在“双碳”战略的推动下，木竹结构建筑正迎来难得的发展机遇。木材是四大原材料中仅有的可再生的生物质材料，重组竹等工程竹材更以“以竹代木”的姿态进入建筑领域。然而，一个无法回避的问题始终萦绕在人们心头：木竹建筑，真的防火吗？

传统观念中，木材易燃的认知根深蒂固。但现代木竹结构建筑并非“一堆干柴”，它由不燃的石膏板、岩棉与可燃的木竹材复合构成，其火灾安全性取决于每一种材料的“火场表现”。祝融FDS一款国产火灾动力学模拟软件，正以与文献中FDS核心算法兼容的仿真能力，帮助工程师在建筑建成之前，就看清楚每一面墙、每一块板在火灾中的真实反应。

一、不燃材料：防火的防线，也有“失守”时刻

在轻型木竹结构建筑中，墙体由内到外通常为：装饰板、石膏板、木/竹龙骨柱、岩棉保温层、外墙挂板。其中，石膏板是主要的防火屏障，瓷砖、钢板、水泥板则在不同部位承担隔热与保护功能。

石膏板的“喝水”原理是其防火核心：石膏板主要成分为二水硫酸钙（CaSO₄·2H₂O），遇热时先蒸发游离水，再脱出结晶水（吸热712kJ/kg），然后水蒸气蒸发（吸热544kJ/kg），总计吸收1256kJ/kg的热量。正是这种“遇火喝水”的特性，让它成为木竹结构建筑中更佳的防火隔热材料。

但石膏板并非完美。在高热辐射下，其表面会出现发散式裂纹，完整性被破坏后，温度传递的阻力消失，背火面温度在598秒时超过180℃，一旦背火面温度达到木材燃点（250~275℃），受保护的木竹材就会被点燃。

二、可燃材料：木竹材的“燃烧性格”大不同

木竹材是木竹结构建筑的主体，也是火灾中的变量。不同的树种、切面、厚度和碳化程度，决定了它们在火场中的“性格”截然不同。

松木 vs 杨木：谁更“扛烧”？

在50kW/m²热辐射下，两种木材的燃烧参数对比：

关键发现：松木弦切板的第二热释放峰比径切板高27%，但杨木的火灾增长指数在径切板上反而更高。综合来看，松木径切板、杨木弦切板（心材）朝向火源时相对更防火。

厚度：越厚越防护。

杨木弦切板不同厚度的燃烧特性：

厚度不影响点燃时间（均在18s左右），但厚度越大，火灾增长指数越低——5mm厚杨木的火灾增长指数是25mm厚的14倍。这是因为厚板表面的炭化层能有效隔绝热量，延缓火焰向内部传递。

重组竹：碳化程度决定“火场性格”

重组竹是竹材经碳化处理后制成的工程材料，碳化程度直接影响其燃烧特性：

碳化重组竹的点燃时间比竹板晚10秒以上，第二热释放峰出现时间也明显滞后。随着碳化程度加深，第二热释放峰峰值降低25.56%。在预测轰燃时间上，碳化重组竹（1741.8s）远晚于杨木（348.9s）和松木（244.6s）。

这意味着：采用深碳化重组竹的木竹结构建筑，在火灾中能为人员疏散争取多出数倍的时间。

三、祝融FDS：在计算机中“点燃”木竹建筑

材料试验告诉了我们每种建材的“火场性格”，但整栋建筑在火灾中如何表现？烟气往哪里走？温度如何分布？这些问题的答案，需要在火灾数值模拟中寻找。

祝融FDS是一款基于计算流体动力学（CFD）原理开发的国产火灾数值模拟仿真系统。它与文献中使用的FDS核心算法兼容，能够求解质量、动量、能量和组分守恒方程，模拟火灾中烟气的运动、温度变化和毒气浓度分布。

在木竹结构建筑火灾模拟中，祝融FDS可以发挥以下作用：

1. 构建“数字木屋”物理模型

建立了一个4.8m×4.1m×3.3m的木竹结构房间模型，墙体简化为重组竹、岩棉和石膏板三层。祝融FDS支持导入BIM模型，用户可快速构建包含墙体、门窗、家具等元素的完整物理模型。

2. 定义材料热物理参数

文献中定义了重组竹、松木、岩棉、石膏板、混凝土的热物理参数：

祝融FDS允许用户为每种材料设定热物理参数，并支持自定义燃烧反应。采用了POLYURETHANE（聚氨酯燃烧反应）和WOOD（木材燃烧反应） 来模拟不同材料的燃烧。

3. 模拟火灾全过程

在3600秒的模拟中，祝融FDS可以输出温度切片、烟气蔓延图、CO/CO₂浓度分布等关键数据。

4. 揭示关键火灾规律

模拟揭示了几个重要规律：

温度分布：靠近火源的内墙温度可高达620℃，石膏板背面温度约300℃，但岩棉保护下的重组竹墙身温度相对不高，仍能保持安全。建筑四个角落中，燃烧旺盛的左上角温度可高达319.82℃。

烟气蔓延：烟气主要通过门窗洞口向外扩散，窗口处温度范围在50~110℃之间。门窗洞口是烟气扩散的主要路径，应在这些位置做好防火隔热措施。

CO浓度：模拟中CO浓度上限约为150ppm，远低于3000ppm的危险值。CO浓度较高的区域主要分布在火源上空和墙角周边。

四、从模拟到设计：木竹建筑的防火策略

综合材料试验与火灾模拟，木竹结构建筑的防火设计应遵循以下原则：

五、结语

木竹结构建筑不是“一堆干柴”，而是一套由不燃材料与可燃材料精密组合的防火体系。石膏板的“喝水”吸热、木竹材的炭化保护、重组竹的碳化滞后——每一种材料都在火灾中扮演着独特的角色。

祝融FDS等国产火灾模拟软件的价值，在于将材料试验获得的微观参数，转化为建筑尺度的宏观火灾场景。它让设计师在建筑建成之前，就能在计算机中“点燃”木竹建筑，观察每一面墙的温度变化、每一缕烟气的蔓延路径、每一个角落的CO浓度，从而在更合适的位置采取更有效的防火措施。

当每一栋木竹建筑都经过这样的“数字火场”验证，绿色低碳的建筑理念才能真正与人同行。

若您想下载祝融FDS，请访问祝融FDS试用下载页面。如果您有其他问题，请联系info@zhixinglab.com。