Simulation of Fire Dynamics and Building Evacuation Using Three-Dimensional Building Information Model


Aksu K., Özcan T., Karadağ İ., Demirel H.

Uluslararası Yangın ve Güvenlik Sempozyumu ve Yangın Güvenliği Sergisi, İstanbul, Turkey, 22 - 24 November 2023, pp.1-15

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: İstanbul
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.1-15
  • Istanbul Technical University Affiliated: Yes

Abstract

In this study, it is simulated how the flame and smoke that will occur in the event of a fire spread in the selected public building. The obtained outputs will be used in the three-dimensional modeling of the dynamic risks affecting the indoor evacuation. To achieve this, it is crucial to simulate the diffusion of flames and smoke within the environment, which was accomplished using the advanced Fire Dynamics Simulator (FDS). This model accurately deploys the various physical processes inherent in a fire, such as heat transfer, fluid dynamics, and smoke movement. To facilitate data interchange between the BIM and FDS, the IFC data schema is employed, streamlining the simulation preparation process significantly. A distinctive feature of this study is the utilization of an agent-based modeling approach, which enabled the analysis of human behavior within the model. By defining 33 actors within the selected laboratory A-Z-18, situated in the ITU’s Faculty of Civil Engineering, the fire evacuation scenarios were examined. These actors exhibited distinct characteristics and behaviors, including obstacle status, assigned responsibilities during a fire, movement restrictions, and evacuation area preferences. Within the study area, three different evacuation areas were identified. The actors' maximum walking distance to these areas ranged from 83.5 meters to a simulated minimum value of 55.8 meters. Notably, evacuation times spanned from a maximum of 65.1 seconds to a minimum of 13.5 seconds, capturing the range of potential response durations. Via achieved results, architects and stakeholders can identify potential areas of improvement, enhance evacuation strategies, and optimize the structural design to evaluate overall safety and mitigate fire-related risks effectively.

Bu çalışmada, seçilen kamu binasında yangın anında oluşacak alev ve dumanın ortamda nasıl yayıldığı simüle edilmiş olup elde edilen çıktılar bina içi tahliyeyi etkileyen dinamik risklerin üç boyutlu olarak modellenmesinde kullanılacaktır. Oluşturulan üç boyutlu Yapı Bilgi Modelli, yangın tahliye senaryolarının test edilebilmesi için simülasyon platformuna entegre edilmiştir. Yangın Dinamiği Simülatörü (YDS); yanma, ısı transferi, akışkan dinamiği ve duman hareketi dahil olmak üzere bir yangında yer alan fiziksel süreçleri modellemektedir. Yapı Bilgi Modeli ile YDS veri modelleri arasındaki dönüşümler Industry Foundation Classes (IFC) veri şeması kullanılarak yapılmıştır. Bu yöntem, simülasyonun hesaplanmasına hız kazandırmıştır. Yangın anında insan davranışlarının model üzerinde belirlenebilmesi için etmen tabanlı modelleme yaklaşımı kullanılmıştır. Geliştirilen kavramların test edilmesi için, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi ek binasında bulunan A-Z-18 no’lu laboratuvar dersliği seçilmiştir. Bu bölgede yangın tahliye senaryolarının gerçekleştirilmesi amacıyla 33 aktör tanımlanmış olup, bu aktörler fiziksel özellikleri, yangın anındaki sorumluluğu, hareket kısıtlamaları ve tahliye alanı tercihi gibi farklı özellik ve davranış biçimlerine sahiptir. Çalışma bölgesinde üç farklı tahliye alanı bulunmaktadır. Aktörlerin tahliye alanlarına olan maksimum yürüme mesafesi 83.5 metre olup, minimum değer ise 55.8 metre olarak simüle edilmiştir. Tahliye süresi ise maksimum 65.1 saniye, minimum ise 13.5 saniyedir. Elde edilen çıktılar üç boyutlu dinamik risk haritasının bileşenlerini oluşturacaktır. Simülasyonlar yapının mimari açıdan değerlendirilmesine ve yangına karşı kırılganlığının değerlendirilmesine destek olacaktır.