火灾控制技术研究实验室

实验室主任兼火灾控制技术方向学术带头人：李孝斌

李孝斌，男，中国人民警察大学防火工程学院副院长、教授、博士，硕士生导师，警察大学“青年英才”，主要从事消防工程、气体爆炸等领域的教学和科研工作。先后主持国家自然科学基金项目2项，参与省部级项目4项，参与制定国家标准1项；在《中国矿业大学学报》、《煤炭学报》、《光谱学与光谱分析》等国内外学术期刊发表学术论文30余篇，被SCI、EI等收录10篇，主编和参编《建筑防火》、《防火与防爆工程》等著作和教材7部，申请软件著作权2项。现为国家自然科学基金同行评议专家，教育部学位中心评审专家，河北省建设工程消防专家库专家，河北省高等学校给排水科学与工程学科专业指导委员会委员，住房和城乡建设部干部学院客座教授。曾获得公安部优秀专业技术人才奖励津贴一等奖，三等功。

研究团队

主要研究方向

研究高层建筑、大型商业综合体和隧道等典型建筑内火灾烟气蔓延规律，掌握、完善建筑火灾烟气蔓延及控制理论；以理论分析、实验研究与数值模拟为基础，研究气体爆炸与防护技术。在理论研究的基础上，针对不同建筑结构形式，提出有针对性的火灾烟气控制技战术方法，气体爆炸防控技术。

主要研究内容

（1）烟气控制研究。具体包括：

①火灾烟气生成量理论模型的建立

建立适于描述室外风、机械排烟、正压送风等作用下建筑火灾烟气生成量的普适性理论预测模型。研究不同工况下火灾烟气在生成过程中的羽流特征和卷吸特性，建立火灾烟气生成量理论模型。

②疏散走廊火灾烟气输运理论模型的建立

掌握风向、风速等外界干扰作用对疏散走廊火灾烟气输运特性的影响规律，量化分析室外风对疏散走廊内火灾烟气输运的影响，并建立相应的数学模型。掌握多驱动力耦合作用对疏散走廊火灾烟气输运特性影响的规律，是超高层建筑需要解决的关键问题。

③典型建筑烟气控制方案评价及技战术优化研究

如何选择合理的烟气控制方案，是建筑火灾需要解决的关键问题。研究将从临界区域内火灾烟气的速度、浓度以及温度分布等方面，提出建筑防排烟方案的合理性判据。借助小尺寸实验和计算机模拟，评估不同防排烟方案下烟气控制效果，从而最终获得理想的烟气控制方案，优化火场排烟技战术方法。

（2）气体爆炸防控研究。具体包括：

①气体爆炸抑爆基础理论与应用研究。主要包括：气体爆炸初期火焰传播规律研究，气体爆炸初期光谱特征研究，气体爆炸初期微观化学动力学研究，气体爆炸微观物理机制研究，气体爆炸探测与抑爆机理研究以及气体爆炸主动抑爆技术研究等内容。

②气体与粉尘爆炸安全防护基础理论与应用研究。主要包括：爆炸驱动技术及应用研究；爆炸冲击波传播及破坏机理研究；爆炸衰减及防护技术及应用研究；粉尘爆炸机理及抑爆技术研究。

③气体爆炸事故场景重构基础理论与技术研究。主要包括：气体爆炸过程数学模型研究，大规模并行计算程序开发，爆炸流场分析，气体爆炸事故场景重构技术，起爆点确定技术，爆炸气体量估算技术等。

火灾控制技术研究进展和发展趋势

（1）火灾烟气控制技术研究进展和发展趋势

火灾发生后，产生的烟气会严重威胁建筑中人员的生命安全，火灾死亡人员中80%以上是烟熏致死。火灾中的高温和有毒烟气是阻碍人员逃生、造成人员伤亡的最主要原因。近年来，我国超高层建筑数量跃居世界第一，城市综合体功能越开越复杂，城市轨道交通地铁线路里程世界第一，公路隧道建设里程及长大隧道逐年增加。不同的建筑结构、体量、功能决定着火灾烟气的蔓延输运，建筑形式的多样性，为火灾烟气控制带来了新的挑战，针对不同形式的建筑，开展烟气输运规律理论研究，开展烟气蔓延控制技术研究，对减少火灾人员伤亡具有重要意义。建立专门的实验室是深入开展火灾烟气防控的基础和必要条件。

针对建筑火灾烟气蔓延机理和火灾烟气控制美国圣地亚国家实验室火灾科学与技术实验室、德国火灾研究中心、瑞典火灾科学技术实验室、日本建筑火灾研究实验室、中国科学技术大学火灾科学重点实验室、应急管理部四川消防科学研究所等科研院所都设置了相应实验室。建筑火灾烟气蔓延机理和火灾烟气控制，重点研究主要集中在走廊内温度分布规律、室外风对火灾烟气流动影响、机械排烟对烟气流动的影响和烟气分层等方面。Delichatsios，Evers，Kim，Bailey，胡隆华等学者针对建筑内走廊等狭长空间研究了廊中烟气温度随与着火房间距离的变化规律，拟合得到了火灾烟气温度在走廊内的纵向分布规律，研究得到了烟气温度沿走廊呈指数衰减的规律。针对室外风作用下火灾烟气的生成量及自然排烟的有效性，李思成、杨淑江、易亮、阳东、Gong等学者利用所尺寸实验、数值模拟方法开展研究，获得了室外风对烟气生成量、自然排烟效果以及烟气在走廊中蔓延速度的影响等成果。Leonard、钟伟、徐伯乐、姜学鹏、蒋亚强等学者研究了机械排烟对火灾烟气吸穿的影响。阳东、唐智、胡隆华、蒋学鹏、梁强等学者，针对隧道火灾利用试验和数值模拟开展了隧道内纵向通风排烟的临界风速、集中排烟的排烟效率以及细水雾幕分隔方法对烟气控制等方面研究。

火灾烟气蔓延是一种复杂的高温流体运动过程，虽然已经开展了大量的研究，仍有很多问题需深入。例如走廊中温度衰减的起始位置、起始位置处的温升以及衰减的指数系数如何确定、室外风对疏散走廊内烟气分层特性的影响、机械排烟对火灾烟气分层特性的影响、室外风和机械排烟综合作用下疏散走廊烟气的分层特性以及隧道内细水雾幕阻烟等新技术的应用研究等内容都鲜有涉及。

（2）气体爆炸防控研究进展和发展趋势

①气体爆炸抑爆基础理论与应用研究进展和发展趋势

目前，国内许多大学及研究所都已建立了气相燃烧爆炸实验室，一大批科研人员在从事瓦斯爆炸及抑爆相关研究。近年来，随着基础研究的不断深化和现代技术的快速发展，瓦斯爆炸及抑爆研究从宏观尺度逐渐向微观尺度过渡，通过不断借鉴其他学科的新方法和新技术，相关理论也在不断深入完善。

国内外相关研究主要包括对瓦斯爆炸及抑爆宏观角度的特性参数研究，微观角度的火焰精细结构和微观化学动力学过程的研究。

②爆炸安全防护基础理论与应用研究进展和发展趋势

随着我国国民经济的快速发展，工业火灾爆炸事故呈现不断增加趋势，如2015年天津港“812”特别重大爆炸事故造成165人死亡。另一方面，爆炸袭击占全球恐怖主义行动的比例高达65%，世界各地爆炸恐怖袭击时有发生，如2010年阿克苏恐怖爆炸案造成7人死亡。目前对爆炸安全防护的研究主要集中在建筑的防爆、抗爆设计、结构动力响应等问题上，而爆炸现场人员的安全防护基础理论及应用技术的研究相对较少。迫切需要开展爆炸后警员及人员安全防护的研究工作。

③爆炸过程数值重构基础理论与技术研究进展和发展趋势

气体爆炸事故调查过程中，鉴定爆炸物质、确定起爆点和估算爆炸物总量一直是技术难点。随着计算流体力学和计算机技术的飞速发展,数值模拟方法越来越多地用来求解爆炸问题,数值模拟方法综合考虑了点火能量、燃料种类、障碍物及泄放实际情况等因素，与传统的事故调查方法相比，在预测气体爆炸，重构爆炸过程方面具有巨大优势。