消防系统建模

本教程将演示如何在 PyroSim 中建模一些基本的消防系统。本教程将教授 PyroSim 提供的建模工具的基础知识，而不涉及消防工程背后的工程方法。关于此类信息，请使用《SFPE 消防工程手册》及您当地的规范标准等资源。我们还将演示如何配置 PyroSim 模型以使用控制功能对自身状态做出反应。

准备工作

• 完成”导入几何体”和”材料与分层表面”教程中的必备模型。
• 或者，下载本教程的完整文件：消防系统。
• 查阅新版本 PyroSim 用户手册以在本教程中参考。

背景说明

消防系统是各种设备的组合，如灭火系统、报警系统和排烟系统，协同工作以保护特定空间及其人员免受火灾侵害。这些系统通常在设计火灾场景中进行建模，以确保符合规范要求，更重要的是确保它们能够履行保护人员的职责。幸运的是，PyroSim 和 FDS 提供了用于建模各种消防系统的工具，包括喷淋系统、烟雾探测器、报警系统和通风系统。

此外，PyroSim 和 FDS 还提供了称为控制（Controls）的工具，允许您配置模型以对自身状态变化做出反应。这方面的例子可能是在报警系统触发时内部门打开，模拟人员在火警期间打开门撤离建筑。

创建喷淋系统

创建消防系统的初始步骤是创建喷淋头。PyroSim 中的喷淋头是特殊的设备，一旦满足触发条件，就会喷出水颗粒来抑制火灾。默认情况下，喷淋头由温度链接触发。温度链接允许您指定喷淋头制造商提供的喷淋属性，以便尽可能真实地建模您的喷淋系统。FDS 随后在其响应时间指数算法中使用这些参数来建模喷淋激活。与其他对象一样，您可以创建温度链接库，以便在项目中轻松复用链接。

我们将使用 PyroSim 提供的默认通用温度链接。这些通用链接并非旨在精准建模任意特定的喷淋头，仅作为有效通用配置的示例。

注意：温度链接不是激活喷淋头的仅有方式。喷淋头也可以基于物理量值激活。当选择物理量时，喷淋头充当一个点设备来测量该值，一旦值达到您设置的阈值，喷淋头就会激活。

在模型中创建喷淋头：

1. 使用设备 > 新建喷淋头选项。
2. 在喷淋头对话框中，将名称更改为 “Sprinkler”，并将位置设置为 X=11.0m, Y=20.5m, Z=11.8872m。
3. 保持探测器设置为温度链接，在下拉菜单中选择 “Generic Commercial Link”。
4. 点击确定创建喷淋头。

此喷淋头将在 “Generic Commercial Link” 中设置的 68.33°C激活温度达到时激活，并散布水滴以抑制模型中的火灾。

创建排烟通风口

通风口是二维平面，允许我们对模型中的单元应用一组边界条件。在本教程中，我们将创建一个通风口作为简易的排烟控制系统。由于本模型中的几何体不包含机械通风空间，此通风口的位置不会与真实情况一模一样，但它将展示如何使用 PyroSim 提供的工具来设置此类通风口。

定义排烟表面

在创建通风口之前，我们需要定义要应用的边界条件。通过定义表面来完成：

1. 使用模型 > 编辑表面选项打开编辑表面对话框。
2. 点击新建打开新建表面对话框。
3. 输入名称 “Exhaust”，然后将表面类型设置为 “Exhaust”。
4. 在 “Exhaust” 表面的气流标签页中，设置指定体积流量字段。
5. 点击确定保存表面。

创建排烟通风口

1. 使用模型 > 新建通风口选项创建新通风口。
2. 在通风口属性对话框中，将通风口的 ID 设为 “Exhaust”。
3. 将表面下拉菜单设置为您刚刚创建的 “Exhaust” 表面。
4. 切换到几何体标签页。
5. 在几何体标签页中，将平面设置为 “X”，值设为 14.06m。
6. 设置Min Y 为 21.0m。
7. 设置Max Y 为 22.0m。
8. 设置Min Z 为 11.3m。
9. 设置Max Z 为 11.8m。
10. 点击确定创建通风口。

您刚刚创建的通风口应出现在 “Door” 障碍物旁边的墙上。激活时，此通风口将从其接触的单元中排出气体。然而，在真实的排烟控制系统中，此通风口不会一直处于活动状态。它只会在建筑中探测到烟雾时才激活。为了在模型中复制此行为，我们将使用控制功能。

创建控制（Controls）

控制，顾名思义，用于控制模型中各种对象的状态。大多数对象都有可以通过控制管理的状态。在本示例中，我们将创建两个控制。一个控制将激活您在上一节中创建的 “Exhaust” 通风口，第二个控制将停用模型中的 “Door” 障碍物，模拟人员开门并撤离火灾场景。

创建排烟控制

1. 使用设备 > 编辑激活控制选项打开激活控制对话框。
2. 点击新建打开新建控制对话框。
3. 将新控制名称编辑为为 “Exhaust Control”，保持控制类型为 “Activation”。
4. 点击确定创建控制。
5. 选中 “Exhaust Control”，将输入类型设置为 “Detector”。
6. 将执行设置为 “Activate”。

此时控制已创建并准备配置，但目前它不控制任意对象。

7. 在激活控制对话框的文本框中，点击第一个超链接打开搜索组件。
8. 搜索 “Exhaust”，然后勾选您创建的 “Exhaust” 通风口旁边的复选框，点击确定。
9. 在文本框中，点击第二个超链接，然后勾选 “Smoke Detector” 设备旁边的复选框，点击确定。
10. 在文本框中，选择最后一个超链接并将延迟时间设置为 30.0s，然后按 Enter。
11. 点击确定保存控制。

此控制现在控制 “Exhaust” 通风口。它将在 “Smoke Detector” 达到烟雾探测阈值后 30 秒启用该通风口。激活后，通风口将按照 “Exhaust” 表面定义中设置的流量从房间排烟。

创建门控制

控制的另一个用途是编辑模型中的几何体，以模拟门开/关或窗户因热量破碎等情况。让我们创建另一个快速控制，在 “Smoke Detector” 激活 5 秒后移除 “Door” 障碍物。

1. 创建另一个名为 “Door Control” 的激活控制。
2. 将控制类型设置为 “Detector”，执行设置为 “Deactivate”。
3. 使用您从排烟控制中学到的方法，配置该控制使其在 “Smoke Detector” 激活时停用 “Door” 障碍物，延迟 5.0s。

现在，您的模型中有另一个控制，将在 “Smoke Detector” 激活 5 秒后移除 “Door” 障碍物，模拟人员打开门撤离房间。

运行模拟并查看结果

1. 使用运行

   图标运行模拟。

2. 模拟完成后，点击时间历史图表

   图标旁边的箭头，选择绘制设备结果。

3. 选择 “Sprinkler” 设备并查看图表。

如设备图表所示，温度持续上升，直到大约 t=30s，此时超过了 “Generic Commercial Link” 喷淋链接模型的默认 68.33°C激活温度。此时，我们可以假定喷淋头激活以抑制火灾。

查看控制结果

1. 关闭时间历史图表窗口，然后点击时间历史图表图标旁边的箭头，选择绘制控制结果。
2. 选择 “Exhaust Control” 控制并查看图表。

控制提供激活状态方面的数据。值 -1 表示未激活，值 1 表示已激活。根据此信息，”Exhaust Control” 似乎在模拟开始后约 37 秒激活。考虑到我们将此控制配置为在烟雾探测器激活 30 秒后激活，可以推断烟雾探测器大约在 7 秒时激活。

3. 选择 “Door Control” 控制并查看图表。

“Door Control” 似乎也按预期运行。从图表中可以看出，控制在约 12 秒时激活。考虑到它设置为在 “Smoke Detector” 设备激活后延迟 5 秒，再次表明烟雾探测器约在 7 秒时激活。

验证精准激活时间

1. 关闭时间历史图表窗口，然后使用分析 > 打开结果文件夹选项。
2. 在 Windows 资源管理器中，双击 fire_protection_systems.out 文件在记事本中打开。
3. 滚动到文件底部，查看标有DEVICE Activation Times和CONTROL Activation Times的部分。

从输出文件中可以看到精准的激活时间：”Sprinkler” 设备在 t=30.4s 激活，”Smoke Detector” 设备在 t=7.3s 激活，”Door Control” 控制在 t=12.3s 激活，”Exhaust Control” 控制在 t=37.3s 激活。所有值符合预期。

注意：CONTROL Activation Times 部分中的 “F” 或 “T” 表示控制的初始状态。标有 “F” 的控制在控制激活时会停用其他对象。当其值为 -1 时，所控制的对象处于活动状态；当值为 1 时，对象被停用。标有 “T” 的控制则以相反的方式工作。

在三维中查看结果

1. 通过点击运行模拟对话框中的显示结果或点击查看结果

   图标打开 PyroSim Results 查看器。

2. 使用视图 > 楼层设置选项打开楼层设置对话框。
3. 在楼层可见性下拉菜单中选择 9.144 或 Floor 9.1。这是 PyroSim 预处理器中定义的 “Level 4” 的标高，只是以米为单位表示。
4. 通过平移和旋转找到感兴趣的房间。
5. 按播放

   图标开始结果播放。

图 10：播放显示模型中控件的激活情况

在默认不选择任意结果可视化的情况下，播放将展示模型中发生的所有几何体变化。您可以看到 “Door” 障碍物被停用，”Exhaust” 通风口在适当的时间被激活。播放会在模型中的最后一个几何事件之后停止，在本例中即 t=37.4s 时 “Exhaust” 通风口的激活。

查看完整播放

1. 双击三维烟雾和颗粒可视化以在三维播放窗口中启用它们。
2. 按播放

   图标开始结果播放。

图 11：完整回放显示模型的所有结果

如结果所示，模型中的消防系统和控制按预期工作。火灾开始后不久，烟雾探测器激活，触发门打开，模拟人员撤离。一旦火灾将喷淋头加热到 68.33°C，喷淋头激活并开始喷水帮助抑制火灾。在烟雾探测器激活 30 秒后，排烟通风口被激活，帮助从房间中排出大量烟雾。

总结

您现在应该熟悉了如何在 PyroSim 中建模消防系统和控制。这些系统显然可以比本教程中演示的简单示例复杂得多，因此建议在小规模、离散、快速运行的模拟中测试您的系统，然后再在大型模拟中尝试。这将为您节省大量时间和精力，并有助于确保您的完整模型按预期运行。