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中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室

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来源:中国消防网  作者:  时间:2013/6/26 10:37:25

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室是利用世界银行贷款和国内配套投资兴建的我国火灾科学领域唯一的国家级研究机构。1989年通过国家计委的可行性论证,1992年中国科学院批准边建设边对外开放,1995年11月通过国家验收。现任实验室主任为中国科技大学副校长、亚澳火灾科学技术学会主席、国际火灾安全科学学会常务理事、博士生导师范维澄教授,现任学术委员会主任为中国科学院院士、中国工程院院士闵桂荣教授。学术委员会由热科学界著名专家学者15人组成,其中中国科学院和工程科学院院士3人。实验室固定人员33人,其中教授4人,博士生导师2人,副教授11人。

研究方向:火灾发生、发展的机理、规律以及防治工程技术基础。

火灾科学是自1985年以来国际上兴起的一门新兴交叉学科,火灾的孕育、发生和蔓延过程包含流体流动、相变、传热传质和化学反应,是涉及物质、动量、能量和化学组分在复杂多变的环境条件下相互作用的三维、多相、多尺度、非定常、非线性、非平衡态的动力学过程,灾害的规律涵盖确定性和随机性,火灾防治的基础研究涉及致灾因素与人、材料、环境、人为干预因素的相互影响。火灾科学是一个科学问题集中、创新余地巨大,与经济建设社会发展及科技进步密切相关的有长久生命力的研究方向。

上个世纪80年代末,国家计委启动一批国家试验室建设,1989年火灾科学国家重点实验室批准立项。中国科学技术大学对兴建火灾科学研究室非常重视,专门在风景如画、环境幽静的科大西校区划出一片地方,用于实验室的建设。1990年10日,李鹏总理亲笔为科大火灾实验室题写牌名。1995年,实验室通过国家验收,并于翌年入选“九五-211工程”国家重点建设学科。

1993-1994年,我国连续发生唐山林西百货大楼、南昌万寿宫、北京隆福大厦、新疆克拉玛依友谊馆等大空间建筑火灾,火灾科学国家重点实验室把目光聚焦在大空间建筑火灾的防范与扑救的研究上,为解决建筑界在大空间建筑中所遇到的与消防安全技术有关的问题。1994年12月,中国科大火灾科学国家重点实验室与香港理工大学达成合作协议,由香港理工大学先期投入188.5万元港币,在科大西区建一座长24米、宽18米、高30米的大空间建筑火灾实验厅。

1997年6月21日,在香港回归祖国前夕,大空间火灾实验厅在合肥落成。李鹏同志闻讯后再次欣然题词:“发展火灾科学,造福人民造福社会。”1999年,火灾科学国家重点实验室被确定为中科院知识创新工程试点,被列入教育部“985”重点大学建设计划;2001年火灾科学被国家列入为“973”计划,并被确定为国家科技奥运火灾安全项目;2002年再次入选“十五-211”国家重点建设学科。

冲在火灾科学的前沿

1997年,皖北某卷烟厂。一项利用全新的航空图像定位技术对火灾防范科研成果,正在进行应用实验。

近千平方米的宽敞车间有十多米高,尽管设备安装已经完毕,厂方还是忧心忡忡:一般消防报警设备,在三米高的宾馆客房内,遇到一定温度和烟气还可以感应,但对十几米高的更大空间就无能为力了。而将要启用的“大空间早期火灾智能探测与联动扑救系统”,真的能够在这么大的车间内有效地防范火灾吗?厂领导随科研人员来到车间外的小小控制室,面对一排电视监视器,启动防灾系统。工作人员同时在车间几处地方点起了大小程度不一的火。

电视屏幕上迅速相应显现出几处亮点,并逐渐增大。红外线进行一般性前期判断后,监控系统开始对不同亮点进行分析,并相应做出不同处理方案。有两处火情达到扑救标准,智能探测系统立即向联动扑救系统发出指令:只见分别安装在车间侧壁的“水炮”,随着图像空间定位,移动“炮口”,锁定着火点,根据数据分析设定喷水压力,“开始--射!”本来将要蔓延的两处“火情”被及时、准确地扑灭了。

令人惊奇的是,这套防火灭火系统还有自己的“黑匣子”:一是输入计算机里的磁卡,二是输入录像机里的录像带。这两样东西都清楚地记录着刚才起火、蔓延、烟气的数据、过程。多年来,火灾后不能完整查询起火经过和扑救过程的状况已经成为历史!

这是中国科技大学火灾科学国家重点实验室研究的应用技术成果的一次展示。这套名称为“大空间早期火灾智能监测与电气火灾隐患检测系统”,不仅获得过国家科技进步二等奖,而且被人民大会堂、中央电视台等单位广泛应用。

经过10多年的努力,中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室得到了长足发展。实验室由科研楼、火灾特殊实验楼、实验二楼、大空间建筑火灾实验厅和室外试验场构成,拥有建筑火灾、森林火灾、工业火灾、火灾化学、光电技术、计算机模拟和理论分析6个研究室。

近6年来,实验室先后主持和承担了119项火灾科学领域重大(重点)科研项目,其中包括国家973项目“火灾动力学演化与防治基础”、中科院知识创新方向性项目“光声智能火灾探测与清洁高效灭火技术的研究”、科技部“科技奥运”项目“奥运体育馆防火系统设计技术研究”、国家自然科学基金重点项目“火灾过程与防治中的热物理问题”、“火灾中若干特殊火行为的研究”、国家“九•五”科技攻关项目“大空间公用建筑火灾特性”、国家教委211工程项目“火灾安全科学与防治工程重点学科建设”以及国家十五攻关项目子专题“中庭式建筑性能化防火设计方法及其应用的研究”、“城市重大事故应急决策支持系统”和“森林可燃物燃烧性与火炮艇技术实验研究”等,都取得了令世人瞩目的成绩。

火灾科学家的摇篮

火灾科学是一门全新的科学,正如科大火灾科学国家重点实验室在获得973项目时必须达到的两个基本条件那样,一是要符合国家的重大需求,二是包含重大的科学发现。实验室通过学科交叉,构建了以火灾机理和防治技术为主干的安全技术及工程的学科框架,同时,火灾科学作为中科院博士重点培养基地,已形成培养“本科-硕士-博士”完整的人才培养体系,并设有博士后流动站。火灾实验室为众多的科研人才搭起了一座施展才华的广阔平台,他们在火灾科学研究领域里,纵横捭阖。

实验室主任、科大副校长范维澄教授是火灾试验室的创始人,他以一流的学术成就蜚声国际火灾安全科学领域。他和他主持的火灾科学重点实验室熠熠生辉,为人类抗御火灾输送着光和热。

范维澄教授不仅担任973火灾项目首席科学家,而且还有许多学术职务,如亚澳火灾科学技术学会名誉主席、国际火灾安全科学学会常务理事、国际火灾研究机构首脑论坛成员、11个国内外学报的编委、国家自然科学基金委杰出青年基金评委、国有安全生产专家组能源化工组组长、中国消防协会副理事长、中国劳动保护科学技术学会顾问、教育部安全工程专业教学指导委员会副主任等。

目前,实验室固定研究人员中有博士生导师、实验室副主任廖光煊教授,博士生导师、火灾化学研究室主任胡源教授及建筑火灾研究室主任霍然教授、工学副博士学位和理学博士学位瞿保钧教授、女性博士生导师施文芳教授等教授12人、副教授8人;具有博士学位的21人,平均年龄38.4岁。可以这样说,这是一个科技领域里充满希望、充满朝气的科研队伍。实验室已经创建了以火灾机理、安全事故和防治技术为主干特色的安全技术及工程硕士与博士点,不仅招收立志祖国消防事业、具有不同专业背景的在读硕、博士生,从2001年起,实验室每年还面向全国消防部队招收一批在职硕士研究生,为防火灭火第一线培养人才。

“中国特色”与国际接轨

经过十几年的艰辛努力,火灾科学国家重点实验室已经成长为国际著名的火灾实验室,在国际学术舞台上为祖国争得了一席之地。

火灾科学国家重点实验室的建设可以说最具有“中国特色”了,一方面是为了节约经费,另一方面也是为了做出自己特色和创新课题研究的需要,科大火灾实验室自行构思、设计和建造了一批世界上独一无二的火灾模拟实验装备和实体实验系统。如:大空间火灾综合实验平台,是国际火灾科研界一座独具特色的大型火灾实验设施;大型燃烧风洞是科大火灾实验室设计建造得最早的实验装置;全尺寸多功能热释放速率实验台,是为研究真实火灾条件下可燃材料的燃烧特性,按照IS09705国际标准建设了具有国际先进水平的大型建筑火灾实验研究装置;火灾探测综合模拟实验平台,是科大火灾实验室自行设计建造的火灾探测器性能测试与评价的实验平台;火灾早期特性实验台即采用电加热方式模拟火灾过程的热辐射,可测量试样表面温度、点燃温度和时间、炭化速率、失重速率、火焰面积与形状等参数,可用于研究火灾环境中可燃材料的热辐射引燃;木材、高聚物等可燃物的热解特性及火焰在固体表面的传播性等;回燃模拟实验台是科大火灾实验室为了重现回燃现象而自行研制出小尺寸回燃实验台,它可测量腔体内的温度分布、时变压力、开口处的新鲜空气和热烟气的流量、腔体内的组分如氧气、二氧化碳和一氧化碳等组分浓度以及回燃产生的火球尺寸等。

正是这些具有中国特色的自行研制的实验设备和累累科研成果,该实验室才得以在世界火灾科学界享有很高的声誉。先后吸引了英、俄、日、法、加、澳、以及新加坡、希腊、芬兰等国家和台湾、香港地区的40多位火灾科学家,来科大火灾实验室访问和进行合作研究,在这里,他们可以找到在世界上其他火灾实验室没有的实验设备。国际火灾科学学会第二任主席昆•梯瑞曾这样评价道:“我参观过世界上绝大多数火灾研究机构,我肯定这是一个具有许多独特和杰出性能的世界一流的实验室。”

科大火灾科学国家重点实验室建立以来,先后接待了美国建筑与火灾研究室主任Snell博士和计算机燃烧学奠基人、英国皇家学会会员Spalding教授为代表的多位国家实验室主任或首席科学家的来访。科大火灾科学国家重点实验室还曾主持和发起了首届中日火灾科学研究会、中俄火灾科学报告会、中日安全与环境研讨会、中英计算燃烧研究会、亚洲火灾科学与技术大会以及国内火灾学术会议等等。

2001年,范维澄教授与中国消防协会的其他领导一起,在美国召开的第七次国际火灾科学大会上,积极争取,为中国北京成功申办2005年第八届国际火灾科学大会举办权立下汗马功劳。这个大会是第一次在发展中国家召开。范维澄受国际火灾科学学会主席之邀担任大会组委会主席。

近些年来,中国科大火灾科学国家重点实验室的学者也不断走出国门,先后有70多人次出国讲学、合作研究和参加重要国际学术会议。美国“9•11”事件之后,范维澄作为惟一来自中国的特邀代表,参加了由联合国国际建筑与创新委员会主持召开的全球高层建筑峰会;并应美国建筑与火灾研究室的邀请,参与“9•11”事件后美国开展的高层建筑火灾安全研究国际合作计划。受此启发,回国后,范维澄申请的国家自然科学基金重大国际合作研究项目“热-力耦合作用下重大建筑火灾安全的基础研究”获得批准。

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