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烟气流动模拟软件 FDS / PyroSim

Name: 烟气流动模拟软件 FDS / PyroSim
Brand: 万霖消防
Availability: InStock

烟气流动模拟软件：FDS 由美国 NIST 开发并免费开源，PyroSim 为 Thunderhead Engineering 开发的商业图形界面。说明两者关系与授权边界、可算出的七类结果、网格与边界条件的建模门槛、与疏散模拟配合核算 ASET 与 RSET。

资料状态以当前详情页及技术文件为准

发布日期2021-07-28

选型依据场景、接口、通信与认证要求

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产品详情与技术说明

先把软件的归属说清楚

这一页要讲的是一个容易被说错的话题，所以先把关系理清楚，再谈怎么用。

FDS（Fire Dynamics Simulator）由美国国家标准与技术研究院（NIST）开发，是免费开源的软件。任何人都可以从 NIST 官网直接下载源码与可执行程序，不需要付费，也不需要经过任何中间商。Smokeview 是与之配套的可视化工具，同样由 NIST 提供。

PyroSim 是另一回事。它是美国 Thunderhead Engineering 公司开发的商业软件，本质上是给 FDS 做的三维图形化界面。FDS 本身只有命令行，输入是一个文本格式的算例文件，建模全靠手写代码；PyroSim 把这套文本操作变成可视化建模，自动生成 FDS 输入文件，并负责算例管理与结果后处理。GUI 层闭源收费，底层求解器 FDS 开源免费。

所以"代理 NIST 的软件"这种说法在逻辑上不成立——NIST 不销售软件，也就没有可代理的对象。万霖在本页涉及的产品上是软件供应与技术服务方，提供软件获取渠道、建模支持与培训等服务；具体的授权形式（经销、服务商或培训合作）应以厂家出具的书面授权文件为准，不以口头说明为依据。做采购立项或投标时，这一条建议直接索取书面文件核对。

FDS 是什么

FDS 是一款专用的火灾动力学计算软件，理论基础是计算流体动力学（CFD）。它采用大涡模拟（LES）方法，配合有限体积法求解，专门针对低速、热驱动的流动做了优化——这个定语很重要，它意味着 FDS 不是通用 CFD 软件，而是为火灾场景量身定制的工具，因此在烟气分层、浮力驱动这些火灾特征现象上比通用软件更准。

它的适用面很宽：从日常炉火、单间房间火灾，到电气设备引发的各类火灾，都可以建模；也能处理不含火灾的通风问题，比如建筑内的气流组织与压力分布。

FDS 的可信度来自哪里：NIST 为它发布了两份公开的验证与确认文件——NIST SP 1018（Verification Guide，验证导则，检验数值算法本身是否正确）与 NIST SP 1019（Validation Guide，确认导则，把计算结果与实体火灾试验数据对比）。软件背后有 NIST 的全尺寸火灾试验设施与实测数据支撑，这是它被各国审查机构广泛接受的根基。评估报告在被实质审查时，这一条是绕不开的：软件凭什么可信，要有出处。

PyroSim 解决什么问题

用 FDS 不用 PyroSim，理论上完全可行，而且免费。实际中大多数人仍然选择带界面的方案，原因是建模工作量：

三维可视化建模：边建边看，模型与实物对得上，几何错误在建模阶段就能发现，而不是等算完发现结果离谱再回头查。
输入格式实时校验：FDS 输入文件对格式极其敏感，一个参数写错位置就可能整算例不收敛。界面会即时提示，避免"跑了八小时才发现第一行就错了"。
CAD 与 BIM 导入：支持 DXF 等二维三维 CAD 文件导入，可在建筑平面图基础上精确绘制模型，也可通过平面拉伸形成墙体；新版还支持 BIM 数据自动识别并生成火灾模型专用几何。对既有建筑评估，这一项能省掉大量重复建模。
算例与算力管理：多组参数做敏感性分析时，需要管理多个算例、分配多核并行计算，界面工具比手工改文件高效得多。
集成后处理：内置 Smokeview 调用与结果管理，直接出温度场、浓度场、烟气层高度曲线与动画，不必再单独跑后处理工具。

一句话概括：FDS 负责算得准，PyroSim 负责建得快、错得少。两者的价值不在同一个维度上。

它能算出什么

输出量	在评估里用来判断什么
烟气层高度随时间变化	烟气下降到危险高度的时间，直接关系可用疏散时间
能见度	疏散通道何时不可用（能见度低于阈值即视为失效）
温度场	人员耐受极限、构件受热、喷淋启动判断
CO / CO₂ 等组分浓度	毒性暴露剂量，可进一步算 FED（有效剂量分数）
热辐射通量	防火间距论证、相邻建筑与可燃物的引燃风险
气流速度与压力分布	排烟系统效果、加压送风是否形成正压
探测器与喷淋动作时间	报警与灭火系统响应时序是否合理

建模的真实门槛

这一节是本页最有用的部分。软件谁都能装，能不能出可用的结论，差别全在这里。

网格划分决定一切

FDS 把空间离散成三维网格，每个网格单元求解质量、动量与能量方程。网格尺寸直接决定结果精度与算力消耗：网格越粗算得越快，但会把本该分层的烟气抹平，把火焰算成一团模糊的热源；网格越细越接近真实，计算时间按单元数呈非线性增长。

判断网格够不够，业内常用做法是看特征火焰直径与网格尺寸的比值，FDS 用户手册给出的建议区间通常表述为 4 ～ 16 之间。除此之外还应做网格无关性检验：把网格加密一档重算，如果关键结果（如烟气层下降时间）变化在可接受范围内，才说明当前网格足够。跳过这一步，报告里的时间数字就只是一个数，不是结论。

边界条件比网格更容易出错

开口、通风口、门窗的开启状态、缝隙面积——这些参数设错，结果会错得很离谱且不易察觉。举个常见情形：实际着火时房间门是开的，模型里设成了关闭，算出来的烟气全部积在房间内，ASET 严重偏短，据此得出的"必须增设排烟"结论就是错的。反过来把该关的开口设成开，会算出一个虚假的安全时间。

所以建模前必须明确每个开口在火灾各阶段的状态，并在报告中写明。这一条没有技术门槛，只有责任心问题。

材料参数是最大的误差来源

模拟燃烧需要材料的热解参数、燃烧热值、产烟率等数据。这些参数的可靠来源只有三种：实测、厂家提供、文献取值。前两种可靠性高，第三种必须注明出处。全部取默认值又不说明，等于把一个未知量藏在结论里。

这也是为什么消防安全评估要配套现场仪器——烟密度仪测产烟特性、烟气分析仪测组分，有了实测数据，模型才有支撑。纯软件算出来的东西，只能算示意性分析。

算完不等于算对

必须检查收敛性：残差是否下降、能量是否守恒、结果是否出现非物理的振荡。不收敛的算例照样能输出漂亮的彩色图，但那个图不能用来出报告。这一条在审查中经常被追问，也是区分专业与非专业的分界线。

与疏散模拟怎么配合

烟气模拟单独看意义有限，它真正的用途是给疏散模拟提供环境输入，共同支撑一个判据：

ASET > RSET。ASET 是可用疏散时间——从起火到环境不可耐受的时间，由本软件算出；RSET 是必需疏散时间——人员从报警确认、反应、移动到全部进入安全区的时间，由疏散模拟软件算出。前者大于后者且留有余量，方案才成立。

两套软件的数据是可以衔接的：烟气模拟的结果（各时刻各位置的温度、能见度、CO 浓度）导入疏散软件后，可计算人员在移动过程中实际承受的暴露剂量，即 FED 值。FED 接近或超过 1，意味着该路径上的人员会丧失行动能力——这比单纯比较"烟气到没到"更接近真实后果。

相关软件见人员疏散模拟软件 Pathfinder 与消防结构安全计算分析软件，三者的整体配置见消防安全评估软件。

谁需要它

性能化防火设计：超规建筑（超高、超大、超长疏散距离）无法按处方式规范设计时，需要用模拟论证等效安全性。
消防安全评估：既有建筑风险评估、改造方案比选、重大火灾隐患整改论证。
火灾事故调查：根据现场痕迹反推起火位置与蔓延路径，验证目击者描述是否与物理规律相符。
灭火预案与训练：预判烟气走向与能见度衰减，确定内攻路线与排烟时机。
产品研发：探测器与喷淋的响应时间验证、排烟设备选型、防火分隔有效性检验。
消防技术服务机构：消防安全评估类机构按从业条件要求需配备模拟分析软件，本软件属其中的烟气流动分析部分。

常见问题

FDS 是免费的吗？那为什么还要买 PyroSim？

FDS 由 NIST 开发并免费开源，任何人都可以从 NIST 官网下载，这一点没有争议。收费的是 PyroSim——它由美国 Thunderhead Engineering 公司开发，是给 FDS 做的商业图形界面，负责可视化建模、输入校验、算例管理与结果后处理。花钱买的是建模效率和出错率，不是求解器本身。如果团队有能力直接编写 FDS 输入文件，完全可以只用免费版本。

万霖是 NIST 或 Thunderhead 的代理吗？

需要区分两层：NIST 是美国政府机构，FDS 免费开源，NIST 不销售软件，因此不存在"代理 NIST 软件"这样的关系。PyroSim 的版权方是美国 Thunderhead Engineering 公司，其在中国区通过国际合作伙伴体系开展业务。万霖在本页涉及的产品上是软件供应与技术服务方，具体的授权身份应以厂家书面授权文件为准。采购立项或投标需要资质证明时，建议直接索取书面文件核对，不以口头说明为依据。

算出来的结果，审查方会认吗？

取决于报告的透明度，不是软件品牌。审查通常关注：建模假设（尤其每个开口的开闭状态）是否写明、网格是否做过无关性检验、材料与边界条件参数来源是否可追溯、算例是否收敛、关键结论是否有敏感性分析。同一栋建筑换个网格尺寸，ASET 可能相差成倍。报告过程可复现，才有被复核的基础；只交结果截图，任何软件都过不了实质审查。

网格要划多细才够？

没有统一答案，取决于要算什么。业内常用的起点是看特征火焰直径与网格尺寸的比值，FDS 用户手册给出的建议区间通常表述为 4 ～ 16。但更可靠的做法是做网格无关性检验：把网格加密一档重算，观察关键结果（如烟气层下降到危险高度的时间）变化幅度，变化收敛了才说明当前网格够用。直接套一个数字而不做检验，风险在于可能系统性地偏乐观或偏保守。

为什么算出来的结果和别人算的差很多？

最常见的原因按概率排序是：开口与边界条件设置不同（门开还是关、缝隙面积取多少）、网格尺寸不同、材料热解参数取值不同（实测值还是文献默认值）、火源功率曲线设定不同、以及一方算例未充分收敛。这些差异都不体现在最终那张彩图上，只体现在报告的方法章节里。要对比两份结果，必须先对齐这五项，否则比较没有意义。

和人员疏散软件是必须配套买吗？

从业务完整性看，强烈建议配套。烟气模拟算出的是 ASET（可用疏散时间），疏散模拟算出的是 RSET（必需疏散时间），性能化设计的核心判据是 ASET 大于 RSET。只有烟气结果，无法回答"人能不能出来"这个最根本的问题。此外两套软件之间有数据传递关系——烟气的温度、能见度、CO 浓度结果可作为疏散模拟的输入，用来计算人员的暴露剂量。采购前建议确认两者的几何与结果文件能否互读。