地铁站台火灾排烟通风模式分析.docx

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地铁站台火灾排烟通风模式分析

地铁站台火灾排烟通风模式分析

摘要本文采纳了理论分析、CFD数值模拟分析等方式对某地铁单层站台发生火灾时的通风排烟系统的各类可能运行模式进行了分析，分析结果说明，不同的模式下通风排烟成效相关专门大，同时火灾发生的位置不同，相应的最优通风排烟模式也有所不同。

我国的《地下铁道设计标准》提供了站台火灾排烟的大体标准，但具体采纳何种通风排烟模式应结合站台和防排烟系统的实际情形分析确信。

关键词地铁站台火灾排烟通风模式计算流体力学（CFD）

1引言

　　在地铁营建与运营进程中，地铁火灾是不容轻忽的问题。

1987年11月18日在伦敦King'sCross地铁站发生一路大火，造成31人死亡，大量人员伤亡，成为震惊世界的重大火灾事故[1]。

由于地铁建筑与外界的联系只有车站的出入口，而且站台和车箱内人员密集，一旦发生火灾危害极大。

因此，尽管地铁火灾的发生是一个小概率事件，但必需引发人们的重视，并在地铁系统设计时期就给予充分的考虑。

　　地下铁道火灾事故通常能够分为两种情形：

车站火灾和区间隧道火灾；当列车在隧道发生火灾时应力争将列车开至临近车站疏散乘客，现在可依照车站站台火灾工况进行处置。

一旦发生火灾不同的特点，应制定防排烟系统相应的优化运行模式。

本文将以某一实际工程的地铁列车发生火灾集靠在单层站台作为研究对象，利用理论分析和CFD的数值模拟分析等方式探讨最优的通风排烟模式。

　　自1974年计算流体力学（ComputationalFluidDynamics:

CFD）如用于通风空调领域拟分析以来，CFD技术愈来愈多地应用于指导空调通风建筑的气流场和温度场院的设计及分析。

利用CFD技术，通过运算机求解流体流动所遵循的操纵方程，能够取得流体流动区域内的流速、温度、组分浓度等物理量的详细散布情形，从而指导和优化设计。

本次模拟采纳的是由清华大学建筑环境与设备研究所开发的通风三维流动、传热与燃烧的数值模拟软件STACH-3，其曾应用于地铁隧道区间的火灾模拟分析，其模拟结果在火源周围之外的区域均与实测结果有较好的吻合[2]。

2研究对象物理模型

　　2．1站台土建结构

　　研究对象为一单层侧式站台，有效空间中长120m，宽，高，其断面示用意如图1所示。

站台有四个出入口。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1站台断面示用意

　　2．2站台通风系统

　　本站台利用机械通风来维持站台适合温度，带走负荷。

正常环控工况下，站台两头上方各设1台轴流风机（可反转）向站台送风，如图2的示；同时各设有1台轴流风机负责从站台地板下空间抽取排风，形成了站台端部集中送风、站台地板下空间作为回/排风道，均匀排风的站送、站排的通风形式。

每台风机风量为60m3/s左右，全压1000Pa。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2站台正常工况通风系统示用意（平面图）

　　当站台发生火灾时，将利用正常工况下的集中送风口作为集中排烟风口利用，由车站进出口时风。

现在，通过阀门的切换，能够将正常工况下的回风机与送风机并联运行，通过原集中送风口将站台的烟气及时排向地面。

临近站台的通风系统与此站台一致。

　　2．3火源强度设定

　　火灾强度的合理设定一直是地铁火灾工况模拟分析中的难点。

目前由于权威的实测数据，因此在本次模拟计算中参考了国内其他地铁设计采纳的火灾强度，为。

3可能的通风模式

　　站台发生火灾时要紧依托的是布置在站台两头的正常工况下的集中送风口进行排烟，由于排烟口的集中布置，不同的风机运行模式对通风排烟的成效相差专门大，而且列车发生火灾位置不同也会有专门大的阻碍。

因此需要针对不同的火灾发生位置，研究如何合理调动站台的四台风机，以保证有最大的平安区和平安疏散通道，让乘客和工作人员平安撤离火灾现场。

利用CFD软件模拟火灾发生时的气流场和温度场，为研究和分析合理的风机运行模式提供了有利的手腕。

　　依照我国的《地下铁道设计标准》[3]大体要求，考虑列车两种位置（列车头部、中部）发生火灾的情形，别离制定了站台防排烟系统的可能运行模式，如表1所示。

在这些运行模式中，只考虑临近区间或站台的风机联合工作，其他区间或站台风机运行工况阻碍较小，能够不予考虑。

图3为模拟站台列车火灾采纳的物理模型。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3侧式站台列车火灾通风排烟物理模型

　　　　　　　　　　　防排烟系统的各类可能运行模式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

　　工况1：

列车中部发生火灾

　　模式关闭原送风机，站台两头各开一台排风机

　　模式站台两头各开两台风机排风，原送风机逆转作排风机

　　模式关闭原送风机，站台两头各开一台排风机，临近区间或站台各开1台排风机

　　模式站台两头各开两台风机排风，原送风机逆转作排风机；临近区间或站台各开1台排风机

　　工况2：

列车头部或尾部发生火灾

　　模式关闭原送风机，站以两头各开一台排风机

　　模式靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端两风机均关闭

　　模式靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台右边临近火灾区域

　　　　　　的区间风机或站台风机排风

　　模式靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端开启一台送风机

　　模式靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台右边临近火灾区域

　　　　　　的区间风机或站台风机排风

　　表2　详细给出了在上述各类模式下，由网络流动计算模型计算得出的从出入口和站台左右隧道进入站台的风量。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2

左隧道进风量

右隧道进风量

出入口进风总量

出入口平均风速

模式

模式

125

模式

106

模式

-85

-78

163

模式

模式

26

28

62

模式

35

-3

84

模式

70

模式

80

-17

54

1

　　注：

1.表格中风量的单位均为m3/s，风速的单位为m/s;

　　2.数值前如有负号，表示为出风状态。

4分析与讨论

　　关于站台火灾问题，选取最正确的通风方式第一应该知足两个大体原那么，1）从进出口来的风要保证必然的速度，以有效压制烟气的扩散，保证人员撤离通道平安。

2）尽可能不要让烟过量扩散进入周围隧道，不然这将会为后期周围隧道烟气处置带来麻烦。

依照上述的原那么，第一对上述两种火灾工况下的各类模式进行比选。

关于火灾工况1，模式和模式都由于临近的区间或站台排风机的作用，使得从出入口进来的新鲜气流迅速被隧道带走，同时也将带走大量的烟气，尽管进出口风速专门大，排烟成效却不行。

关于模式和模式，后者从出入口和隧道的来流风速大约是前者的2倍，而且在模式中出入口平均风速达到s，加倍平安。

　　图4和图5比较了模式和模式的三维温度场在站台人头部水平高度的断面的散布情形，从图中可知，由于隧道要紧靠在站台两头的风口排烟，而且火源在列车中部，因此在站台中央温度高，聚集了大量的热量和烟气。

相反，在出入口到站台双侧，新鲜气流较多，相对来讲是比较平安的区域。

对照模式和模式，可知模式由于从进出口来流风量不够，不能有效带走聚集于站台中央的热量和烟气，致使在出入口到站台双侧的区间温度和烟气浓度均较高，如此在整个站台的平安区域就几乎没有，给人员的逃生带来极大的危险。

而模式由于从进出口的风速比较模式提高了一倍，能较有效带走热量和烟气，能形成较大的平安区域，相对而言更有利于乘客逃生和救生人员开展灭火救灾工作。

以上分析说明，关于工况1通风模式是最优的。

　　　　　　　　　　　　　图4　模式在站台人头部水平高度的温度散布等温线图

　　　　　　　　　　　　　图5　模式在站台人头部水平高度的温度散布等温线图

　　关于工况2，模式进出口风速太低，第一舍去。

模式，有必然量的烟气扩散到右边隧道，也不可取。

比较模式和模式，后者从进出口和左侧隧道的来流风速都高于前者，尽管模式会有少量的烟气扩散到右边隧道中，但综合比较模式是更好的方案。

　　图6和图7比较了模式和模式的三维温度场在站台人头部水平高度的断面的散布。

从图中可知，由于火灾发生在列车的头部，因此产生的高温烟气能专门快从临近火源的端部风口迅速排出。

关于这种送排风系统的地铁站台，列车头部（尾部）发生火灾是比中部的平安区域，而模式的平安区域大于模式，更有利于乘客逃生。

以上分析说明，关于工况2通风模式是最优的。

　　　　　　　　　　　　　　图6模式在站台人头部水平高度的温度散布等温线图

　　　　　　　　　　　　　图7模式在站台人头部水平高度的温度散布等温线图

5结论

　　综上所述，针对本文研究的单层站台列车火灾问题有以下几点结论：

　　1）发生火灾事故时候，风机的启停和转动方向均应依照火灾发生的实际情形来确信，不同的通风方式，其成效可能相差专门大。

利用CFD的模拟分析软件，能够直观有效地判定通风方式的好坏。

　　2）若是列车中部发生火灾，建议采取模式的通风方式，即站台两头的四台风机均作排风利用。

　　3）若是列车头部发生火灾，建议采取上述所述的模式，即靠近火灾一侧开启两台排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台临近火灾的区间风机或站台风机排风。

　　本实例选取的是偏大的火灾强度，是偏平安的设计。

由于火灾强度直接阻碍模拟分析结果，同时阻碍通风模式的选取，从而阻碍系统的经济性，因此确信作为设计标准的符合实际情形的列车火灾强度是亟待研究的问题。

参考文献

　　1,King'sCrossFire.Damageassessmentandoverviewofthetechnicalinvestigation,FireSafetyJournal,18

（1）1992p13～33

　　2XianTingLi,QiSenYan,Fieldmodeloffiresinsubwaytunnels,2ndInternationalsymposiumonHVAC,Beijing1995,p392～399

　　3地下铁道设计标准-中华人民共和国国家标准（GB50157-92）。

国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布，1992-06-13发布