地鐵側(cè)式車站列車火災(zāi)排煙模擬研究中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)

建筑與土木工程鐘茂華史聰靈Abstract利用火災(zāi)動力學(xué)模擬方法，對地下一層地鐵側(cè)式車站列車火災(zāi)的煙氣蔓延規(guī)律和排煙效果進(jìn)行了模擬研究。地鐵車站三維模型通風(fēng)排煙系統(tǒng)的事故運行方案火災(zāi)煙氣擴(kuò)散過程氣流組織模式煙氣參數(shù)Abstract排煙系統(tǒng)啟動后：中間隧道的兩端向內(nèi)形成了大于5m/s的流速屏蔽門處流速為站臺流入隧道，可有效阻礙煙氣進(jìn)入站臺區(qū)域煙氣排放主要通過車站軌頂風(fēng)口排放，煙氣在500s左右進(jìn)入站臺Abstract排煙系統(tǒng)有效減緩煙氣在站臺的下降時間，為列車內(nèi)乘客疏散提供了可用的安全疏散時間。引言我國地鐵正處于空前發(fā)展時期，國內(nèi)約30個城市在修建地鐵，在建規(guī)模近2000公里。地鐵車站類型地下車站地下島式車站低鐵側(cè)式車站地面車站高架車站地鐵車站類型引言地鐵火災(zāi)時:一方面是要確保人員能夠安全疏散;一方面需要通風(fēng)排煙系統(tǒng)能夠有效工作，及時排除煙氣，減少煙氣對人員的毒害。引言地鐵通風(fēng)排煙系統(tǒng)車站通風(fēng)排煙系統(tǒng)車站設(shè)備及管理用房通風(fēng)系統(tǒng)車站公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)備注：側(cè)式車站，中間隧道為上下行共用隧道。（采用屏蔽門時）引言根據(jù)現(xiàn)行《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB50157-2003可知對隧道煙控流速、樓扶梯開口流速均有要求，同時規(guī)定排煙量按照建筑面積1m3/min·m2

區(qū)間隧道火災(zāi)的排煙量，按單洞區(qū)間隧道斷面的排煙流速不小于2m/s計算，但排煙流速不得大于11m/s。（19.1.40）當(dāng)車站發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有不小于1.5m/s的向下氣流。(19.1.39)引言本文研究火災(zāi)發(fā)生的煙氣蔓延規(guī)律，研究側(cè)式車站內(nèi)煙氣橫向流動和不同站層間的煙氣蔓延過程，給出車站中間隧道、站臺空間內(nèi)煙氣溫度、有毒氣體濃度、可見度等特征參數(shù)的分布情況。分析火災(zāi)時地鐵側(cè)式車站有效的氣流組織形式，進(jìn)而對防排煙設(shè)計的有效性進(jìn)行驗證。車站及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計車站及列車情況選取的側(cè)式車站有效站臺長度136m，站臺寬度4m，站臺的高度按4.2m設(shè)計。車站沿站臺邊緣設(shè)有屏蔽門，總高度為3m，其中玻璃部分高度為2.2m，上部0.8m為鋼結(jié)構(gòu)，屏蔽門的總長度為136m。中間隧道上下行隧道連通。每個側(cè)式站臺與站廳之間一般通過兩組樓扶梯連接，其開口連通部位的凈空尺寸為2500×2000mm(長×寬)。列車的全長為140m，寬度為3m，高度為3.8m。車站及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計通風(fēng)排煙系統(tǒng)情況車站通風(fēng)排煙系統(tǒng)包括車站隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)(軌行區(qū))、區(qū)間隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)和公共區(qū)通風(fēng)排煙系統(tǒng)。地鐵通風(fēng)排煙系統(tǒng)車站通風(fēng)排煙系統(tǒng)車站公共區(qū)通風(fēng)排煙系統(tǒng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)（軌行區(qū)）區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)車站及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計通風(fēng)排煙系統(tǒng)情況車站隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)在列車正常停車范圍內(nèi)設(shè)有軌頂和站臺下排風(fēng)口，排風(fēng)口布置長度與列車長度相同。車站兩端設(shè)有區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)，每端配置有相互備用的隧道風(fēng)機(jī)兩臺，每臺單獨運行時的流量為60m3/s，風(fēng)道面積為16m2;車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)上下行線的排風(fēng)排煙量分別為50m3/s，排風(fēng)與排煙合用，按照3:2分配風(fēng)量。車站及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計通風(fēng)排煙系統(tǒng)情況在車站站臺、站廳公共區(qū)內(nèi)設(shè)有通風(fēng)空調(diào)，其中排煙風(fēng)管與空調(diào)回風(fēng)管合用，排煙風(fēng)量總計為24m3/s，排煙風(fēng)口利用平時的回風(fēng)口，對于站臺公共區(qū)火災(zāi)時可專用于起火側(cè)站臺。車站及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計火災(zāi)時運行方式當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)且停在站臺停車范圍內(nèi)時，關(guān)閉兩側(cè)活動屏蔽門，開啟兩端區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)TVF各2臺(共四臺)和車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)2臺TEF一起排煙，同時開啟站臺排煙系統(tǒng)(空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉)。TVF：可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)TEF：排煙風(fēng)機(jī)隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算模擬模型按照車站的設(shè)計圖紙進(jìn)行簡化，包括兩個側(cè)式站臺、設(shè)備房、中間共享隧道、起火列車、屏蔽門、外界開口及通風(fēng)排煙系統(tǒng)風(fēng)口。隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算模擬計算數(shù)值模型采用FDS火災(zāi)動力學(xué)模型，湍流模型采用大渦LES模型，燃燒模型采用的是混和分?jǐn)?shù)模型，輻射傳熱采用非散射灰體近似，輻射方向大約為100個離散角。為了保證網(wǎng)格的精確解析，在流動和熱交換迅速的區(qū)域采用局部網(wǎng)格加密，對火源、站臺、隧道、站廳等區(qū)域分別設(shè)置Mesh和網(wǎng)格解析大小隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算場景及參數(shù)設(shè)置火災(zāi)功率曲線：

按照前人的研究成果，列車火災(zāi)模擬可按每輛車5MW，一次列車火災(zāi)規(guī)模按每小時燒毀1.5輛車計算。計算采用的最大火災(zāi)強度按照7.5MW考慮，著火車廂長度范圍約為1.5車廂長度，火災(zāi)曲線升溫曲線可按約10min達(dá)到峰值考慮。車站列車火災(zāi)的功率增長曲線隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算場景及參數(shù)設(shè)置算例設(shè)置排煙模式：車站隧道內(nèi)發(fā)生列車火災(zāi)，區(qū)間隧道排煙(60m3/s，四臺)，隧道軌頂和軌底排煙(每條隧道各50m3/s)、關(guān)閉兩側(cè)活動屏蔽門/由于列車火災(zāi)會導(dǎo)致屏蔽門破裂(假定1.5車廂長)，因此需打開站臺排煙風(fēng)機(jī)(12m3/s)計算輸出參數(shù)：

車站中間起火和未起火隧道內(nèi)的煙氣溫度、CO濃度等變化，隧道向站臺內(nèi)的蔓延過程，站臺危險高度處的煙氣溫度、CO濃度等參數(shù)。隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算結(jié)果分析火災(zāi)發(fā)生后，火災(zāi)發(fā)生后，啟動車站通風(fēng)排煙系統(tǒng)情況下，在各風(fēng)機(jī)火災(zāi)事故模式啟動完成后，在中間隧道的兩端向內(nèi)形成大于5m/s的流速。可以達(dá)到規(guī)范要求值。同時可以看出，在區(qū)間風(fēng)井中間的位置流速較小，通過模擬顯示，兩側(cè)的區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)啟動后將形成較穩(wěn)定的隧道內(nèi)氣流模式，但對于實際排煙啟到的作用不明顯。中間隧道內(nèi)氣流組織形式隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算結(jié)果分析中間隧道內(nèi)縱向溫度隨時間變化（下行隧道）中間隧道內(nèi)CO分布隨時間變化（上行起火隧道）隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算結(jié)果分析由于隧道連通，從煙氣溫度圖可以看出，在0－600s時，煙氣不斷向隧道兩端流動，同時著火區(qū)域的煙氣層溫度升高。600s時起火列車附近的頂棚煙氣層溫度可以達(dá)到120℃，CO含量600ppm。同時可以看出600s時，車站中心線兩側(cè)15m范圍內(nèi)的頂棚煙氣溫度均達(dá)到100℃，兩側(cè)50m范圍內(nèi)煙氣CO濃度超過450ppm。隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算結(jié)果分析站臺中心截面溫度及速度隨時間變化起火站臺內(nèi)縱截面溫度隨時間變化煙氣層在500s左右開始進(jìn)入站臺區(qū)。進(jìn)入站臺區(qū)的煙氣溫度較低，大約為50℃左右，CO含量大約為200ppm。隧道列車火災(zāi)數(shù)值模擬計算計算結(jié)果分析站臺危險高度處的截面溫度(700s)分析著火側(cè)站臺2m高處的溫度變化可以看出，700s內(nèi)煙氣層被站臺排煙控制在中部站臺附近，兩側(cè)均無煙氣，疏散通道為無煙區(qū)，因此可用安全疏散時間大于700s結(jié)論文章結(jié)合了某地下地鐵側(cè)式車站數(shù)值模擬了車站列車火災(zāi)情況下的煙氣擴(kuò)散機(jī)理、氣流組織形式及煙氣溫度、流場流速等變化特征。形成隧道的負(fù)壓較大，屏蔽門處的流速為站臺流向隧道，可有效阻礙煙氣進(jìn)入站臺區(qū)域，煙氣排放主要是通過車站軌行區(qū)的頂部風(fēng)口排放。排煙系統(tǒng)啟動后，側(cè)式車站的中間隧道兩端向內(nèi)形成大于5m/s的流速，600s