研究国际金融公司,FDS-Based信息共享建设消防安全分析

文摘

随着计算机处理器的发展,大量数值模拟工具被广泛使用的火工程师确定火灾和烟雾的蔓延。然而,火灾建模实践往往是非常耗时和cost-intensive尤其是建筑的几何信息,并限制了进一步实现建筑消防安全分析。虽然现在建筑信息模型(BIM)已经成为一种时尚的建筑,工程,和建筑(AEC)字段来促进信息集成和互操作性,数据共享和交换仍然疲软在传统的BIM应用程序之间的互操作性和火灾模拟软件,由于数据模式是完全不同的。在这篇文章中,一个快速和准确的方法对信息共享之间建立消防安全分析主流BIM应用和广泛使用的火灾模拟软件已成功实现,基于行业基础类(IFC)和火灾动力学模拟(FDS)。,几何建筑信息和语义信息可以通过这种方法共享坐标系统的变换,外部数据库,IFC文件扩展名。BIM模型恢复火灾模拟结果可以支持其他性能化设计的建筑,如结构耐火设计和疏散设计。,所有的分析结果包括建筑火灾模拟,结构安全设计,和疏散仿真可以集成在Autodesk Revit,建立国际金融公司的框架——和FDS-based建筑消防安全分析信息共享成功。体育馆已经作为一个案例研究来说明这个框架的能力。

1。介绍

城市化的快速发展,火灾模拟研究大型公共建筑的安全设计具有重要意义。火的信息仿真结果还可以支持优化建筑设计,结构安全分析和疏散模拟。火灾模拟的第一步是获取建立建筑模型的几何信息。然而,当前的火灾仿真建模方法需要重建,而不是利用现有建筑模型,因为不同的数据格式和接口。因此,它可能导致火灾建模的数据交换和信息共享实践是在一个很大的困难。提供的数据和信息,导致火灾模拟软件可以只支持单一学科或任务field-related专家或专业人士(即。、消防安全或结构分析),而不是一个集成的分析环境。

与此同时,女子(建筑信息建模)吸引了广泛的关注,已经成为一种时尚建筑,工程,和建筑(AEC)领域,这是定义为一个数字模型包含所有信息创建或聚集在整个建筑生命周期和技术实现信息集成和互操作性,基于不同于传统图或CAD技术的设计和施工方法1]。此外,全面和标准化的数据格式和BIM技术集成过程发挥重要作用的有效利用建筑信息(2]。最好可以协调矛盾,导致平滑沟通等各个方面的项目和有序的合作系统。因此,产业基础类(IFC)作为一个开放开发数据模型标准服务的BIM互操作性需求行业(3,4]。国际金融公司支持多个不同的几何表示和含有丰富的语义信息。最广泛使用的女子,已经成为正式注册的国际标准和作为国际标准的3 d数据交换不同BIM软件工具很多年了。

然而,当前的火灾模拟软件和主流BIM应用仍受困于“信息岛”构建模型传播,这意味着它是低效的转换,和模型信息存储,并阻碍BIM技术的发展在消防安全的研究领域。

当前的主要局限性BIM应用程序之间的数据共享和火灾模拟软件主要解决在数据模式的差别,因为BIM应用程序和火灾模拟软件的功能是完全不同的。为例子,火灾动力学模拟(FDS),火火作为一个仿真工具广泛应用工程师,由国家标准与技术研究所(NIST)可以分析烟和热传输过程和描述火灾的发展(5]。然而,当前建筑建模实践FDS通常开始于手动收集所需的基本几何信息和语义信息进行火灾模拟从纸质文档或电子文档,如电子计算机辅助设计(CAD)绘图文件。然后将所有的信息输入输入数据文件来支持软件FDS模拟。因此,当前基于FDS火灾建模实践输入数据文件非常耗时,cost-intensive,容易出错,特别是对大型建筑,并限制FDS的进一步应用。因此,BIM应用程序之间的数据共享和火灾模拟软件可以帮助火工程师避免手动重新插入数据建模实践,自BIM模型包含一个高水平的细节,几何和语义信息,如空间布局,材料的属性和其他执行火灾模拟所需数据。然而,主流BIM应用程序和FDS的数据模式是完全不同的,以及它们之间的当前的信息共享是效率低下,容易出错。

因此,本文提出了一个全面的方法对信息共享之间建立消防安全分析主流BIM应用和广泛使用的火灾模拟软件已成功实现,基于国际金融公司和FDS。为此,火的主要目标仿真分析基于BIM技术摘要(1)开发一个框架几何和语义之间构建信息的直接翻译BIM应用程序和火灾模拟软件帮助火工程师避免手动重新插入数据建模实践(2)火灾模拟结果存储到建筑信息模型进行进一步的信息交换和共享,支持建筑的性能化设计,包括结构耐火设计和疏散设计

剩下的纸是组织如下:部分2评审相关工作的BIM应用程序之间的信息共享和火灾模拟软件。部分3礼物我们提出的方法论框架用于IFC和FDS-based信息共享建设消防安全分析。部分4和5提出的国际金融公司,FDS-based信息共享建设消防安全分析框架中,它的能力验证的情况6。结论和局限性本文介绍部分7。

2.1。应用FDS对建筑消防安全分析

用火的数学建模的研究始于1940年代初(6]。数学火灾计算机模型之一是计算流体动力学(CFD),也称为领域模型(7]。FDS,火火仿真工具广泛应用工程师,由国家标准与技术研究所(NIST)是fire-driven流体的计算流体动力学模型可以分析烟和热传输过程和描述火灾的发展(5]。FDS模拟准确性的验证由多个实验(8,9]。FDS模拟输出数据的可视化程序可以显示Smokeview (SMV) [10]。

然而,基于FDS火灾模拟实践的输入数据文件效率低下,而且容易出错。然后PyroSim [11),FDS的预处理器,开发工程师创建建筑几何模型和选择火灾模拟所需的相关参数。是一个图形用户界面的FDS和集成Smokeview可视化程序12],它可以作为一种视觉图形程序消防工程师构建三维建筑模型。然而,在PyroSim创建三维建筑模型的功能是低效和不友好,因为PyroSim只有两个主要建模方法:一个是进口FDS输入文件;另一种是进口CAD文件格式,包括3 d或2 d DXF格式允许手动定位三维元素通过跟踪DXF线。尽管我们可以使用从Revit导出DXF格式文件,建筑元素关系,点和线之间的拓扑关系将损坏和丢失。因此,使用原始的FDS输入文件建立建筑模型可以保证建筑组件的完整性,避免拓扑关系。商业软件PyroSim作为接口插入FDS输入文件只能用于仿真结果的可视化和火灾场景的设置面板的条件。

2.2。BIM建筑消防安全分析中的应用

建筑信息模型(BIM)的发展始于2000年代早期(13),基于早期的计算机辅助设计(CAD)和3 d对象的参数建模,作为一个合作方式来设计和建造房屋的。BIM模型包含一个高水平的细节,包括3 d几何信息和语义信息来支持决策的建筑物的生命周期。国际金融公司,成为一个开放的国际标准为BIMers开发的,是一种表达模式开发的国际联盟的互操作性(IAI),已经更名为buildingSMART国际。它是基于表达语言的一部分产品模型数据交换标准(步骤)标准(ISO 103030),这促进了建筑行业的互操作性和集成的信息。

类似的工作调查使用BIM建筑消防安全分析已由一些研究人员。张和伊萨(14)提出了一种新的方法BIM-based身临其境的严肃游戏环境提供一个身临其境的紧急疏散场景的疏散性能评估建筑设计,扩展研究BIM在性能化安全设计。程等。15)开发了一种BIM-based智能火灾预防和救灾系统支持实时和动态火灾信息的可视化三维支持消防安全的规划和有效的疏散。Mirahadi et al。16)开发了一个框架,EvacuSafe评估建筑物的疏散安全性能通过IFC-based BIM模型的集成和火灾模拟工具。然而,他们的研究主要集中在路径识别算法和疏散路线与建筑布局BIM只涉及到的坐标x设在和y设在组件而不是整个几何信息。李等人。17]提出了一个女子为中心的算法来实现双重目标改善room-level定位准确性,BIM是用来提供几何信息和用户交互的图形界面。作者的知识,使用BIM建筑消防安全分析主要侧重于建筑的性能化设计结合BIM的身临其境的可视化的力量,而不是数据BIM软件之间的信息共享和火灾仿真软件包,它揭示了本研究的重要性和必要性。

2.3。建筑消防安全分析基于BIM和FDS的集成

数据共享和交换仍然疲软在传统的BIM应用程序之间的互操作性和火灾模拟软件。女子之间的数据共享和FDS需要基于IFC格式文件和FDS输入文件。然而,它们的数据模式是完全不同的,因为这两个模式是为不同的目的而设计的。国际金融公司,作为一个标准化的建筑信息的数据结构存储,也提出了解决各种专业工程软件之间的数据交换问题,因为表达建模语言能包含和代表产品和过程数据实现整个行业的需求定义的概念和属性被认为是相关的和创建它们之间的语义关系18]。

类似的工作调查BIM的集成和FDS进行的一些研究人员。Dimyadi et al。18)提出了一个实用的方法,从IFC文件查询空间数据利用BIMRL (BIM规则语言)拥有一个高效的IFC数据查询功能。然后,从一个IFC文件所需的几何表示信息可以映射到数据规范FDS的输入文件。然而,在这种方法中,只有几何数据可以导入。Nongeometrical IFC数据等热物理性质的材料不可能存在,虽然它还需要执行火灾模拟。先锋et al。16,19,20.)开发了一个基于web的FDS转换工具和IFC模型解析工具将建筑模型中创建Revit, ArchiCAD FDS输入数据。然而,这个数据映射实现仅限于基本几何和支持对于既不复杂的建筑几何,如倾斜和弯曲的表面和语义信息交换,如材料的热物理性质。

克服当前的国际金融公司的局限性,FDS-based信息共享建设消防安全分析需要一个更全面的框架几何和语义之间的信息共享支持性能化设计的建筑,将本文中描述。

3所示。方法

基于背景和相关的研究工作,提出了建筑消防安全信息共享框架分析基于IFC和FDS如图1。

首先,该框架可以支持直接翻译的几何和语义之间构建信息BIM应用和火灾模拟软件。女子之间的数据共享和FDS需要基于IFC文件和FDS输入文件,在重大问题上可分为(1)几何建筑信息共享,包括坐标系的转换和几何描述信息和(2)语义信息共享,包括材料信息,热探测器、烟雾探测器,通风系统参数和仿真结果数据。几何建筑信息和语义信息都可以通过这种方法共享坐标系统的变换,外部数据库,IFC文件扩展名。

其次,该框架可以支持火灾模拟结果存储基于建筑信息模型进行进一步的信息交换和共享,支持建筑的性能化设计,包括结构耐火设计和疏散设计、基于Autodesk Revit的应用程序编程接口(API)。

坐标系统的变换和几何描述方法是几何的两个重大问题构建国际金融公司和FDS之间的信息共享。FDS输入文件包含用于火灾模拟参数组织成名单组提供所有必要的信息来描述火灾场景和支持火灾模拟计算,而BIM技术提出了产业基础类(IFC)作为一个开放和标准化数据模型为BIM的互操作性需求行业。

参数FDS文件内指定输入文件通过使用名称列表格式的记录(21),包括输入文件头(ha),仿真时间(时间),网格参数(网),杂项(MISC),表面性质(冲浪),物料性质(MATL),表面性质(冲浪)梗阻(水果),和设备参数(DEVC)。每个火灾场景中定义一个三维的计算域由直线组成的网格。自从FDS接近直线网格控制方程,几何描述的建筑是矩形障碍物的被迫遵守底层网格。FDS输入文件使用名单组水果创建障碍主要通过定义矩形的坐标固体。妨碍被定义为两个点,分别位于身体的最后一个矩形的对角线,固体,和每一方必须平行于坐标轴的阻塞。例如,“水果XB = 1.2, 1.2, 1.2, 1.5, 1.5, 1.5 /”定义了一个长方体有两个对角点(1.2、1.2和1.2)和(1.5,1.5,1.5),如图2。

整个建筑物的几何模型是由近似矩形的固体,和建模方法主要是由火灾模拟算法。模拟域分为小三维矩形控制卷或计算细胞。每个计算单元计算参数,包括密度、速度、物种的浓度,温度,计算基于质量、能量、动量方程,等。因此,FDS可以预测吸烟,温度、一氧化碳和其他物质在火灾火解决实际问题和研究基本的火灾动力学和燃烧。

国际金融公司的版本在这项研究中的应用是IFC2x3我们观察现在大多数使用了当前主流BIM应用程序。IFC文件使用的实体类型IfcSolidModel代表不同类型的实体模型的三维形状表征(22]。其亚型CSG表示,全面表征,边界表示,计划和其他固体表示。实体继承关系如图3。

研究人员发起倡议建立一个方法将IFC数据FDS输入数据,尤其是Dimyadi等人从新西兰,他们已经在这个领域取得了巨大成就23]。然而,当前的转换工具有许多局限性(1,24):首先,它不能支持几何边界表示;第二,只有直,正交的,平等的高度建筑元素可以支持,只有单层建筑可以考虑。在这篇文章中,将讨论更广泛全面的代表性和边界表示打破这些电流限制。

如图4,两种锥是大大不同的几何建模方法。IFC数据所代表的圆锥实体模型使用的边界表示模型(Brep)封闭曲面是由几个三角形的补丁。与表达的锥FDS建模方法分为几个小块。这些直线块的大小取决于网格配置具有重大影响计算精度和效率。

(一)

(b)

IFC 3 d形状表示,全面表征,和边界表示法是常见的在IFC文件中默认的几何表示。这一节将描述这两个几何坐标系统的变换IFC文件和FDS文件之间的表达方法。

4.1。国际金融公司全面表示实体

通常,建筑组件是由常规的几何对象,例如,光束的形状,列,石板,墙壁是长方体。因此,IFC数据模型通常使用全面表示实体,尤其是IfcExtrudedAreaSolid实体允许一个二维平面截面扫描通过空间来生成这些建筑组件(25]。它有四个属性:ExtrudedDirection(确定挤压的方向),深度(定义挤压的长度),位置(确定纵坐标的起源点挤压),和SweptArea(定义扫掠面积表示为一个亚型IfcProfileDef)。

本节将首先解决几何问题的FDS输入文件之间的信息转换和IFC物理文件全面表示和表达的建筑组件组件的扫掠面积是平行的x- - - - - -y飞机在全球坐标系统。组件与无与伦比的扫面或特殊形状,边界表示将在下一节中提供了实现信息转换。

以下4.4.1。IFC空间坐标变换

与全球唯一不同的坐标系统中使用FDS建模过程中,国际金融公司使用局部坐标系来表达了立体几何模型。因此,基本的几何信息和基本要求转换从IFC FDS是让全球FDS文件中的每一个点的坐标位置定义在局部坐标系在IFC文件中。

国际金融公司使用实体IfcLocalPlacement定义一个建筑元素的相对位置。这个实体有两个属性:PlacementRelTo和RelativePlacement。

属性PlacementRelTo提供了对象引用函数建立的关系两个地方坐标系统来确定元素的绝对位置在全球坐标系统。属性RelativePlacement定义了信息的本地坐标原点,z设在和x设在。# 168的语句,如图5,坐标系统的起源点(−999.6−1352.4,0)和向量的方向z- - -x相互重合都是null值,这意味着这个局部坐标系的轴是平行的全球坐标系统。然后,根据其他地方引用的坐标PlacementRelTo实体,绝对的起源或本专栏的位置坐标位置可以确定准确。

如图6,x′-y′当地坐标系统和坐标x- - - - - -y坐标代表全球坐标。坐标系统的转换可以通过坐标公式转换完成。

4.1.2。IFC形状信息提取

信息存储在形状表示类型。然后IfcShapeRepresentation与继承的属性表示类型是用于定义所有shape-relevant信息。它有四个属性在括号显示如下。第一个属性描述了环境。第二个属性标识符表示的形状表示[19),比如“身体”类型。第三个属性表示类型,如“SweptSolid”在这种情况下,这意味着它是一个扫掠面积固体由挤压和革命。第四个属性描述的存储关系与其他描述性的语句:# 123 = IFCSHAPEREPRESENTATION(# 73,“身体”,“SweptSolid”(# 122)# 73 = IFCGEOMETRICREPRESENTATIONSUBCO-NTEXT(“身体”、“模式”, , , , ,# 68,美元,.MODEL_VIEW。美元)# 122 = IFCEXTRUDEDAREASOLID (# 116, # 121, # 19, 2727.04444218262)

根据上述规则语句的信息,可以找到了固体的详细描述。如以下所示IFC物理文件的记录一个挤压区域固体包括它的扫掠面积、位置,挤压方向和深度。扫掠面积关闭几个折线,协调给出的信息IFCPOLYLINE实体:# 122 = IFCEXTRUDEDAREASOLID (# 116, # 121, # 19, 2727.04444218262)# 116 = IFCARBITRARYCLOSEDPROFILEDEF (.ARE-A。X0,”65 cf \ X2 \ \ \ 2”# 114)# 114 = IFCPOLYLINE ((# 108, # 110, # 112, # 108))# 108 = IFCCARTESIANPOINT ((−781.301086027169−628.610820508116))# 110 = IFCCARTESIANPOINT ((838.698913972831−628.610820508116))# 112 = IFCCARTESIANPOINT ((−57.3978279456615, 1257.22164101623))# 108 = IFCCARTESIANPOINT ((−781.301086027169−628.610820508116))# 121 = IFCAXIS2PLACEMENT3D(# 119 # 117 # 19日)# 117 = IFCCARTESIANPOINT ((531.984645992552−92.0883098110122, 3))# 19 = IFCDIRECTION ((0。,0。,1。))# 119 = IFCDIRECTION((0.529919264233206, 0.848048096156425, 03年))# 19 = IFCDIRECTION ((0。,0。,1。))

因此,提取形状信息和坐标系统转换后,所有的几何模型信息在全球坐标系统可以确定。

4.1.3。国际金融公司信息对于FDS翻译

一个转换工具主要使用微软用c#编写的。网络环境开发建设从IFC数据模型几何信息转移到FDS模拟模型。转换过程可以分为三个步骤:首先,网扫掠面积的轮廓,然后描述矩形障碍物的扫掠面积,最后,挤压的整个几何固体转化为一系列的正交矩形小的固体。

方法的关键需求网轮廓的扫掠面积是找到相交边界的网格线。算法的第一步是将沿着边界线分成几个部分x设在。在每个部分的投影x设在一个网格单元的边长。然后,划分的网格点都位于获得作为一个交叉网格。相同的手术后发生的y设在和重复获得的网格的一部分X和Y方向,得到了剩下的网格边界网格,如图7。

啮合后扫掠面积的轮廓,内部区域也需要填充网格,如图8。内部区域的上下边界可以由顶点坐标的边界线。

接下来,根据挤出方向,深度,和扫面中心点通过几何形状提取获得,挤压的中心轴可以确定固体和分为几个部分z设在。预计在每个部分的长度z设在被认为是细胞的高度。如图9,AB分为14个部分。13个部门点被认为是每一层的中心复制整个被扫掠面积,形成固体。

根据上述步骤,挤压的整个几何固体中描述IFC数据模型可以转化为FDS阻塞描述。这种转换过程可以支持任何形式的几何组件所表达的IfcExtrudedAreaSolidIFC数据模型中的实体,即使是对具有任意边界形状的固体或挤压方向no-perpendicularx- - - - - -y平面如图10。

4.2。国际金融公司边界表示的实体

有很多的挑战在创建建筑模型的一个复杂的架构形式,多样的曲线形状,或异形组件在FDS的建模规则正交矩形障碍物。在IFC数据标准,边界表示法(Brep)属性是作为异形组件的描述。

与复杂的边界表示法定义固体表面边界多边形的数量有限,即。,complex surfaces are divided into a number of small patches to emulate the shape of the components and form a closed solid. Thus, the Boundary Representation type is a very common way to support description for any geometry. The specific information can be obtained from the attributes of theIfcFacetedBrep实体,存储数据相对于边界多边形。

例如,一块三角形ABC在IFC数据如图11;这个三角形段的表达在FDS模型使用矩形障碍物被迫遵守底层网格。因此,最小的长方体,可以覆盖这个三角形补丁需要首先发现的。

根据三角形的顶点,可以确定最小的长方体,如图12。

啮合长方体后,形成固体的表面,可能会有一些内部蛀牙需要充满阻塞块。一个特殊的曲线屋顶作为插图所示的这种转换过程的能力21),如图13。

(一)

(b)

然而,很明显,在大跨度空间结构、弯曲的屋顶使用IFC边界表示的表达通常是由三角形与更大的尺寸。因此,几何仿真精度在这种情况下将会大大减少。改进的方法是把三角片成小三角贴片,即。,第二部门,如图14。三角形分为六个小三角块通过使用三角形的重心。然后,每个三角片将匹配的最小的长方体,分别。

第二次分裂后,上面提到的弧形屋顶如图所示15,这是比实体如图更准确13。

BIM模型包含不仅建筑的三维表示,而且高水平的语义信息的细节,如火的属性所需的材料和其他数据必须进行火灾模拟。这类属性的信息共享可以帮助消防工程师避免手动设定一个FDS重新插入数据输入文件。

然而,最近的数据共享实现仅限于基本几何,不能支持语义信息交换,包括材料的热物理性质,热探测器、烟雾探测器,通风系统参数和仿真结果数据。例如,因为FDS输入文件使用外部材料数据库记录的基本描述和燃烧反应材料,IFC数据标准记录材料,一些金融公司的财产有关的实体,这是完全不同的。

摘要IFC数据文件和FDS输入文件用于支持直接和高效的BIM应用程序之间的信息转换和火灾模拟软件打破“信息壁垒的岛屿。”内容自动写入FDS火灾模拟分析之前输入文件和写入IFC文件后火灾模拟分析转换程序包括几何和语义信息,如输入文件头,网参数、表面性质、材料属性、阻塞、和主要设备参数,需要在FDS输入文件和消防仿真结果可以存储在IFC文件通过扩大国际金融公司类型和实体。

5.1。从BIM FDS

材料信息转换的问题解决了使用外部材料数据库。外层材料数据库引用FDS材料库包含基本描述和燃烧反应的物质。IFC标准的记录材料的属性的数据IfcMaterial财产。和每个元素使用IfcRelAssociatesMaterial建立接触IfcMaterial属性类型和定义他们的材料。流程如图16。首先,获得IfcMaterial财产的IfcBuildingElement实体。然后搜索材料在外层材料数据库,编写相关的信息向FDS火灾模拟文件使用名单SURF_ID,燃料管理计划,MATL_ID。因此,材料可以实现信息共享利用外层材料数据库。它将节省成本和时间分配材料组件表面在FDS建模过程。

能够创建通风BIM模型中的实体有潜力下游影响可用性的实体及其映射到仿真模型。BIM模型往往是整个暖通空调系统密切相关的火灾模拟分析。IFC标准的IfcDistributionElement提供实体来描述所有元素参与分配制度,包含冷却系统、加热系统、通风系统和管道系统。因此,通风系统可以读取IFC文件和写入FDS文件使用速度边界条件。

例如,供应或排气扇BIM模型可以描述在FDS模型作为发泄在固体表面和指定SURF_ID指定速度流量,如图17。此外,我们解析工具可以自动识别一些点需要记录测量量的模拟环境中,像一个热电偶记录温度的变化。它可以指定它们通过名单组DEVC FDS文件。

(一)

(b)

在FDS火灾模拟之后,关键结果数据可以存储在IFC物理文件由国际金融公司扩张机制。,它可以显示在Revit通过解析工具由Revit API。

5.2。从FDS BIM:国际金融公司扩张来存储火灾仿真结果

大多数数据得到从火灾模拟器或其他模拟器还不能被包含在IFC数据模型。但是,IFC数据标准支持添加新的对象关系/属性/设置IFC数据模型允许包含这些数据(25]。数据存储和分享关于这个信息的方法可以基于外部数据库和IFC文件扩展名。

火灾模拟信息包括基本的火灾场景的描述,温度剖面,热通量和质量流率,粒子输出量,和其他与火有关的数据。一束组件的一个特定的例子将使用这里描述的方法扩大国际金融公司实体相对于FDS模拟信息。

IFC数据标准作为一个开放数据交换格式有严格和明确的组织框架和数据结构(26),如图18。通常,IfcProperty实体可以用来捕获任何用户定义的属性,并将它们自动与记录在相关的对象IfcBuildingElementIfcRelationship逆实体的属性。

的IfcProperty实体有一个亚型IfcPropertySingleValue可以定义属性和一个数字或描述性的价值。需要几个火灾模拟信息作为一个例子如下所示:# 181 = IFCPROPERTYSINGLEVALUE (“FireScene”美元,IFCTEXT(“(31岁,46岁,0);3;500;0.04689;179;t2”), $)# 182 = IFCPROPERTYSINGLEVALUE (“TimeInterval”美元,IFCTEXT (“0.5;0.5;0.5;0.5;…;0.5”),美元)# 183 = IFCPROPERTYSINGLEVALUE (“MeasuringPoint”美元,IFCTEXT (“(10 0−1);(10 1−1);(10年,20年,−1)(10 40−1)2美元”))# 184 = IFCPROPERTYSINGLEVALUE (“TemperatureChange”美元,IFCTEXT (“1;20;20;21;22;…;”),450)

# 181语句描述了基本的火灾模拟信息。第一个值表示这个命令行命名为“FireScene记录火灾场景。火”,源的位置点(31岁,46岁,0)。第二个值指出,火灾面积3 m²。第三个值是单位面积上的热释放速率是500千瓦/ m²。另一个值是紧随其后的是火灾增长系数(千瓦/ s²)、火灾增长时间(s)和火的增长模式。

# 182和# 183语句定义的时间间隔和位置信息相关的设备,记录一些数量的模拟环境中,像一个热电偶或感烟探测器(21]。# 184语句记录温度变化的信息与设备一一对应。这些属性集可以扩展,如果有需要添加新属性。

然后,上面的属性将被分组在火灾中模拟属性设置,如# 190的代码所示。最后,副属性设置和相关组件,如代码# 195所示。例如,在这种情况下,他们与# 171元素相关联:# 190 = IFCPROPERTYSET (“1 m3diistb9aucrq2_voisr # 41”“\ XO X2 \ 9650523667614 ef6 \ \”,美元(# 181,# 182,# 183,# 184)”)# 195 = IFCRELDEFINESBYPROPERTIES (“1 haxmbygt1kw9_lnxjbybv # 41美元,美元,(# 171),# 190”)

总之,它可以全面的火灾模拟信息的存储在IFC数据模型通过扩大国际金融公司类型和实体。,并基于应用程序编程接口(API)的Autodesk Revit,火灾模拟结果的可视化BIM应用程序通过阅读从Autodesk Revit IFC数据文件可以显示平台,这将在下一节中描述。

6。的情况

6.1。国际金融公司和FDS-Based信息共享

为了说明这种转换机制的能力和扩大国际金融公司的可行性模型火灾模拟信息,体育馆已经作为一个案例研究。Revit 2014采用欧特克建筑信息模型的虚拟化平台和火灾模拟结果存储在IFC数据文件的文件扩展名(27]。Autodesk Revit是最受欢迎的BIM软件之一,其中包括三个模块:拥有人性化,Revit结构,和Revit议员,他们联合起来,组成一个完整的设计过程基于建筑信息模型。此外,欧特克Revit还提供了一个应用程序编程接口(API)设计为允许外部应用程序开发人员与Autodesk Revit集成他们的应用程序。自Revit提供完全认证的国际金融公司进出口,建于Revit可以存储模型IFC数据标准来支持信息存储为一个建筑生命循环。因此,在这种情况下,数据解析工具和可视化功能是由欧特克Revit及其API。

BIM建筑模型之间的转换过程和FDS火灾模拟模型如下:首先,建立了体育馆的建筑信息模型在Revit模板,可以提供更快、更方便的建模方案和FDS相比传统的建模方法。然后,输出IFC数据文件,并将它转换成FDS通过转换工具输入文件。接下来,这个现有的FDS输入文件导入PyroSim检查每个记录的有效性并完成FDS建筑模型自动建模过程和有效。Revit建筑模型之间的比较和FDS建筑模型,如图19,很明显,从IFC数据模型几何信息可以转换成功通过这种方式FDS文件。

在这种情况下,仿真结果数据与其相对关联构建组件为了方便用户搜索信息通过单击建筑组件。如数据所示20.和21有相关仿真数据和图表窗口附近的温度变化和可见性在门附近。因此,包含火的BIM模型仿真分析结果可以获得成功。

6.2。建筑消防安全分析基于统一的BIM模型

这是一个基本的功能要求,结构保持稳定,允许足够的时间在真实火灾条件下安全疏散和救援。因此,结构耐火设计必须整合疏散和火灾的交互模型。然而,传统上,消防安全设计仍然是广泛的表现分别指定个人研究领域,如消防工程和结构工程。真正的火的影响没有被认为是在结构耐火设计和疏散模拟。

本文包含火的BIM模型仿真结果可以支持优化建筑的性能化设计,包括结构耐火分析和乘客的疏散模拟实际火灾条件下(28,29日]。自然火结构和疏散的影响可以通过统一的BIM模型模拟和分析,而不是使用傲慢的火条件或忽视火以前作品所做的。选择体育馆的一部分已经被作为应用程序的一个案例研究的BIM模型存储火灾模拟信息。

6.2.1。结构防火设计

结构耐火设计是建筑物的消防安全评估的重要内容。是非常重要的识别这些成员可能导致整个结构的崩溃在火灾条件下(30.,31日]。

建筑研究是一个圆形的体育馆大跨度占地12000平方·m²和总高度36.5米从顶部到地面(如图22)。体育馆的屋顶结构是由288径向预应力钢电缆直径50毫米两层,也就是说,144年每一层电缆。中心的屋顶,有一个圆形钢网架结构支持的上半部分和下半部分都套电缆。外的所有电缆都固定在混凝土梁和列在建筑(如图23)。

通过运行BIM模型和结构分析模型之间的数据转换接口,FDS模拟和结构分析的结果信息BIM模型可以转换并导入到ANSYS Revit API。所有结构分析信息在IFC文件由IfcStructuralAnalysisModel表示实体,如图24。这些火灾模拟结果作为边界条件,应用于结构分析模型由于热传递到体育馆结构成员。

基于有限元分析的热作用下,钢结构内部的温度场历史可以获得。热影响钢结构结构元素被细分为若干单轴向传热元素。热传导、节点温度和热流率的基础上计算传热元素。

结构响应分析是使用3 d有限元与钢丝绳的结构模型。分析第一次进行钢丝绳结构在环境温度。的服务负载下7.5 kN / m²,中心挠度是27毫米,小于跨度/ 300。的最大拉伸力达到极限载荷承载能力的64%左右。结构是精心设计,以满足最终的和在环境温度下正常使用极限状态。

通过进一步耦合thermal-structural分析,钢结构的安全状态由于火灾评估。图25显示了屋顶的钢结构的位移在两个不同的热负载下在高峰时间。图26比较强调在屋顶钢结构在不同热负荷在高峰时间。图27显示了两个时间的预测比较紧张的力量一个钢丝绳对不同温度环境。

(一)

(b)

(一)

(b)

(一)

(b)

从分析结果中,我们可以观察到的变化应力状态下的钢结构消防负荷。的预应力钢电缆已经失去了由于温度的增加。同时,弹性模量和屈服强度的减少已经成为更重要的由于钢温度的增加和减少的预应力电缆。上电缆的预应力损失约15%峰值温度的时候,但只有约2.7%的电缆。应力再分配发生在屋顶钢结构体系由于温度场的不对称分布。最大应力发生在中央钢桁架。

最后,我们还收集所有的信息结构分析和反馈的所有信息,基于Revit Revit建筑信息模型API。因此,它提供了一个初步的框架的应用BIM模型根据信息需求结构分析的消防安全设计。

6.2.2。消防安全疏散模拟

BIM模型包含火灾模拟分析结果还可以支持来模拟这个体育馆的紧急疏散。本文详细分析完成紧急疏散的出口和人类运动模拟器开发的探路者雷雨云砧工程。FDS文件解析工具输出的最后一章也可以导入探路者。导入3 d数据从FDS文件之后,它提供了最准确的有用信息提取导航区,我们需要使用提取层工具提取导航区域房间的基础上。

疏散路径可以确认只要指定目标和方向。在模型中,被认为流通定向内或在各种类型的建筑元素通过“门”32]。序列在疏散的建立基于特征结构,如图28。利用每个元素的几何特性,这种策略充分反映出人类经验和扩大知识图书馆的人。因此,根据这些规则将行为符合实际情况。

需要澄清上述规则可能不适用在一些特殊情况下,如出现堵塞或目标圈地内烟雾扩散。然后,必须作出战略调整。居住者改变目前二级或选择一个下属的目标移动方向安全性和效率的平衡。

在运行疏散仿真模型之前,我们还需要设计疏散场景指的疏散数据按照国内外不利的保守的原则。然后,我们运行探路者模型和得到的结果包括总结报告文件包含仿真几何信息,模拟性能,为每个房间和使用信息,楼梯和门。2015年,探路者能够视图动画火灾动力学模拟的结果从NIST (FDS)。通过比较分析火灾和人员疏散模拟结果,我们可以优化构建模型以达到安全要求。基于上述火灾场景,疏散模拟进行。的结果计算出的温度场和烟雾分布FDS被导入到疏散模型。

乘客疏散开始前被生成的随机分布。初始位置和性别等固有的品质被随机给每个人。一些疏散属性被分配相应的相关品质。健康和流动状态被认为是正常的。每个居住者占用空间网格的大小为0.4米×0.4米。疏散开始火警探测到烟雾时,即,when the gas volume fraction somewhere in the field exceeds 2%. Reaction time was assumed as 10 s for the occupants near the fire source, 20 s for others.

图29日显示了疏散过程的概要文件。图代表了疏散状态在特定时间后发生了大火。

一些实验数据表明之间的关系持续时间使用者接触到一定体积的有毒物质和相应的危害人体。指的是这个,可以估计潜在危险有毒气体和热释放居住者在消防领域。

关键的火灾危险条件可以由下列标准:(我)气体的临界温度层可以设置为180°C。(2)临界煤烟层温度的价值模型中确定为115°C。(3)当CO的浓度达到2500 ppm,严重危害健康的存在。男人的眼睛的临界高度通常是1.2∼1.8 m,模型以它为1.6米。

从仿真过程可以看出,速度改变结果的避障疏散程序和疏散人员的影响。在疏散的过程中,由于出口和通道的数量有限,发生拥堵。因此,出口的数量和宽度,对安全疏散通道产生重要的影响。疏散时间可以从输出文件读取。疏散的总时间是479年代。与潜在的结构不安全关键时刻和直接危害,居住者可能遭受火灾、疏散将是安全的,其余可用的安全时间就足够了。

最后,我们还收集所有关于疏散仿真的分析结果和反馈的所有信息的疏散仿真结果BIM模型。

7所示。结论

工作在这项研究中成功地实现了一个快速而准确的方法IFC和FDS-based信息共享建设消防安全分析。

通过一系列的理论研究和实践探索,主体的主要成果包括以下几点:(1)根据国际金融公司的物理文件的建模方法的比较和FDS输入文件,直接的数据解析工具之间的信息共享和交换是成功开发。两个常见的违约的坐标系统几何表示方法在IFC文件,全面表示和边界表示法,它同时支持基本和复杂的建筑几何图形可以快速、准确地转化为FDS文件。(2)语义信息共享还支持这种方法通过外部数据库和IFC文件扩展名。扩大国际金融公司实体相关的方法描述FDS模拟信息,可以完成火灾模拟信息的存储IFC数据模型。这些数据的可视化BIM应用程序是基于Autodesk Revit的API,可以读取IFC数据的火灾模拟结果文件并显示在Revit平台。(3)BIM模型恢复火灾模拟结果可以支持其他建筑的性能化设计,如结构耐火设计和疏散设计。,所有的分析结果包括建筑火灾模拟,结构安全设计,可以反馈和疏散仿真BIM应用程序的可视化是基于Autodesk Revit建立一个框架,国际金融公司和FDS-based信息共享建设消防安全分析。

这项研究也有一些局限性,需要进一步调查。首先,给出数据结构的复杂性,尤其是IFC数据标准,扩大国际金融公司实体火灾模拟结果存储在本文中只允许扩展的通用级别的实体,主要是指一些属性集,和几何信息共享只支持全面的表征和几何边界表示,这是两个常见的默认表示在IFC数据标准。其次,计算网格的设置有重大影响的变换坐标系统的正确度和几何描述国际金融公司之间的物理文件和FDS输入文件。未来发展方向和挑战是支持自动计算和优化计算网格更好的物理尺寸和分辨率。此外,本文只讨论国际金融公司的物理文件和FDS输入文件之间的信息共享基础主流BIM应用和火灾模拟软件。与日益增长的兴趣在建筑消防安全分析中,其他火灾模拟软件将使用不同的数据模式和其他金融公司版本IFC-based信息集成。因此,几何和语义BIM应用程序之间的信息共享和火灾模拟软件在这篇文章中有特定的限制在数据模式和数据版本。然而,理解所有的局限性本文不仅使进一步研究的一个重大机遇BIM应用程序之间的信息共享和火灾模拟软件还支持进一步研究相关IFC-based信息集成使用BIM模型发展的建筑的性能化设计。

数据可用性

.fds数据用于支持本研究的结果中包括补充信息文件。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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