• ISSN 0258-2724
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闽浙木拱廊桥基于数字重建的防火策略

范冰辉 宋震雯 王黎园 陈舒洁 陈康明 顾耕源

范冰辉, 宋震雯, 王黎园, 陈舒洁, 陈康明, 顾耕源. 闽浙木拱廊桥基于数字重建的防火策略[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250197
引用本文: 范冰辉, 宋震雯, 王黎园, 陈舒洁, 陈康明, 顾耕源. 闽浙木拱廊桥基于数字重建的防火策略[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250197
FAN Binghui, SONG Zhenwen, WANG Liyuan, CHEN Shujie, CHEN Kangming, GU Gengyuan. Fire Prevention Strategies for Min-Zhe Timber Arch Lounge Bridges Based on Digital Reconstruction[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250197
Citation: FAN Binghui, SONG Zhenwen, WANG Liyuan, CHEN Shujie, CHEN Kangming, GU Gengyuan. Fire Prevention Strategies for Min-Zhe Timber Arch Lounge Bridges Based on Digital Reconstruction[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250197

闽浙木拱廊桥基于数字重建的防火策略

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250197
基金项目: 国家自然科学基金项目(52078137);福建省自然科学基金项目(2024J01355);福建省社会科学基金项目(FJ2023BF095).
详细信息
    作者简介:

    范冰辉(1982—),男,副教授,博士,研究方向为建筑与基础设施信息模型,E-mail:fanbinghui@fzu.edu.cn

  • 中图分类号: TU998.1

Fire Prevention Strategies for Min-Zhe Timber Arch Lounge Bridges Based on Digital Reconstruction

  • 摘要:

    当前闽浙木拱廊桥大都存在详尽图纸资料缺失问题,导致保护效果不佳,且在火灾蔓延规律和防灾方面的研究较为匮乏. 为解决这些问题,提出基于三维扫描-BIM参数化的数字重建技术构建木拱廊桥数字孪生体,基于BIM-FDS (fire dynamics simulator)分析木拱廊桥火灾蔓延规律和防火策略. 首先,通过现场三维扫描获得合龙桥原始点云模型,经配准、去噪、抽稀处理后,建立BIM参数化数字孪生体,计算其火灾荷载密度;其次,采用IFC格式实现BIM与FDS交互,建立木拱廊桥火灾数字孪生体,通过热释放速率(HRR)、火灾蔓延现象、能见度、温度、有害气体浓度等参数进行仿真分析,在FDS中通过模拟分析多个典型火源场景工况得出火灾蔓延规律;最后,探讨材料阻燃处理、桥面非燃化改造及喷淋布设等防火优化策略. 研究结果表明:木拱廊桥火灾荷载密度高达4017.764 MJ/m2,远超国内外典型建筑,具有极高的火灾风险性;多个典型火源场景中,除去HRR突变值,拱结构、桥底工况的HRR峰值稳定在100、95 MW,桥中心、桥头工况的HRR峰值稳定在88、70 MW,桥侧底、桥顶工况的HRR在1000 s内未达到峰值,最大值分别为55、22 MW,因此,桥下起火的火灾风险性最大,桥面起火次之,屋顶起火和桥侧底面起火的火灾风险性相对较低;通过火灾仿真和多个火灾参数量化分析,证实了3种防火措施能延缓木拱廊桥火灾蔓延,且上下防火分区、木材阻燃、喷淋系统分别使得HRR峰值下降23、39、63 MW. 研究成果可作为木拱廊桥的信息存储、火灾蔓延量化分析以及预防性保护的依据,也可为文物建筑的长效安全运维提供技术支撑.

     

  • 图 1  合龙桥

    Figure 1.  Helong Bridge

    图 2  合龙桥点云模型

    Figure 2.  Point cloud model of Helong Bridge

    图 3  柱参数设置

    Figure 3.  Column parameter settings

    图 4  柱族拟合点云

    Figure 4.  Point cloud fitting of column family

    图 5  合龙桥BIM模型

    Figure 5.  BIM model of Helong Bridge

    图 6  不同网格尺寸组合HRR曲线和模拟耗时

    Figure 6.  HRR curves and simulation time for different grid size combinations

    图 7  网格划分

    Figure 7.  Grid division

    图 8  典型火源位置示意

    Figure 8.  Schematic diagram of typical fire source locations

    图 9  不同火源位置下的HRR时程曲线

    Figure 9.  HRR time-history curves under different fire source locations

    图 10  全局平均温度

    Figure 10.  Global average temperature

    图 11  不同火源位置下的能见度曲线

    Figure 11.  Visibility curves under different fire source locations

    图 12  全局有害气体浓度

    Figure 12.  Global harmful gas concentration

    图 13  上下防火分区处理前、后HRR曲线对比

    Figure 13.  Comparison of HRR curves before and after upper and lower fire partition treatment

    图 14  火灾蔓延示意

    Figure 14.  Schematic diagram of fire spread

    图 15  木材阻燃处理前、后HRR曲线对比

    Figure 15.  Comparison of HRR curves before and after timber flame-retardant treatment

    图 16  雾化角

    Figure 16.  Spray cone angle

    图 17  喷淋系统处理前、后HRR曲线对比

    Figure 17.  Comparison of HRR curves before and after sprinkler system treatment

    表  1  合龙桥固定火灾荷载统计

    Table  1.   Statistics of fixed fire load of Helong Bridge

    可燃物 材质 V/m3 ρ/(kg·m3 q/(MJ·kg) QF/MJ
    廊屋结构杉木39.44040018.77296118.974
    桥面结构杉木17.38240018.77130504.056
    拱结构杉木32.00040018.77240256.000
    松木5.29650019.2250894.560
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    表  2  不同火源位置下的火灾蔓延场景

    Table  2.   Fire spread scenarios under different fire source locations

    工况 时间
    200 s 400 s 600 s 800 s
    桥头
    桥中心
    桥底
    拱结构
    桥侧底
    桥顶
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    表  3  木材阻燃处理前后热释放速率变化

    Table  3.   Variation in heat release rate of timber before and after flame-retardant treatment

    材料类型 时间/s 热释放速率/(kw•m−2
    杉木00
    150450
    阻燃杉木00
    25150
    5015
    15090
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    表  4  喷淋参数

    Table  4.   Sprinkler parameters

    激活温
    度/℃
    响应时间
    指数/(m•s)0.5
    流量/
    (L•min−1
    射流
    类型
    射流速
    度/(m•s−1
    粒子数
    (个•s)
    68.33 50 49.05 圆锥形 5 5000
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-15
  • 修回日期:  2025-10-19
  • 网络出版日期:  2025-11-27

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