一、开题依据
“这是一个从量变到质变的过程，它意味着线上线下的一体化，实体和电子方式的融合。虚拟世界和真实世界的大门已经打开，无论是从虚到实，还是由实入虚，都在致力于帮助用户实现更真实的体验。从消费互联网到产业互联网，应用场景也已打开。通信、社交在视频化，视频会议、直播崛起，游戏也在云化。随着VR等新技术、新的硬件和软件在各种不同场景的推动，我相信又一场大洗牌即将开始。就像移动互联网转型一样，上不了船的人将逐渐落伍。”马化腾在《三观》中称：“现在，一个令人兴奋的机会正在到来，移动互联网十年发展，即将迎来下一波升级，我们称之为全真互联网。从实时通信到音视频等一系列基础技术已经准备好，计算能力快速提升，推动信息接触、人机交互的模式发生更丰富的变化。”
作为解决消防工程火灾问题和研究火灾动力学和燃烧的基本工具，由美国国家标准技术局 NIST 开发的 Fire Dynamics Simulator 是专门解决的火灾动力学发展的大祸模拟程序。FDS是计算流体力（CFD: Computational Fluid Dynamics)的一种模型，通过模拟火的能量驱动流体流动。其以独特的快速算法和适当的网格密度，可以较为准确地分析三维火灾问题。FDS 程序还可以借助其它三维造型软件和网格生成工具处理较为复杂的几何场景。它除了可以解决火灾发生及烟气的发展和蔓延过程，还包含分析火灾探测器和水喷淋灭火系统的功能模块，可以研究相应的消防设施对火灾发展的影响。同时，FDS 具有开放的程序体系结构，良好的后处理能力，计算结果得到了较多实验的验证，多年来在烟气控制和水喷淋及探测器启动的研究以及民用建筑或工业火灾的重现工作大有用处。
FDS采用数值方法求解一组描述热驱动的低速流动的 Navier – Stokes 方程（粘性流体方程），重点是计算火灾中的烟气流动和热传递过程。该软件把设定空间分成多个小的三维矩形控制体或计算单元，计算每个单元内气体密度，速度，温度，压力和组分浓度用质量守恒、动量守恒和能量守恒的偏微分方程来近似有限差分，通过对同一网格使用有限体积技术来计算热辐射、流体流动中存在湍流现象，追踪预测火灾气体的产生和移动，并结合家具、墙壁、地板和顶棚的材料特性来计算火灾的增长和蔓延。FDS处理湍流流动有两种方法，即大涡模拟（LES）方法和直接数值模拟（DNS）方法。模拟求解后可获得相关测量点处温度、CO 浓度、CO2 浓度、O2 浓度、能见度等一系列数据。
该模型的一部分应用在烟气控制和水喷淋及探测器启动的研究，另一部分用在民用建筑或工业火灾的重现工作。随着软件技术的发展，模型算法的进一步完善，作为一种研究火灾动力和燃烧基础的工具，它也同时开始用于解决消防行业中实际的火灾问题。其模型包括两大部分。第一部是求解微分方程的主程序，它所需要的火灾场景的参数，需要用户创建的文本文件提供；第二部分为 SmokeView，是一种动态场景显示程序，人们可用它直观地查看计算结果。2009年初发布了 FDS 5.3，植入了芬兰 VVT 的 EVACATION，FDS 源程序不断更新不断完善，较新的版本，可进行火灾过程和疏散过程的联合模拟。当前，FDS 的使用已经开始超出火灾研究实验室的范围，进入了工程建设领域，可以作为建筑性能化设计的辅助工具之一。
作为解决防火工程中实际问题和研究火灾动力学和燃烧学的工具，现在在 Unity 和 C# 的加持下，通过 FDS 模拟点火，蔓延，自由火灾，受限火灾，顶棚火灾，在虚拟现实空间展示火焰的结构以及能量的分布，将更加便于认识火场的现象和体现消防工作的专业性。
二、文献综述
2.1 国内研究现状及发展
2.1.1 国内火灾管理现状及发展
近日，应急管理部消防救援局发布了 2020 年全国火灾及消防救援队伍接处警情况，对火灾及救援情况从“八个方面”作了详细分析。刚刚过去的一年里，全国消防救援队伍积极应对肺炎影响，围绕服务保障“两个大局”，紧盯高风险场所持续开展隐患排查整治，主动服务防控和复工复产，树立预防为主鲜明导向，全力防范化解风险，努力稳控火灾“基本盘”，全年共接报火灾 25.2 万起，未发生特别重大火灾，较大火灾稳中有降，一般火灾形势总体向好；强化专业力量建设和训练演练，全力投入涉疫任务处置、抗洪抢险等重大应急救援，及时出动扑救各类火灾事故，共接警出动 128.4 万起，是建国以来任务量第二多的年份。
从火灾的基本情况看，初步统计，全国共接报火灾 25.2 万起，死亡 1183 人，受伤775人，直接财产损失 40.09 亿元，与 2019 年相比，火灾四项指数分别下降 1.4%、13.6%、12.8% 和 0.5%，在火灾总量与上年接近持平的情况下，伤亡人数明显减少。从火灾的等级看，全年共发生较大火灾 65 起，比上年减少 10 起、下降 13.3%，也是近八年来较大火灾起数少的一年；发生重大火灾 1 起，与上年持平，连续第二年将重大火灾起数控制在单起，是建国以来较少的年份之一；未发生特别重大火灾，连续五年未发生群死群伤恶性火灾事故。
2.1.2 国内数值模拟技术研究现状及发展
我国对于数值模拟技术研究火灾特性起步晚于国外，但是近年来，性能化防火设计方法在国内各类新型建筑中的应用越来越广泛，已成为当前消防技术领域最前沿、最具影响力的技术。在性能化设计过程中，其关键步骤是对建筑物的防火安全目标进行量化工程分析与计算。因此，所选用的工程分析方法和用以进行分析计算的设计工具在整个过程中显得尤为重要。随着计算机科学与数值计算方法的发展，人们开始运用计算机模拟直接求解来描述火灾的数学过程，从而更深入、更全面地了解火灾的整个发展过程。由于目前计算机的效能越来越高，进行火灾模拟的时间与精确度都得到了大幅提升，因此采用计算机模拟进行性能化防火设计已是必然趋势。以下列举了近几年来使用模拟软件进行火灾研究中取得的成果。
2007 年 2 月，张小芹,宗若雯等人在 ISO9705 标准试验房间，研究了助燃剂对木垛火的燃烧特性的影响，同时用 FDS 模拟软件进行数值模拟，得到了较好的结果。
2008 年 11 月，杨晓菡在《基于 ISO9705 房间木垛火试验的 FDS 模拟预测研究》一文中，在 ISO9705 试验房间内进行一定荷载的木垛火试验，后利用火灾动力学模拟软件 FDS 针对同样的火灾场景进行模拟计算,验证了FDS 模拟的有效性和可靠性。分别用烟头和打火机引燃纸箱，得出烟头在货物合理摆放的条件下，引燃的可能性较小，同时，根据实际情况进行了数值模拟，对比模拟和实验后的火场的温度曲线和火灾蔓延过程的情况，发现 FDS 模拟结果与实验结果比较相似。这是仓库火灾调查的一个例子。
2010 年，重庆市消防队张向阳等人利用数值模拟技术对某汽车配件城仓库火灾场景重构，对火灾原因和过程进行分析，利用关键部位的温度、有毒气体和烟气浓度等数据与火灾现场专家勘查结果对比，排除了人为纵火的可能性，为实际火灾场景的调查提供了数值模拟的科学方法。同年，刘旭根据火灾烟气形成的烟熏痕迹，采用数值模拟软件对烟熏痕迹的形成进行了模拟研究，对火灾现场进行了模拟再现，将数值模拟技术列为火灾调查方法的之一。
将数值模拟技术运用到火灾研究中，具有重大理论价值和实用价值。根据火灾后的痕迹，模拟火灾发生的过程，找出火灾原因，从而制定行之有效的防控措施，我国火灾研究者已经在此领域中已经取得了大量的初步成果。相信随着研究的深入和发展，一定会取得更多更先进的学术成果，为人类的进步和社会的发展贡献科学力量。
2.2 国外研究现状及进展
模拟手段来研究火灾发生和发展的过程比较早，以下列举了主要的数值模拟技术研究火灾成果：
1992 年，在国际合作论坛的强烈要求下，综合全面的火灾研究和计算机模拟火灾的研究的更新工作开展了，此次，确认了并进行分类了来自多个国家开发的一百六十八个计算机模型，并将结果在因特网上进行公布，对计算机模拟技术在火灾研究上有了推动作用。 1996 年，Ritchie SJ，Steckler KD 等人，运用计算模型与实验进行比较，得出结论，焦炭化样本的尺寸对其热释放速率没有太大影响。
1999 年 5 月发生在华盛顿市的两层民宅火灾进行了模拟，分析了玻璃滑门的打开，通风条件的改变造成二次燃烧的过程。
1999 年 12 月 22 日美国 NIST 运用数值模拟软件 FDS 模拟发生在美国 Iowa 州的某双层公寓的建筑火灾，获得了许多重要的火场信息。
2000 年 2 月 14 日发生在得克萨斯州的某单层饭店火灾进行模拟，得到了火场温度、氧气浓度等的发展过程。
2001 年纽约世贸大厦遭飞机撞击着火坍塌事件进行了数值模拟。
2003 年 2 月发生在罗得岛州的某单层木结构夜总会火灾进行了模拟，证明 FDS 数值模拟与全尺度火灾实验结果保持一致，并且模拟出同等条件下采用消防设施后对火灾的控制作用。
2004 年，D. Madrzykowski 和 W. D. Walton 根 据 在 Cook 城 的 政 府 大 楼 69 West Washington, Chicago, Illinois 发生的一场火灾利用 FDS 进行模拟火灾并且使用 SmokeView 观看火灾增长和烟气的运动情况。其选择的火灾场景的数据包括：建筑范围，楼板，门窗位置，建筑家具材料和可燃物，并结合收集来的信息和建筑物体系的信息用来确定火灾的时间脉络。
2.3 国内外研究现状及发展
目前,国内外对火灾事故的分析仍借助于专业人员长期工作积累的经验或半经验的方式，火灾调查的效率和技术手段仍需要提高。在全尺度火灾实验成本高、周期长，而小尺度火灾实验难以满足所有无量纲相似要求的情况下,将计算机数值仿真技术应用到火灾调查领域,用计算机模拟火灾实验 ,时间周期短、经济成本低,可以方便地进行对比实验,是一种新兴的、有效的火灾调查手段。仓库火灾往往因为巨大的财产损失和人员伤亡引起越来越多人的注意，实体实验成本过大，烟气捕捉难度大，现今已经有大量的火灾研究者对这一领域进行了数值模拟研究并且取得了一定的可供后期参考的成果，为后期参与到此研究的人员们提供了有利的理论支持。
参考文献： 1 蒋玲,刘筱璐,王瑛琪.火灾计算机模拟技术发展现状浅析[A].公安部沈阳消防研究所 2 刘宇芳.高架仓库灭火系统实体火灾实验和数值模拟研究[D].中国科学技术大学,2015. 3 徐文强,刘芳,董龙洋,李列平.基于FDS的地下停车场火灾数值模拟分析[J].安全与环境 工程,2012,19(01):73-76. 4 An introduction to fire dynamics: by Dougal Drysdale, published by John Wileey and Sons, Chichester, U.K., 1985; 424 pp 5 Fire Patterns on Upholstered Furniture: Smoldering versus Flaming Combustion.R. A. Ogle , J. L. Schumacher. 6 Carey, W. M., “Fire Testing of Warehouse Sprinklers for Storage Applications,” Proceedings of Fire Suppression and Detection Research Application Symposium, Research and Practice: Bridging the Gap, February 23-25, 2000, Orlando, FL, National Fire Protection Research Foundation, Quincy, MA, 2000, pp. 88-131. 7 刘涛,杨培中,谈迅,秦弦.某仓库火灾实验与数值模拟对比[J].消防科学与技术,2010,29(02):91-95 8 Numerical simulation study on the smoke spread process under the influence of the hollow floorboard in the logistics warehouse. ShifanTao, XuanDong, YaxinTan.Case Studies in Thermal Engineering Volume 15, November 2019, 100-517。