第五章 住商混合大樓火災電腦模擬分析
第二節 電腦軟體 FDS 介紹
一、FDS 模擬軟體簡介
FDS 模擬軟體是由美國 NIST( National Institute of Standards and Technology)於西元 2000 年 2 月公開發表第一版，55089 月發表 第二版，而於 2002 年 11 月發表第三版，目前已發展到第 4.05 版。
FDS 是一套計算流體力學(CFD Computational Fluid Dynamics)軟 體，軟體的核心是 Navier-Stokes 方程組，用於解析熱驅動的低速流 場，著重在煙流及熱傳遞的現象，同時也可模擬撒水頭作動，計算撒 水後火場的變化，目前已成為分析火災現象之最主要軟體，也有學者 利用 FDS 進行火場重建，由 FDS 的模擬重建火場推估火災成長的方式。
二、FDS 使用上注意事項
(一)無論那種軟體，使用上必有其適用場合與使用上特有之限制，使 用者使用前應充份了解軟體之使用上限制與功能，因此熟讀軟體 之說明書與其技術手冊成為操作前必要之工作。
(二)火災是一複雜之燃燒過程，基本上應無法精確地模擬，加上程式 本身設計上一些不確定因素因此在操作上及判讀上需要豐富火 災燃燒工學上之知識。
(三)程式本身無法判定輸入資料之正確與否，因此使用者對輸入之任 何邊界條件應有判斷與比對求證之必要，否則輸入一堆不正確之 資料，所得結果也必將無法使用。
(四)FDS 大都是依小型的火場實驗數據發展完成，因此對於相對大型 的火災誤差可能較大。
(五)FDS 的一般火場模擬在速度及溫度場準確度約在 80~90%。11 (六)FDS 的撒水作用大都在冷卻作用，較無能力將火源抑制，因此撒
水後火場溫度會降低，但不會改變火源大小。12
(七)數值網格(Computational Grid)之大小形狀對計算結果會造嚴 重之差異性，基本上以正方形之網格最為適當，網格劃分愈細者
11 User’s Guide for Fire Dynamics Simulator Version 4, ppP26~27, 2004.
12 徐一量,”經濟部科技研究發展專案計畫執行報告-產業安全衛生應用技術發展第二期四年計畫-火場模擬技術手冊”, p31, 2001.
與防火避難安全對策之研究
其結果較大網格者理想，但所花費之計算時間及結果所佔之記憶 體也就愈大。
(八)低馬赫數(Low Mach number) ，忽略聲波音波效應，故無法模擬 爆炸現象。
(九)FDS 程式關於火災燃燒現象可分為油盤模式及延燒模式，但 NIST 不建議使用延燒模式。
三、FDS 的架構與功能
FDS 為一動態火場氣流體流動計算軟體 (CFD；Computational Fluid Dynamic)，使用 DNS 及 LES 方程式，將模擬範圍切割成若干正 立方體之數值網格(Computational Grid)，所有之計算必須在此諸格 點完成，因此格點劃分的愈細計算上也愈煩複所須之時間愈久，但結 果會較為合理精確，計算完成後透過 Smokeview 瀏覽軟體，將空間狀 況與模擬結果以實體比例輸出至螢幕上，以方便使用者可以清楚地從 螢幕上了解整個火災發展之過程，如圖 5-4所示：
圖5-4 SmokeView 畫面
此軟體可應用於建築物室內火災、室外火災、流體流動及熱力學 上熱傳之計算。軟體架構如圖 5-5所示13：
13 User’s Guide for Fire Dynamics Simulator Version 4, ppP26~27, 2004.
圖5-5 FDS 運算架構圖 四、FDS 模擬內容設定與一般程序
一般進行 FDS 軟體運算上之主要操作內容及設定程序如下：
(一)蒐集相關資料：建築物平面圖、內部空間區劃與開口通道、消防 設備使用狀況、可燃物之擺設及其可燃物燃燒特性參數等。
(二)決定模擬方式：整棟模擬、樓層模擬、區劃空間模擬、管道模擬、
戶外燃燒模擬或其他應用模擬 。
(三)設定模擬範圍大小(Computational Domain) (四)決定格點大小(Grid、Multi-block geometry) (五)模擬時間(Time Limits)
( 六 ) 設定 火 災境 況 及決 定 起火 源 大小 位 置(Design Fire & Fire Scenario)
(七)設定燃燒反應參數與材料邊界條件(Combustion Parameters &
Boundary Condition)
(八)實物輸入(Creating Obstructions) (九)VENT & SURFACE
(十)輸入撒水設備或探測器(Sprinkler & Detector)
(十一)決定輸出內容(Output Files：THCP、SCLF、BNDF、ISOF、PL3D) (十二)執行電腦運算(fds<*.data)
(十三)結果分析與判斷(SMOKEVIEW)
與防火避難安全對策之研究