[發明專利]一種火災溫度場重構方法、系統、計算機設備、介質及終端

有效

• 申請號: 202111322246.7
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114021501B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 沈曉波;曹朝陽;俞天一;叢北華;周鋒;王偉業;劉海峰
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06F30/23;G06N3/048;G06N3/08;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

本發明屬于火災安全中的火災調查技術領域，公開了一種火災溫度場重構方法、系統、計算機設備、介質及終端，利用計算流體動力學軟件構建針對特定場景的火災數值模型，并開展大量不同工況火災情景模擬，進而基于神經網絡技術，建立火災溫度場和關鍵影響因素之間的映射關系；通過構建火災表征參量、關鍵影響因素與火災溫度場之間的深度關聯，實現對火災溫度場的快速精準預測。本發明可以針對不同場景，快速準確地進行火災溫度場重構，從而為火災調查和火災風險評估提供新工具。

技術領域

本發明屬于火災安全中的火災調查技術領域，尤其涉及一種火災溫度場重構方法、系統、計算機設備、介質及終端。

背景技術

目前，火災作為一類多發的災害，每年都使得公共財產出現巨大損失，對人民生命健康安全造成巨大威脅。有效的火災預測能為緊急救援人員和被困人員提供早期預警和關鍵信息。如何制定相應對策來避免或減少建筑中的火災損失是火災科研工作者所面臨的新挑戰。火災發生具有隨機性和確定性的雙重特點。其隨機性是指火災發生的起火時間、地點和原因等因素是不確定的，受到各種因素的影響，不遵循一定的統計規律；其確定性指在某一特定場合下發生的火災，會按照基本確定的規律發展蔓延，其燃燒過程與煙氣流動過程都遵循燃燒學、流體力學等物理和化學規律。所以通過CFD計算和火災模擬軟件的對建筑安全進行評估、對火災發展進行分析和火情的預警和風險評估是可行且必要的。目前常見的火災模擬與預測評估方法主要有CFD運算、區域模型模擬、場模型模擬等。CFD運算是結合火場的空間、時間條件，通過細致的流體力學計算對火焰的走勢及煙氣的流動情況做出預測，這種計算精度高，但時間成本巨大；區域模型既可以在一定程度上了解火災的成長過程，也可以分析火災煙氣的擴散過程。

目前，區域模型在建筑室內火災的計算機模擬中具有重要地位。但是區域模擬忽略了區域內部的運動過程，不能反映湍流等輸運過程以及流場參數的變化，只抓住了火災的宏觀特征，因而其近似結果也是較粗糙的。火災的場模型研究是利用計算機求解火災過程中各參數(如速度、溫度、組分濃度等)的空間分布及其隨時間的變化，是一種物理模擬。場是多種狀態參數(如速度、溫度與組分濃度)的空間分布，是通過計算這些狀態參數的空間分布隨著時間的變化來描述火災發展過程的數學方程集合。然而，由于火災情況復雜，計算要求高，大多數方法都不能實現實時快速的估算。而近年來深度學習的不斷發展，使得高維特征和龐大數據集的耦合運算成為了可能。通過已經訓練好的網絡模型，可以對對火災進行快速響應，做出可靠預測。因此，亟需一種基于神經網絡的火災溫度場重構方法及系統。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有通過CFD計算和火災模擬軟件對火焰的走勢及煙氣的流動情況做出預測的方法中，存在時間成本巨大、計算量大的問題。

(2)現有通過區域模型進行建筑室內火災的計算機模擬的方法中，忽略了區域內部的運動過程，不能反映湍流等輸運過程以及流場參數的變化，只抓住了火災的宏觀特征，因而其近似結果也是較粗糙的。

(3)由于火災情況復雜，計算要求高，現有的大多數火災模擬方法都不能實現火災的實時快速估算。

解決以上問題及缺陷的難度為：

在傳統的火災數值仿真中，場模型的網格劃分大小將直接決定預測的精度和預測所需的時間，當面臨需要高精度預測的情景時，往往需要劃分數十萬甚至上百萬個網格，在每個網格中都將進行復雜的流體力學計算，此時預測的時間可能需要數周；解決此問題寄希望于提升算力或開發更加先進的模型，但這兩個方法都需要投入大量資源，這種投入相較于收益來說顯然不夠合理。

解決以上問題及缺陷的意義為：

改變目前的火災模擬模式，對計算資源的極大解放，有力提升火災現場重構技術的適用性、可靠性和經濟性。

發明內容