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高原低压低氧特殊环境下的火灾防治技术研究进展
文章来源:SKLFS  作者:SKLFS  发布时间:2012-04-24 15:14:00

  火灾科学国家重点实验室开展的高原低压低氧特殊环境下的火灾防治技术研究以布达拉宫为应用示范点,结合布达拉宫维修工程中消防改造的技术难点,解决高原古建筑防火安全中的一系列问题,为西藏古建筑消防安全工作提供指导。研究取得的进展主要包括:
1.现场调查研究布达拉宫的可燃物状况和危险源分布,根据可燃物的状况,利用火灾荷载的计算方法,对布达拉宫主要宫殿的火灾荷载进行了估计,确立了布达拉宫的火灾危险状况。

大厅内的酥油灯阵列

(a)顶棚木结构上固定的灯具

(b)顶棚织物上固定的灯具

(c)巨型唐卡

(d)门帘

2.设计不同海拔高度相对应的氧含量和大气压力组合条件,实验模拟辐射加热时高原地区古建筑中常用木材-松木和杉木点燃特征,确定木材发生明火燃烧的临界条件,以及竖直和水平火蔓延变化规律,建立压力和氧含量耦合作用下木材的点燃时间模型。同时,研究高原地区油池火羽流与平原地区的燃烧特性的差异,确定大气压力对羽流中心线温度等参数的影响关系。

(a)加热开始后935s

(b)着火后35s

(c)着火后50s

 试样的着火过程图像序列(拉萨)

(a)加热开始后570s

(b)着火后35s

(c)着火后50s

试样的着火过程图像序列(合肥)

3.配合布达拉宫的消防改造工程,在对布达拉宫消防设施现状和各类灭火技术应用于高原古建筑有效性的研究分析基础上,借鉴国外古建筑消防安全保护方法,提出了布达拉宫消火栓、灭火器等消防设施优化配置方案。
4.针对西藏古建筑的消防安全特点,提出西藏文物古建筑场所消防法律法规体系框架的建议,并编写出地方政府消防行政规章《西藏自治区文物古建筑消防安全管理规定》的草案及西藏地方标准《文物古建筑场所消防安全管理》的草案,为西藏文物古建筑消防安全管理提供法律依据。
5.围绕可燃物在西藏拉萨和安徽合肥两地燃烧与流动过程的差异性问题,编写了“基于CHEMKIN的氢气伴流扩散火焰模拟程序软件 V1.0”,并分别进行了拉萨和合肥两地压力条件下氢燃料燃烧与流动过程的实验和计算机模拟的对比研究。

 

 

拉萨(64300Pa,300K)与合肥环境(101325Pa,300K)下氢气火焰温度场分布

拉萨(64300Pa,300K)与合肥环境(101325Pa,300K)下NO质量分数分布

6.考虑高原环境下建筑物内火蔓延与常压环境下的差异,对常压环境下的火蔓延模型的相关参数进行了修正,建立了适用于高原环境下建筑物内的火蔓延模型,利用FDS软件,针对布达拉宫内的典型殿堂开展了火灾过程的计算机模拟,依据模拟分析提出了适用于小尺寸殿堂的消防对策措施。
7.考虑布达拉宫的建筑结构特点,量化了人员在狭窄楼梯的运动特征,建立了狭窄楼梯的人员疏散模型,结合布达拉宫的人员分布情况,开展了典型场景人员疏散的计算机模拟,依据模拟的人员疏散的基本参数,提出应急情况下布达拉宫人员疏散策略。
8.研究布达拉宫疏散指示和照明情况;针对布达拉宫的建筑保护和功能特点,设计了新型激光型疏散指示灯,该装置具有体积小、安装隐蔽、亮度高、图案清晰、调整方便、集中监控和远程控制等特点,预期可对以后布达拉宫的疏散指示和照明提供先进的技术手段。
9.实地调研布达拉宫电气现状,分析了布达拉宫可能电气火灾的主要危险因素,提出了基于CAN总线的包含漏电电流、相电流以及温度信号信息的火灾监控技术等在内的布达拉宫电气火灾防治对策,同时,针对布达拉宫配电设备、各分区电源箱及线路布设中存在火灾安全隐患提出相关整改意见。
10.针对点型火灾探测器和吸气式感烟探测器,在拉萨与合肥分别进行了标准火和布拉达宫典型可燃物火实验,分析了两地火灾信号与探测器响应数据,发展了高原地区光电感烟探测识别算法,建立了吸气式探测器管道内部烟气输运模型,提出布达拉宫火灾探测报警技术解决方案及工程应用参数,揭示了低压低氧环境对火灾早期信号与探测器响应的影响规律。 
 

11.针对布达拉宫古建筑结构、火灾发展以及环境干扰因素特点,提出无线烟、温复合探测与视频火灾烟雾探测技术。无线烟、温复合探测技术无需布线,可望在最小程度减少文物建筑破的基础上,解决布达拉宫火灾探测实际需要;火灾视频探测技术可以利用布达拉宫安防监控系统,提高其火灾防范水平。

12.开展了消防水泵高原地区与内陆地区性能参数比较实验,建立了消防水泵性能测试综合实验平台,提交了高原地区消防水泵测试报告,为高原水泵灭火系统设计提供了科学依据。
13.成功设计、合成并制备了几种含磷透明阻燃涂层和几种含氮透明阻燃涂层,对其的热降解和阻燃机理以及对其力学性能、耐候性能进行了研究。制备出的透明阻燃涂层具有较高的氧指数及耐火等级,均能通过UL-94测试,并良好的热稳定性能及耐候性能。

 

14.选择几种常用的阻燃、防腐防虫液对杉木进行三防一体化综合实验,筛选出合适的阻燃液和提出优化配比比例,发展了木材三防一体化技术。三防一体化技术对木材进行处理,其反应生成物在木材内部空隙中沉积不仅能提高木材的阻燃性能,而且对木材的防腐防虫也有帮助,同时,还能降低处理后木材的吸潮性。
15.研制了西藏细水雾灭火模拟实验台,研究了不同环境压力条件对细水雾泵组流量、喷雾张角及雾滴分布等特性参数的影响规律,揭示了高原低压低氧环境条件下细水雾作用之初强化煤油、酥油火燃烧的物理机制;同时,实验还比较研究了高原低压低氧环境条件下CO2、干粉以及便携式细水雾的灭火有效性。

 
 
16.提交了“关于西藏布达拉宫消防改造工程的意见和建议”和“西藏布达拉宫消防改造工程设计的指导原则和建议”,为西藏西藏布达拉宫消防改造工程设计提供技术支撑和指导。
  研究成果在国际燃烧大会等国内外学术会议或期刊发表高水平论文40余篇,已申请8项发明专利、2项实用新型专利,2项成果鉴定,1项软件著作权,并参与制定了2项国家标准。
 
 
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