建筑火灾事故频发,火势往往蔓延迅速且危害很大。在建筑火灾中,时有结构塌落现象发生,会对火势的发展产生很大影响。在建筑火灾模拟中通常采用场模型,单元网格数常多达近百万甚至上千万,对计算能力要求很高,串行计算难以满足计算需求。本文针对上述问题,进行了基于结构塌落的建筑火灾自均衡分区并行数值方法研究及应用。主要内容包括:首先,提出了基于结构塌落的火灾动力学数学模型及基于网格变换的数值建模方法,并开发了实现该方法的工具。根据燃烧的控制方程和塌落运动控制方程,给出了基于接触传递的塌落固体-火灾耦合数学模型,然后建立基于结构塌落的建筑火灾动力学数学模型。针对基于结构塌落的建筑火灾动力学数学模型,在场模型中基于网格变换机制,给出了对建筑结构建模并应用于离散模拟过程的方法。根据基于结构塌落的火灾动力学数学模型和基于网格变换的塌落固体建模方法,对开源火灾数值模拟软件进行相应的功能扩展,使之支持对火灾中建筑结构的塌落进行建模及数值模拟。其次,提出了基于负载量化的火灾模拟自均衡分区方法,并开发了实现该方法的工具。针对场模型网格数量庞大,并行计算需要各个进程间进行消息通信等特点,提出了对并行计算中子分区的计算负载进行量化估计的方法。提出了四个计算负载影响因子,以之为变量给出了一个计算负载的估计函数,并借助估计函数的值对子分区的负载进行估计。针对室内火灾案例,通过正交试验法确定一组使得估计函数值与实际模拟时长有较好线性关系的参数,确定室内建筑火灾场景下的计算负载估计函数的具体形式。基于对负载的估计方法,提出了建筑火灾数值模拟自动均衡分区的算法流程,并加以编程实现,可对建筑火灾模型实现负载的自均衡分区。最后,将本文所提出的数值建模方法和自均衡分区方法应用于建筑火灾的实际模拟。以某快递物流中心为原型,建立全尺寸场模型。使用基于负载量化的自均衡分区法结合并行模拟计算,分析了基于负载量化的自均衡分区法对并行效率的影响。分析结果表明,本文所提出的自均衡分区方法有效提高了并行效率,缩短了计算时间。采用该方法,进一步研究了该建筑火灾中的结构塌落现象对火势的影响,分别分析了在不同塌落位置、不同塌落起始时刻、不同测点情形下对温度、二氧化碳浓度、氧气浓度、烟气浓度的影响。