شبیه سازی آتش سوزی یکی از مهم‌ترین روش‌های طراحی ایمنی آتش‌سوزی مبتنی بر عملکرد است که برای تجزیه و تحلیل عواملی مانند گسترش آتش و دود، تنش حرارتی بر سازه‌ها و شرایط فضای در حال سوختن، مانند دید، دما و شدت تابش حرارتی، استفاده می‌شود. هنگامی که شبیه‌سازی تخلیه با شبیه‌سازی آتش‌سوزی ترکیب می‌شود، ایمنی تخلیه نیز تضمین می‌شود.
شبیه‌سازی حرفه‌ای در نتیجه پروژه ساختمانی به صورت صرفه‌جویی در هزینه، بهبود ایمنی آتش‌سوزی و کاهش ردپای کربن منعکس می‌شود. برای اطمینان از نتایج قابل اعتماد، شبیه سازی آتش سوزی نیاز به دانش عمیق، در مباحثی مانند مکانیک سیالات، ترمودینامیک و انتقال حرارت دارد.
شبیه سازی آتش سوزی
اولین گام در شبیه سازی آتش سوزی، ایجاد یک مدل سه‌بعدی از هندسه ساختمان و انجام محاسبات آن است. در مرحله بعد، یک
سناریوی آتش‌سوزی که قرار است بررسی شود، ایجاد می‌شود و پارامترهای توصیفی به مدل شبیه‌سازی وارد می‌شوند. این مدل، به صورت موردی، شامل روند در حال جریان، تجهیزات آتش‌نشانی مانند آب‌پاش‌های آتش‌نشانی، منطق کنترل و نقاط اندازه‌گیری است. پس از تکمیل مدل شبیه‌سازی، برای محاسبات به رایانه‌های پیشرفته منتقل می‌شود.
زمان محاسبه شبیه‌سازی می‌تواند بسته به پیچیدگی و اندازه مدل، از چند ساعت تا چند هفته متغیر باشد. پس از اتمام محاسبه در موعد مقرر، متخصصان نتایج آن و اقدامات مورد نیاز را تجزیه و تحلیل خواهند کرد.
شبیه‌سازی آتش‌سوزی همچنین می‌تواند برای بررسی عملکرد تهویه دود در یک ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، شبیه‌سازی می‌تواند برای مقایسه کارایی تخلیه دود مکانیکی و گرانشی یا بررسی تأثیر تخلیه دود خودکار بر سطح امنیت یک ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. با مدل‌سازی جریان هوای ایجاد شده توسط فن‌های فشار جهت‌دار، که اغلب در پارکینگ‌ها استفاده می‌شوند، می‌توانیم محدوده واقعی تأثیر فن‌ها را مطالعه کرده و از عملکرد تخلیه دود برنامه‌ریزی شده اطمینان حاصل کنیم.
با شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل سناریوهای فرضی آتش‌سوزی، می‌توان سازه‌ها را با مقاومت کافی در برابر آتش طراحی کرد. شبیه‌سازی آتش می‌تواند به طور قابل اعتمادی میزان گرمایش سازه‌ها را اندازه‌گیری کند و به طراحان کمک می‌کند تا مصالح ساختمانی مناسب را برای محل انتخاب کنند. بنابراین در صورت اجرای طرح برنامه ریزی شده، دوام آن در یک آتش‌سوزی واقعی تضمین می شود.
نرم افزار شبیه سازی
نرم‌افزارهای شبیه‌سازی به کاربران اجازه می‌دهند تا سیستم‌ها را به صورت مجازی مدل‌سازی و آزمایش کنند و رفتار آن ها را تحت شرایط و سناریوهای مختلف پیش‌بینی کنند. این امر به مهندسان، دانشمندان و طراحان کمک می‌کند تا طرح‌ها را ارزیابی کنند، مشکلات را تشخیص دهند و فرآیندها را بدون ساخت نمونه‌های اولیه فیزیکی یا صرف هزینه‌های بالا بهینه کنند.
چندین ابزار نرم‌افزاری رایگان و کاربردی برای مدل‌سازی آتش‌سوزی در دسترس است که امکان طراحی و تحلیل دقیق‌تر و واقع‌بینانه‌تر را فراهم می‌کنند. در ادامه به برخی از نرم‌افزارهای کلیدی و کاربردهای آن ها اشاره شده است.
شبیه‌ساز دینامیک آتش (FDS)
مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که جریان سیال ناشی از آتش را شبیه‌سازی می‌کند و بر انتقال دود و گرما تمرکز دارد. FDS توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) توسعه یافته و پشتیبانی می‌شود.
۱. CFAST (مدل تلفیقی انتقال آتش و دود)
مدل‌های آتش‌سوزی دو منطقه‌ای را برای شبیه‌سازی گسترش و رفتار آتش ارائه می‌دهد که توزیع دود، گازهای آتش و دما را در محفظه‌های ساختمان محاسبه می‌کند.
۲. OpenSees
یک نرم‌افزار تحلیل المان محدود متن باز که می‌تواند همراه با FDS برای مدل‌سازی پاسخ سازه به آتش‌سوزی استفاده شود و امکان شبیه‌سازی انتقال حرارت از طریق سازه‌ها و پاسخ ترمومکانیکی حاصل از آن را فراهم می‌کند.
۳. FARSITE
یک شبیه‌ساز منطقه آتش‌سوزی که توسط تحقیق و توسعه خدمات جنگلداری ایالات متحده (.gov) برای شبیه‌سازی گسترش آتش‌سوزی در مناطق بکر توسعه داده شده است.
۴. IFETool (ابزار مهندسی هوشمند آتش)
این ابزار مبتنی بر هوش مصنوعی با هدف سرعت بخشیدن به تجزیه و تحلیل ایمنی آتش‌سوزی و شناسایی محدودیت‌های طراحی در ایمنی آتش‌سوزی ساختمان‌ها طراحی شده است. این ابزارها طیف وسیعی از قابلیت‌ها را برای شبیه سازی رفتار آتش در زمینه‌های مختلف، از طراحی ساختمان گرفته تا مدل‌سازی آتش‌سوزی‌های جنگلی، ارائه می‌دهند و به مهندسان و محققان کمک می‌کنند تا تصمیمات آگاهانه‌تری در مورد ایمنی در برابر آتش بگیرند.
تحلیل CFD
در شبیه سازی آتش سوزی، تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ابزاری قدرتمند است که از روش‌های عددی برای مدل‌سازی تعاملات پیچیده آتش، دود و انتقال حرارت در یک محیط معین استفاده می‌کند. با شبیه‌سازی جریان سیال و انتقال حرارت، تحلیل CFD به پیش‌بینی رفتار آتش، ارزیابی اقدامات ایمنی و بهینه‌سازی سیستم‌های حفاظت در برابر آتش کمک می‌کند
.
در اینجا
، نحوه استفاده از تحلیل CFD در شبیه‌سازی آتش‌سوزی با نگاهی دقیق‌تر آمده است:
۱. مدل‌سازی دینامیک آتش
- احتراق: CFD، واکنش‌ها و فرآیندهای شیمیایی دخیل در احتراق، از جمله آزادسازی گرما، مصرف سوخت و تولید دود و گازهای سمی را مدل‌سازی می‌کند.
- انتقال حرارت: CFD، مکانیسم‌های انتقال حرارت مانند همرفت، تابش و رسانش را شبیه‌سازی می‌کند که برای درک چگونگی گسترش آتش‌سوزی و تأثیر آن بر سازه‌های اطراف بسیار مهم هستند.
- حرکت دود: CFD جریان دود و محصولات احتراق، از جمله سرعت، غلظت و حرکت آن ها از طریق محفظه‌ها و منافذ مختلف در یک ساختمان را تجزیه و تحلیل می‌کند.
۲. کاربردها در ایمنی در برابر آتش‌سوزی
- طراحی ایمنی در برابر آتش‌سوزی: شبیه‌سازی‌های CFD به مهندسان کمک می‌کند تا اثربخشی سیستم‌های حفاظت در برابر آتش مانند سیستم‌های آب‌پاش، استراتژی‌های تهویه و مواد مقاوم در برابر آتش را ارزیابی کنند.
- برنامه‌ریزی تخلیه: CFD می‌تواند تأثیر آتش‌سوزی را بر مسیرهای تخلیه پیش‌بینی کند و به شناسایی خطرات احتمالی و بهینه‌سازی رویه‌های تخلیه کمک کند.
- عملکرد ساختمان: تحلیل CFD می‌تواند عملکرد طرح‌های ساختمان را در شرایط آتش‌سوزی ارزیابی کند و از مطابقت آن ها با استانداردها و مقررات ایمنی اطمینان حاصل شود.
- تحقیق و توسعه: شبیه‌سازی‌های CFD برای مطالعه رفتار آتش در شرایط مختلف استفاده می‌شوند که منجر به پیشرفت در فناوری‌ها و شیوه‌های ایمنی در برابر آتش می‌شود.
۳. مزایای CFD در شبیه‌سازی‌های آتش
- مدل‌سازی دقیق: CFD امکان نمایش دقیق آتش، از جمله هندسه، انواع سوخت و عوامل محیطی آن را فراهم می‌کند.
- قابلیت‌های پیش‌بینی: CFD می‌تواند نتایج احتمالی آتش‌سوزی، مانند گسترش دود، توزیع دما و غلظت گاز را پیش‌بینی کند.
- مقرون به صرفه: شبیه‌سازی‌های CFD می توانند از نظر هزینه و زمان بر بودن، مقرون به صرفه تر از آزمایش‌های آتش‌سوزی در مقیاس کامل باشند.
- تطبیق‌پذیری: CFDمی‌تواند برای شبیه‌سازی طیف گسترده‌ای از سناریوهای آتش‌سوزی، از آتش‌سوزی‌های کوچک در یک اتاق تا آتش‌سوزی‌های صنعتی در مقیاس بزرگ، استفاده شود.
۴. محدودیت‌های CFD در شبیه‌سازی‌های آتش‌سوزی
- الزامات محاسباتی: شبیه‌سازی‌های CFD می‌توانند از نظر محاسباتی فشرده باشند و به قدرت و زمان پردازش قابل توجهی نیاز داشته باشند.
- دقت مدل: دقت شبیه‌سازی‌های CFD به کیفیت داده‌های ورودی و مدل‌های انتخاب شده بستگی دارد که ممکن است همیشه رفتار آتش‌سوزی در دنیای واقعی را به طور کامل نشان ندهند.
- ورودی داده‌ها: شبیه‌سازی‌های CFD به اطلاعات دقیقی در مورد ساختمان، بار آتش‌سوزی و شرایط محیطی نیاز دارند که به دست آوردن آن ها در سناریوهای پیچیده می‌تواند دشوار باشد.
بنابراین، تجزیه و تحلیل CFD ابزاری ارزشمند برای متخصصان و محققان ایمنی در برابر آتش است که وسیله‌ای برای درک و پیش‌بینی رفتار آتش، ارزیابی اقدامات ایمنی و بهینه‌سازی سیستم‌های حفاظت در برابر آتش فراهم می‌کند.
طراحی سیستم پیشرفته
طراحی سیستم آتش نشانی پیشرفته شامل فناوری‌ها و استراتژی‌های مختلفی برای بهبود ایمنی آتش‌سوزی فراتر از سیستم‌های پایه است. این سیستم‌ها اغلب روش‌های تشخیص چندگانه، سیستم‌های اطلاع‌رسانی هوشمند و تکنیک‌های تخصصی اطفاء حریق را برای محافظت از ساختمان‌ها و ساکنین ادغام می‌کنند. همچنین ممکن است شامل نظارت از راه دور، مواد مقاوم در برابر آتش و آزمایش‌های دوره‌ای برای اطمینان از اثربخشی باشند.
ویژگی‌های کلیدی طراحی سیستم آتش نشانی پیشرفته
۱. تشخیص پیشرفته
- دتکتورهای دارای چند حسگر: این دستگاه‌ها تشخیص دود، گرما و شعله را در یک واحد برای شناسایی جامع‌تر و دقیق‌تر آتش‌سوزی ترکیب می‌کنند.
- تشخیص هوشمند: سیستم‌ها می‌توانند داده‌های حاصل از چندین حسگر را برای کاهش هشدارهای کاذب و بهبود دقت تشخیص، تجزیه و تحلیل کنند.
- سیستم‌های هشدار اولیه: برخی از سیستم‌ها از طریق پیش‌آگهی یا هشدار، هشدار اولیه آتش‌سوزی را ارائه می‌دهند و امکان واکنش و تخلیه سریع‌تر را فراهم می‌کنند.
۲. سیستم‌های اطلاع‌رسانی
- سیستم‌های اعلام حریق شبکه‌ای: این سیستم‌ها امکان ارتباط بین چندین پنل و دستگاه را فراهم می‌کنند و یک نمای متمرکز از وضعیت آتش‌سوزی ارائه می‌دهند.
- نظارت از راه دور: سیستم‌های پیشرفته را می‌توان از راه دور کنترل کرد و اطلاعات بلادرنگ در مورد وضعیت آتش‌سوزی و عملکرد سیستم را در اختیار کاربران قرار داد.
- سیستم‌های تخلیه صوتی: این سیستم‌ها از اعلان‌های صوتی برای راهنمایی ساکنین در طول تخلیه استفاده می‌کنند.
۳. سیستم‌های اطفاء حریق
- روش‌های تخصصی اطفاء حریق: فراتر از سیستم‌های آب‌پاش سنتی، سیستم‌های پیشرفته ممکن است شامل سیستم‌های نیتروژن برای کاهش اکسیژن یا سیستم‌های فوم برای انواع خاصی از آتش‌سوزی‌ها باشند.
- بخش‌بندی: استفاده از مواد و موانع مقاوم در برابر آتش برای مهار گسترش آتش و دود.
۴. محافظت غیرفعال در برابر آتش
- مواد مقاوم در برابر آتش: موادی که در برابر آتش مقاومت می‌کنند و زمان تخلیه را برای ساکنین فراهم می‌کنند.
- موانع آتش: سازه‌هایی که برای جلوگیری از گسترش آتش بین مناطق مختلف یک ساختمان طراحی شده‌اند.
۵. نگهداری و آزمایش
- آزمایش منظم: آزمایش‌های دوره‌ای در سطح سیستم و تمرین‌های آتش‌نشانی در محل، عملکرد صحیح سیستم را تضمین می‌کند.
- برنامه‌های نگهداری: نگهداری پیشگیرانه به حفظ سیستم در شرایط کاری بهینه کمک می‌کند.
مزایای طراحی پیشرفته سیستم اطفاء حریق
- ایمنی بهبود یافته: سیستم‌های پیشرفته محافظت جامع‌تری در برابر خطرات آتش‌سوزی ارائه می‌دهند.
- کاهش آلارم‌های کاذب: سیستم‌های تشخیص هوشمند، آلارم‌های کاذب را به حداقل می‌رسانند و تضمین می‌کنند که ساکنین فقط در مورد موقعیت‌های واقعی آتش‌سوزی، مطلع می‌شوند.
- زمان واکنش سریع‌تر: سیستم‌های هشدار اولیه و نظارت از راه دور، امکان واکنش سریع‌تر به آتش‌سوزی و تخلیه را فراهم می‌کنند.
- حفاظت از دارایی‌های ارزشمند: سیستم‌های پیشرفته می‌توانند از تجهیزات حساس، اقلام غیرقابل تعویض و اموال ارزشمند محافظت کنند.
- رعایت ضوابط: بسیاری از طرح‌های پیشرفته سیستم آتش‌نشانی با ضوابط و مقررات ایمنی آتش‌سوزی مربوطه مطابقت دارند.
جمع بندی شبیه سازی آتش با نرم افزارهای رایگان
شبیه سازی آتش سوزی ابزارهای کاربردی و ارزشمندی برای کاربردهای مختلف، از جمله طراحی ساختمان، ارزیابی ایمنی در برابر آتش‌سوزی و آموزش هستند. می‌توان از آن ها برای پیش‌بینی گسترش آتش‌سوزی، بهینه‌سازی برنامه‌های تخلیه و حتی کمک به تحقیقات آتش‌سوزی استفاده کرد.
