通过Civil 3D 软件的二次开发建立剪切地下构筑物的插件,实现地下空间开挖的功能,直观清晰地获取研究区地下空间的地质情况。工程应用结果表明,该建模方法较为精确,生成的三维地质模型有助于指导地下工程建设,对未来地下空间开发具有实际指导作用。     

投影寻踪法在高层建筑火灾风险评估中的应用

针对现有高层建筑火灾风险评价方法中主观性强、分辨率低的问题,提出了一种新模型——基于投影寻踪的高层建筑火灾风险评价模型。利用该模型将火灾风险指标的多维数据投影到一维空间上,采用粒子群算法进行优化,根据最优投影方向计算了各实测火灾样本的投影值,通过比较各等级投影输出值与各实测样本的投影值进行火灾风险评估,并将评估结果与其他几种常用方法的结果进行比较研究。研究表明,该模型的评价结果比其他几种方法的结果更加合理可靠,不仅克服了权重取值受人为因素影响的局限性,而且有较高的分辨率和分类精度,在该领域具有较强的适用性,是一种更具有应用和推广价值的新方法。     

基于GIS的城市地震次生火灾仿真系统

地震次生火灾虽是1种相对罕见的城市灾害,然其巨大的破坏力却逐渐引起广大城市防灾工作者的注意。为了有效防止和抵御地震次生火灾,构建了基于GIS的城市地震次生火灾仿真系统,用于辅助防灾工作者预测和评价城市地震次生火灾的发生、蔓延、扑救和破坏过程。该仿真系统由4个部件构架而成,包括空间数据库、模型库、仿真中心和结果输出。空间数据库组织和收集城市中与地震次生火灾密切相关的空间和非空间数据,为仿真系统提供基础的数据源;模型库是整个仿真系统的核心,包括了地震次生火灾过程中3个关键阶段的模型,即震后起火模型、城市火灾蔓延模型和震后消防扑救模型;仿真中心是仿真系统的运行中心,实现数据和模型之间的集成,并提供完整的仿真方案进行模拟,并以表格、图件和报表的形式输出各种统计结果。这些统计结果可为防灾工作者的防灾决策提供科学的依据。     

火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析

实际结构从正常使用到遭受火灾作用,至火灾后进行维修加固,其结构受力经历了常温、升温、降温和火灾后4个阶段(简称结构受力全过程)以及火灾升、降温作用阶段(简称火灾作用全过程)。基于上述结构受力和火灾作用的全过程,建立了全过程火灾作用下型钢混凝土柱力学性能分析的有限元模型,分析了全过程火灾作用下型钢混凝土柱的温度—时间关系、轴向荷载—位移关系和截面内力分布等。研究结果表明,不考虑外荷载和火灾升、降温共同作用得到的火灾后剩余承载力和对应的峰值位移结果偏于不安全;在结构受力全过程和火灾作用全过程中,型钢混凝土截面各材料之间发生了应力重分布。     

火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析北大核心CSCD

实际结构从正常使用到遭受火灾作用,至火灾后进行维修加固,其结构受力经历了常温、升温、降温和火灾后4个阶段(简称结构受力全过程)以及火灾升、降温作用阶段(简称火灾作用全过程)。基于上述结构受力和火灾作用的全过程,建立了全过程火灾作用下型钢混凝土柱力学性能分析的有限元模型,分析了全过程火灾作用下型钢混凝土柱的温度—时间关系、轴向荷载—位移关系和截面内力分布等。研究结果表明,不考虑外荷载和火灾升、降温共同作用得到的火灾后剩余承载力和对应的峰值位移结果偏于不安全;在结构受力全过程和火灾作用全过程中,型钢混凝土截面各材料之间发生了应力重分布。     

震后典型建筑物倒塌场景下压埋人员快速定位方法

现有的针对地震后压埋人员设备的定位方法主要是基于信号接收强度（Received Signal Strength Indication,RSSI）,其过程主要可以分为测距和定位两个阶段。测距阶段由于实际复杂压埋环境的限制没有匹配的无线信道模型可以直接应用。为了实现复杂震后环境压埋人员的快速搜救,通过模拟三种典型建筑物倒塌压埋空间,对获得的大量数据利用近高斯-小波分析方法实现信号的平滑输出,建立不同场景下的最优无线信道模型,将波动的参数细化到小区间,在此基础上采用改进的三维加权质心定位算法得到压埋人员三维位置的最优估计。模拟实验结果表明,该方法具有较高的定位精度,5 m×5 m范围内解算的压埋手机最大定位误差为0.3 m,平均误差为0.23 m。10 m×10 m范围内最大定位误差为0.51 m,平均误差为0.31 m。     

森林火灾的自组织临界行为及其在中国林火数据中的体现

森林火灾元胞自动机模型是研究自组织临界行为的一个经典模型。本文从该模型出发,讨论了它的自组织临界行为,考虑到环境和人为因素对森林火灾的影响,对经典的森林火灾模型进行了改进,加入了降雨、人工烧除等森林火灾模型的演化规则。将经典模型和改进模型的演化计算结果与中国近40年来的森林火灾数据以及美国的有关数据进行了比较。结果表明,改进模型克服了经典森林火灾模型的不足,与真实森林火灾的演化符合得较好。     

基于随机森林算法的城市火灾风险评估研究

为定量分析城市火灾风险,引入随机森林算法。首先设计基于随机森林算法的递归特征消除方法优化初选的14个自变量指标,剔除无关或冗余变量;其次基于随机森林算法的平均准确度降低方法计算特征重要度,将其归一化结果作为指标的权重;最后结合指标数据,使用线性加权法评估城市火灾风险。以济南市区为例的实证研究显示:经过特征选择操作后发现只有10个指标时模型误差最小,MSE为7.43×10-4;用于计算指标权重的随机森林模型与实际火灾密度拟合的决定系数R2>0.85,精度较高,可用于对指标的客观赋权;火灾风险评估结果不仅显示历史火灾较多的区域是高风险区,也可得到火灾发生较少区域的风险值。     

火灾后钢筋混凝土板力学性能评估方法∗

钢筋混凝土楼板是火灾中最容易破坏的结构构件,需要对其火灾后的承载能力进行评估并加固。考虑升温阶段、降温阶段及火灾后阶段材料本构关系的不同,考虑高温下混凝土保护层的爆裂对温度场及力学性能的影响,提出了火灾后钢筋混凝土楼板力学性能分析的有限元计算模型。同时,针对典型的钢筋混凝土板加固方法,在前述有限元模型的基础上建立了火灾后加固的钢筋混凝土板有限元计算模型,利用该模型对典型的火灾后加固钢筋混凝土板的承载能力进行了计算分析。模型中采用单元生死技术实现了混凝土高温下的爆裂及火灾后加固的数值模拟,模型可用于火灾后及加固后钢筋混凝土板力学性能的评估。分析表明,经历火灾后,钢筋混凝土板的承载能力降低幅度较大,板存在明显残余挠度。加固后,钢筋混凝土板的承载能力得到较大程度的恢复。     

基于改进的精细网格网络复合模型的最优疏散路径研究

针对人群密集的商场发生火灾爆炸、地震、恐怖袭击等突发事件时,人员紧急疏散问题,通过改进的精细网格网络复合模型,用Matlab仿真人员疏散的最优路径,并以实际商场为例,运用Pathfinder软件对最优路径进行验证模拟,并进一步对商场满载情景仿真,得出商场的最佳疏散出口与疏散瓶颈。分析商场不同时期的疏散瓶颈,进行深化设计得出结论,最优疏散路径优于单纯选择距离人员最近的出口撤离的方案;撤离人员都有从众心理;当第四层人员密度超过0.59人/m~2时,撤离过程将发生踩踏事件。本研究为人员疏散行为模型提供了一种有用的补充。     

基于机器学习的流域尺度森林火灾灾害风险预测

森林是碳库,具有强大的固碳增汇功能,在应对气候变化中发挥着重要作用。然而,由于极端高温的影响,频繁发生可燃物自燃而引发森林火灾,除了影响区域水文大气循环过程以外,也给人类带来严重的人员伤亡和经济损失。现有森林火灾预测研究主要侧重可燃物研究和火灾监测等方面,较少关注大尺度地形、气象和人类活动对森林火灾的影响,但这些也是除可燃物外导致森林火灾发生的主要因素。以嘉陵江流域重庆段为研究区,区域内山地受自然火灾影响严峻。基于地理信息系统叠加地理空间因子与火灾分布点获得数据集,构建4种机器学习模型,测试模型性能,评价最优模型进行森林火灾灾害风险制图。研究结果表明,模型评估指标受试者工作曲线下面积(area under the curve, AUC)平均值为95.0%,模型性能梯度提升决策树最优,AUC值为98.3%。利用梯度提升决策树(gradient boosting decision tree, GBDT)模型预测森林火灾风险对防范大尺度森林火灾具有一定的可行性,对山城避灾规划起到借鉴作用,规划引导降低森林火灾风险,从而维护生态平衡和生态系统碳汇能力。     

基于时空融合技术的森林火灾遥感动态监测

针对单一时空融合方法或使用单一中等空间分辨率影像（如Landsat影像）和MODIS影像时空融合的不足,本文提出综合利用经典的STARFM算法、基于地物内组分时相变化模型的地表反射率时空融合算法,联合使用多种空间分辨率更优（≤30 m）的传感器影像,以“时间最邻近及空间分辨率优先”为原则对传统单一中等空间分辨率影像预测周期（如Landsat影像为16天）进行分段独立预测,并优化组合两种预测方法的预测结果,进而获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像。基于上述方法所得结果,可应用于森林火灾监测场景中。以四川凉山木里县3·30森林大火为例,综合利用MOD09GA、Landsat8 OLI、Sentinel-2、GF-1 WFV遥感影像数据进行实验研究,基于预测所得逐日中等空间分辨率影像提取火灾指标因子（燃烧面积指数和归一化燃烧指数）,分析森林火灾演化态势。结果表明：(1)多类型中高空间分辨率遥感影像的综合利用,有利于解决传统单一中等空间分辨率影像预测周期跨度过长、总体精确度低的问题,可获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像;(2)两种算法在不同类型遥感数据融合应用中各有其局限性,两种方法...     

基于Level Set方法的风暴追踪

利用现代计算机技术和信息处理技术,建立灾害性天气预警系统,是对灾害性天气进行识别和预报的最有效手段之一.研究探索风暴运动过程中多普勒雷达图像的数据处理和算法优化,是预警系统工作中的关键技术.基于计算机技术,应用TITAN算法及改进的Level set方法可以较好地实现对雷达图像中风暴体的追踪,提高灾害性天气预警效率.     

基于AHP-PSO模糊组合赋权法的地铁火灾安全韧性评估

为提升地铁火灾系统的安全管理水平,结合韧性理论对地铁火灾系统抵御能力和复原能力进行研究。根据韧性概念建立环境、人员、设备、管理4个方面的安全韧性评估体系,并基于AHP-PSO和改进CRITIC的主客观组合赋权模糊评价法对韧性指标体系及其权重进行确定,构建地铁车站火灾安全韧性模糊综合评估模型,并以上海市人民广场地铁站为例进行模型的应用。结果表明:上海市人民广场地铁站综合评价等级为较高韧性,该评价结果与此地铁站的实际情况基本一致,其中火灾自动报警系统对整体韧性影响最大,并提出建立二级管理的火灾自动报警系统来提高系统安全韧性水平。     

高层建筑火灾安全疏散二级灰关联评估

高层建筑内人员集中,垂直疏散距离长,烟气垂直方向扩散快,火灾情况比一般建筑内的复杂,因此需要对其火灾时的安全疏散进行评估.通过比较几种安全评估模型,根据高层建筑火灾的特点,用灰关联评估方法建立了高层建筑火灾安全疏散二级灰关联评估模型,对评估模型标准参考矩阵进行了分析并提出了因素权重的选取方法.该模型通过比较样本矩阵和标准参考矩阵的关联度,划分安全等级,并在评估对象中找出影响安全疏散的关键因素,指出薄弱环节,量化改进方案,然后在改进的基础上评估样本的安全疏散等级,再找出改进措施,直到目标系统样本的安全疏散评估等级达到安全等级.通过实例,验证了该模型的可行性.     

基于复杂网络的高校火灾灾害链分析及应急管理决策研究

结合高校火灾灾害演化特征,基于国内外102起高校火灾案例总结出12个灾害次生衍生事件,基于复杂网络理论和灾害链演化机理对高校火灾次生衍生事件进行系统全面分析,建立高校火灾灾害链网络拓扑结构和风险评价模型,并计算出高校火灾灾害链风险度。综合灾害事件的致灾率、灾害损失度、灾害链脆弱度3个指标,以南京航空航天大学实验室爆燃事件为实例进行验证。研究结果表明,该模型与实际情况具有较高的吻合度,有利于提高高校火灾灾害急处置能力和决策水平,能够为高校防灾减灾策略的制定提供参考。研究发现,火灾发生前采取有效措施对灾害链重要节点进行积极管控,可降低火灾发生的风险;火灾发生后对关键边进行及时断链,可迅速阻断火灾的进一步发展和蔓延。