基于GIS的北京市延庆区森林火灾蔓延风险

【目的】建立森林火灾蔓延风险评估框架(包括发生危险、蔓延危险、蔓延风险3部分),基于GIS开展北京市延庆区多尺度(小班、村屯、乡镇)森林火灾蔓延风险评估,为延庆区林火管理提供依据,最大限度降低林火发生危险和林火蔓延造成的损失。【方法】基于延庆区2019年森林资源二类调查小班数据、森林可燃物数据、人口数据、30 m分辨率数字高程数据、气象数据,从野外火源管理难度和着火难易程度2个方面构建森林火灾发生危险评估指标体系,从森林可燃物、气象因子、地形因子、火行为4个方面构建森林火灾蔓延危险评估指标体系,应用层次分析法和熵权法相结合的主客观赋权法确定指标权重,利用加权综合评价法和面积加权平均法计算多尺度发生危险和蔓延危险指数,根据自然断点分级法划分等级。基于“危险性-暴露度-脆弱性”风险评估框架,从破坏森林资源和威胁生命安全2个方面评估森林火灾蔓延风险。【结果】1)野外火源管理难度的综合权重达到0.7713,是影响森林火灾发生危险的主要因素;火行为的综合权重达到0.4032,是影响森林火灾蔓延危险的主要因素。2)延庆区森林火灾发生危险从平原向山区逐步减小,高发生危险区域在小班、村屯、乡镇尺度上分别占比0.89%、0.52%、7.48%,主要分布在城区周围的平原区域;蔓延危险从平原向山区逐步增大,高蔓延危险区域在小班、村屯、乡镇尺度上分别占比46.19%、58.73%、35.67%,主要分布在西部2个林场(八达岭林场、松山林场)和东部2个山区乡镇(千家店镇、珍珠泉乡)。3)延庆区森林火灾蔓延风险(森林资源)在小班、村屯、乡镇尺度上均无极高风险区域,中高风险区域在小班、村屯、乡镇尺度上分别占比0.80%、2.85%、1.79%;蔓延风险(人口)在村屯和乡镇尺度上均无极高和中高风险区域,小班尺度上无极高风险区域,仅有9个中高风险小班,中蔓延风险区域在小班、村屯、乡镇尺度上分别占比34.97%、51.19%、42.25%。【结论】森林火灾高发生危险小班以杨树、刺槐、柳树的人工林为主,高蔓延危险小班以蒙古栎天然林、油松人工林、侧柏人工林为主,中高蔓延风险(森林资源)小班以油松和落叶松的人工林为主,中蔓延风险(人口)区域主要分布在东部4个山区乡镇(珍珠泉乡、千家店镇、刘斌堡乡、四海镇)。

西南传统村落火灾蔓延风险简化模拟评估方法

建筑间的火灾蔓延是导致西南传统民居建筑群火灾大面积损失的主要原因,合理评估建筑群火灾蔓延风险对传统村落的保护有重要意义。火灾蔓延模拟工作量大、专业性高、成本昂贵及建模数据获取困难等特点导致其很难应用于数量众多、建筑风格多样的传统村落火灾蔓延风险的评估。针对上述问题,提出了一种村落建筑群火灾蔓延风险等级的简化分级方法,首先,建立村落建筑群规则的网格化布置模型,通过调整网格中单体建筑类型、开洞率及建筑间距作为不同的火灾场景工况来反映不同村落建筑群的差异;然后,采用物理模型分析不同火灾场景工况的蔓延情况,并以火灾蔓延范围及蔓延速度为评价指标对不同村落建筑群火灾蔓延风险等级进行分级。最后,以云南省不同类型传统村落建筑为例验证了方法的有效性。

地标性建筑群火灾蔓延风险空间感知算法

为了改善火灾蔓延风险空间感知水平较低的问题,研究了地标性建筑群火灾蔓延风险空间感知算法。采集地标性建筑物数字高程数据、建筑物地面矢量数据以及建筑物表面纹理信息,通过SketchUp软件建立地标性建筑群的3维模型,分割地标性建筑群空间区域,优化元胞自动机的元胞边长、火灾蔓延速度、元胞状态以及元胞着火概率,将优化后的元胞自动机应用于建筑群3维模型中,获取火灾蔓延风险空间感知结果。实验结果表明:该算法在不同风向下感知的火灾蔓延风险空间均未超过建筑群边界,具有可行性;风险空间建模均方误差低于0.16,能够精确感知地标性建筑群火灾蔓延风险空间,提高了风险空间感知水平,为地标性建筑群的优化设计提供依据。

基于有向图的传统村落建筑群火灾蔓延风险分析

在传统村落开发保护过程中,建筑消防改造及建筑布局改变等会导致火灾风险发生变化.火灾蔓延模拟工作量大、成本高及基础资料获取困难.为克服这些难点,首先,将单体建筑视为有向图的节点、建筑间的火灾蔓延关系视为节点间的边,通过火灾蔓延模拟判断节点周边局部蔓延路径,并建立有向图的邻接矩阵,利用有向图遍历算法确定特定火灾场景下的蔓延范围,给出考虑多场景建筑群火灾蔓延的损失期望;然后,通过增删节点或边修正有向图邻接矩阵,反映建筑改造、增建或树木对建筑群火灾蔓延关系的变化,重新应用节点遍历算法确定变化后的建筑群火灾蔓延风险;最后,以某一传统村落为例验证方法的有效性.研究结果表明:本文方法可快速计算动态变化的建筑群火灾蔓延风险,减少火灾蔓延再模拟的工作量;在火灾蔓延防控上,对危险性较高的6个节点进行消防加强改造,可使建筑群火灾蔓延的最大损失及损失期望分别降低61.9%、52.1%;在建筑规划或管理上,应避免新增建筑、树木等可燃物位于建筑密集区域或连通多个建筑密集区域的“桥节点”处.

基于Marcov模型的舰艇舱室火灾蔓延风险

假设舰艇舱室内火灾蔓延按照发生燃烧的物品引燃次序进行,将舰艇舱室内可燃物燃烧分成若干种不同的燃烧状态,采用时间连续状态离散的Marcov模型,先后计算舰艇舱室火灾蔓延的转移概率速率函数和转移概率函数,得到不同时间下各种燃烧状态的概率分布,从而得到舰艇舱室火灾最大风险来临时间。此半经验的理论模型,可以用于舰艇火灾风险预测。

FDS软件在大空间火灾风险评估中的应用

运用火灾场模拟软件FDS(fire dynamics simulator)4.06,并采用大涡模拟方法对一大空间实例——某大型储物仓库的火灾场景进行数值模拟研究,通过比较分析烟气蔓延及烟气温度分布情况,对该仓库的排烟系统进行了评估.模拟结果表明,FDS软件能够较好地预测大空间火灾的热流场分布及烟气蔓延情况,可以用于大空间火灾的模拟研究.对于大空间场所,由于烟气温度较低,自动喷水系统有时不能正常工作,因此在设定火灾场景时对自动喷水灭火系统失效的情况应予以考虑.另外,大空间火灾仅以烟气温度作为评估参数是不够的,还需要考察其他的参数,如能见度等.

XPS外保温系统竖向火蔓延大涡模拟与危险性分析

对XPS外保温系统竖向火蔓延问题,提出了基于XPS保温板燃烧特性实验数据的大涡模拟方法.实验获得了XPS保温板燃点、燃烧热值以及热流作用下的质量损失速率.基于实验数据,以某七层住宅建筑为例,采用大涡模拟方法研究了XPS保温板竖向火蔓延的火灾危险性,分析了竖向火焰前锋蔓延速度,火场烟气温度、烟气能见度及烟气毒性等危险性指标.研究结果表明,辐射热流作用下XPS保温板质量损失呈现平缓热解阶段、急剧骤减阶段和相对稳定阶段,其中质量骤减阶段质量呈明显的线性变化.保温板竖向火焰前锋位置为时间的幂函数,竖向火焰蔓延速度远大于水平火焰蔓延速度.外立面保温板燃烧火焰通过门窗洞口窜入室内,引发建筑立体式火灾.过火房间内温度超过600℃,存有发生轰燃的可能性,起火点以上楼层火灾危险性随楼层高度成递减趋势.

城市天然气管网火灾定量风险分析系统研究与实现

随着城市天然气管网大面积铺设和投入使用,管线的安全风险问题日益突出。相关天然气泄漏、火灾、爆炸等事故对民众财产和人身安全产生了严重威胁。针对这一问题,基于GIS技术提出了一套燃气管网定量风险分析模型,结合燃气泄漏引发建筑物火灾的特殊背景下,提出适用的城市火灾蔓延模型,借助C#编程与ArcGIS Engine平台,开发一套城市天然气管网火灾定量风险分析系统。试验结果表明,本文系统有效地预测事故可能发生区域以及事故影响区域,并对发生火灾概率较大的区域实现蔓延模拟,从而预先对存在事故隐患的区域进行重点风险评价、安全教育乃至整个城市的二次规划和重建,有效抵御事故的发生,防患于未然。

基于GIS的森林火险评估研究

在利用地理信息系统对北京市房山区以往的气象及林火资料进行空间统计分析的基础上,探讨王正非林火蔓延模型对房山区林火评估的适用性。将计算出的评估结果与实际林火数据进行分析和比较,认为王正非林火蔓延模型可用于房山区森林火险评估。但是如果只考虑气象因素、地形及可燃物的影响,林火危险临界值应取为R_0≥0.6 m/min。引起房山区林火的火源主要是人为火,该文尝试着量化人为火源因素对森林火险评估的影响,并将其补充到森林火险评估模型中,对人为火源因素对森林火险评估结果的影响进行了初步探讨。

村寨建筑群火灾蔓延风险简化评估方法

针对火灾蔓延模拟工作量大、对防火构造考虑不充分等问题,结合云南勐卡老寨的火灾蔓延风险评估,提出了一种基于网络模型的村寨建筑群火灾蔓延简化分析方法。该方法通过现场勘查和简化计算确定建筑火灾向周边蔓延的路径,建立建筑群火灾蔓延网络的邻接矩阵,进一步结合网络节点遍历算法确定出不同火灾场景下的蔓延范围,在此基础上分析了不同火灾场景、不同区域的火灾蔓延风险。

基于节点删除法的村寨建筑群火灾蔓延危险建筑确定

在火灾蔓延分析的基础上,采取低干预的建筑改造措施对村寨建筑群的火灾蔓延防控具有重要意义。通过对建筑间火灾蔓延路径的判定,建立建筑群火灾蔓延网络的邻接矩阵和蔓延矩阵以确定火灾蔓延风险,进一步结合节点删除法确定改造不同建筑后建筑群的火灾蔓延风险下降率,在此基础上分析了建筑改造的优先级序列并确定了危险建筑。最后将该方法应用于云南某杆栏式村寨建筑群火灾蔓延危险建筑的确定,结果表明:该方法可以有效找出建筑群中对火灾蔓延影响大的危险建筑,且在仅改造少量建筑的情况下,建筑群的火灾蔓延风险便能有可观的下降。

基于无人机技术的传统村落火灾蔓延改造分析

连片建设的木结构建筑群存在较大的火灾蔓延风险,当前村落建筑群火灾蔓延风险分析存在获取数据困难的问题。针对此问题,采用无人机倾斜摄影测量技术结合现场勘查获取村落建筑的位置、尺寸及单体建筑内部特征等建模数据,运用场-网区域模拟技术模拟单体建筑的火灾蔓延特性并获得建筑群火灾蔓延场景损失。以云南省丽江市大东乡福禄村为研究对象,采用无人机倾斜摄影技术获取村落建筑群的建模信息,极大减少了现场勘察的工作量。结果表明:福禄村存在较大的火灾蔓延风险,最大蔓延损失为18栋建筑,损失面积为1331.22m^(2);对蔓延场景损失值较大的单体建筑进行火灾蔓延改造可显著降低该村落建筑群的火灾蔓延损失。