FireSim - полевая модель пожара

FireSim предназначен для моделирования развития пожара и распространения опасных факторов пожара (ОФП) в здании по полевой модели. Расчет выполняется в Fire Dynamics Simulator (FDS), а FireSim служит средой подготовки модели: в нем строится расчетная модель здания, формируется входной файл FDS, запускается расчет, и результаты передаются в FireRisk для определения времени блокирования путей эвакуации.

Интерфейс FireSim построен так же, как у PyroSim, поэтому пользователям PyroSim переучиваться не придется. Программа входит в комплекс вместе с FireEvac (моделирование эвакуации) и FireRisk (расчет пожарного риска). Все три программы устанавливаются одним дистрибутивом FireRisk, а лицензия приобретается на странице FireRisk и дает право работать во всех трех программах.

Согласно методике определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности (приложение к приказу МЧС России от 14.11.2022 № 1140) время блокирования путей эвакуации принимается равным наименьшему из критических значений времени по каждому ОФП. Критическим считается время, за которое ОФП достигает предельно допустимого значения на путях эвакуации на высоте 1,7 м от пола. Полевая модель применима во всех случаях, в том числе для помещений сложной геометрии, атриумов с галереями и при учете работы систем противопожарной защиты, которые могут существенно изменить динамику ОФП.

В FireSim расчет FDS изначально настраивается под эту задачу. В модели хранится перечень ОФП с предельно допустимыми значениями, и для устройств в расчетных точках и плоских сечений достаточно выбрать фактор из этого перечня. Сечения на высоте 1,7 м записываются по центрам ячеек сетки, поэтому значение в сечении совпадает с показанием устройства в той же точке. По результатам расчета FireRisk определяет время блокирования в каждой расчетной точке и выполняет расчет пожарного риска по методике № 1140, а для производственных объектов по методике № 533.

Модель здания, импорт CAD и BIM

Геометрия модели задается в плане и в объеме: расчетные сетки, плиты, стены, блоки, отверстия и вентиляционные отверстия (VENT). Поддерживаются привязки и ввод размеров с клавиатуры. Для построения геометрии по исходным поэтажным планам используются этажи с подложками.

Чертежи DXF и DWG импортируются напрямую в модель. Объемные грани становятся препятствиями, а линии сохраняются как объекты чертежа; командой «Преобразовать линии CAD в стены» из них можно получить стены заданной высоты. Модели BIM в формате IFC переносятся поэлементно с группировкой по этажам и классам IFC, тела STL импортируются как препятствия.

Модели PyroSim и входные файлы FDS

FireSim открывает модели PyroSim (.psm), включая файлы старых версий, при этом сам PyroSim устанавливать не нужно. После импорта формируется отчет: что перенесено и на что стоит обратить внимание.

Входные файлы FDS импортируются полностью: сетки, препятствия, отверстия, VENT, поверхности, материалы, реакции, газы, частицы, устройства, элементы управления, HVAC и выходные величины. Во вкладке «Текстовый вид» можно посмотреть входной файл FDS в том виде, в котором он будет отправлен на расчет.

Проекты сохраняются в собственном формате .fsim. Этот формат читает FireEvac, поэтому геометрию, построенную для расчета пожара, можно использовать для построения модели эвакуации.

Опасные факторы пожара и их предельно допустимые значения

В модель заложен перечень ОФП по методике № 1140; для каждого фактора указаны соответствующая величина FDS, газ и пункт методики. Флажки «Устройства» и «Сечения» задают, в каких списках выходных величин фактор будет доступен. Если в модели не задан нужный газ, например хлороводород, программа предложит добавить его из библиотеки FDS. Перечень можно дополнять другими опасными факторами.

Проверка модели перед расчетом

Перед запуском расчета и записью входного файла FDS модель проходит проверку: заданы ли газы для каждого ОФП, записываются ли сечения, написаны ли имена файлов расчета латиницей, и ряд других условий.

У каждого правила свой уровень: «Ошибка» блокирует запуск расчета, «Предупреждение» требует подтверждения от пользователя.

Пожарная нагрузка: библиотека FireCat

Вместе с FireSim поставляются библиотека свойств FDS и библиотека FireCat. В библиотеку FireCat входят реакции и поверхности горения для типовой пожарной нагрузки по данным учебного пособия Ю. А. Кошмарова «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении», методики № 1140 и методики для метрополитенов (приказ МЧС России № 554).

При переносе записи в модель вместе с ней копируются все связанные объекты: поверхность переносится с материалами, реакция с газами. Библиотека хранится в виде обычного файла FDS, поэтому новую библиотеку достаточно скопировать в папку библиотек программы.

Противодымная вентиляция, устройства и управление

С помощью HVAC моделируются системы вентиляции с учетом воздуховодов, вентиляторов, фильтров и теплообменников. Можно задать разные зоны давления и перетоки между ними. Расход вентилятора задается постоянным значением, квадратичной зависимостью расхода от давления или пользовательской кусочно-линейной функцией.

В качестве измерителей можно задать термопары, дымовые и тепловые пожарные извещатели, спринклеры и форсунки, аспираторы, измерители потока и высоты слоя дыма. С помощью элементов управления можно задавать включение и отключение объектов модели в определенное время или по срабатыванию определенных устройств.

Расчетные сетки и параллельный расчет

Расчетная область задается одной или несколькими сетками с равномерным или неравномерным разбиением. Инструменты позволяют легко разделять, объединять или уточнять сетки.

Расчет запускается одним процессом с настройкой OpenMP, параллельно через MPI на одном компьютере (по процессу на сетку) или на нескольких компьютерах в сети. Прерванный расчет можно возобновить. FDS и Smokeview входят в дистрибутив FireSim и не требуют отдельной установки.

Результаты и сценарии пожара

На рисунке показано поле видимости в дыму на высоте 1,7 м через 85 с от начала пожара. В помещении очага видимость меньше 3 м, дым распространяется по коридору к выходу, и в левой части коридора видимость уже ниже предельно допустимых 20 м.

Результаты расчета можно посмотреть в FireRisk, где строятся поля и графики ОФП и определяется время блокирования расчетных точек.

Сценарии позволяют хранить несколько вариантов модели в одном проекте: разные места расположения очага пожара, открытые и закрытые двери, варианты работы систем противопожарной защиты.