地铁侧式车站列车火灾排烟模式模拟研究

地铁侧式车站列车火灾排烟模拟研究中国安全生产科学技术

建筑与土木工程钟茂华史聪灵Abstract利用火灾动力学模拟方法，对地下一层地铁侧式车站列车火灾的烟气蔓延规律和排烟效果进行了模拟研究。地铁车站三维模型通风排烟系统的事故运行方案火灾烟气扩散过程气流组织模式烟气参数Abstract排烟系统启动后：中间隧道的两端向内形成了大于5m/s的流速屏蔽门处流速为站台流入隧道，可有效阻碍烟气进入站台区域烟气排放主要通过车站轨顶风口排放，烟气在500s左右进入站台Abstract排烟系统有效减缓烟气在站台的下降时间，为列车内乘客疏散提供了可用的安全疏散时间。引言我国地铁正处于空前发展时期，国内约30个城市在修建地铁，在建规模近2000公里。地铁车站类型地下车站地下岛式车站低铁侧式车站地面车站高架车站地铁车站类型引言地铁火灾时:一方面是要确保人员能够安全疏散;一方面需要通风排烟系统能够有效工作，及时排除烟气，减少烟气对人员的毒害。引言地铁通风排烟系统车站通风排烟系统车站设备及管理用房通风系统车站公共区通风系统隧道通风系统车站隧道通风系统区间隧道通风系统备注：侧式车站，中间隧道为上下行共用隧道。（采用屏蔽门时）引言根据现行《地铁设计规范》GB50157-2003可知对隧道烟控流速、楼扶梯开口流速均有要求，同时规定排烟量按照建筑面积1m³/min·m²

区间隧道火灾的排烟量，按单洞区间隧道断面的排烟流速不小于2m/s计算，但排烟流速不得大于11m/s。（19.1.40）当车站发生火灾时，应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于1.5m/s的向下气流。(19.1.39)引言本文研究火灾发生的烟气蔓延规律，研究侧式车站内烟气横向流动和不同站层间的烟气蔓延过程，给出车站中间隧道、站台空间内烟气温度、有毒气体浓度、可见度等特征参数的分布情况。分析火灾时地铁侧式车站有效的气流组织形式，进而对防排烟设计的有效性进行验证。车站及通风系统设计车站及列车情况选取的侧式车站有效站台长度136m，站台宽度4m，站台的高度按4.2m设计。车站沿站台边缘设有屏蔽门，总高度为3m，其中玻璃部分高度为2.2m，上部0.8m为钢结构，屏蔽门的总长度为136m。中间隧道上下行隧道连通。每个侧式站台与站厅之间一般通过两组楼扶梯连接，其开口连通部位的净空尺寸为2500×2000mm(长×宽)。列车的全长为140m，宽度为3m，高度为3.8m。车站及通风系统设计通风排烟系统情况车站通风排烟系统包括车站隧道通风排烟系统(轨行区)、区间隧道通风排烟系统和公共区通风排烟系统。地铁通风排烟系统车站通风排烟系统车站公共区通风排烟系统隧道通风系统车站隧道通风系统（轨行区）区间隧道通风系统车站及通风系统设计通风排烟系统情况车站隧道通风排烟系统在列车正常停车范围内设有轨顶和站台下排风口，排风口布置长度与列车长度相同。车站两端设有区间隧道通风系统，每端配置有相互备用的隧道风机两台，每台单独运行时的流量为60m³/s，风道面积为16m²;车站隧道通风系统上下行线的排风排烟量分别为50m³/s，排风与排烟合用，按照3:2分配风量。车站及通风系统设计通风排烟系统情况在车站站台、站厅公共区内设有通风空调，其中排烟风管与空调回风管合用，排烟风量总计为24m³/s，排烟风口利用平时的回风口，对于站台公共区火灾时可专用于起火侧站台。车站及通风系统设计火灾时运行方式当列车发生火灾且停在站台停车范围内时，关闭两侧活动屏蔽门，开启两端区间隧道风机TVF各2台(共四台)和车站隧道通风系统2台TEF一起排烟，同时开启站台排烟系统(空调送风系统关闭)。TVF：可逆转耐高温轴流风机TEF：排烟风机隧道列车火灾数值模拟计算计算模拟模型按照车站的设计图纸进行简化，包括两个侧式站台、设备房、中间共享隧道、起火列车、屏蔽门、外界开口及通风排烟系统风口。隧道列车火灾数值模拟计算计算模拟计算数值模型采用FDS火灾动力学模型，湍流模型采用大涡LES模型，燃烧模型采用的是混和分数模型，辐射传热采用非散射灰体近似，辐射方向大约为100个离散角。为了保证网格的精确解析，在流动和热交换迅速的区域采用局部网格加密，对火源、站台、隧道、站厅等区域分别设置Mesh和网格解析大小隧道列车火灾数值模拟计算计算场景及参数设置火灾功率曲线：

按照前人的研究成果，列车火灾模拟可按每辆车5MW，一次列车火灾规模按每小时烧毁1.5辆车计算。计算采用的最大火灾强度按照7.5MW考虑，着火车厢长度范围约为1.5车厢长度，火灾曲线升温曲线可按约10min达到峰值考虑。车站列车火灾的功率增长曲线隧道列车火灾数值模拟计算计算场景及参数设置算例设置排烟模式：车站隧道内发生列车火灾，区间隧道排烟(60m³/s，四台)，隧道轨顶和轨底排烟(每条隧道各50m³/s)、关闭两侧活动屏蔽门/由于列车火灾会导致屏蔽门破裂(假定1.5车厢长)，因此需打开站台排烟风机(12m³/s)计算输出参数：

车站中间起火和未起火隧道内的烟气温度、CO浓度等变化，隧道向站台内的蔓延过程，站台危险高度处的烟气温度、CO浓度等参数。隧道列车火灾数值模拟计算计算结果分析火灾发生后，火灾发生后，启动车站通风排烟系统情况下，在各风机火灾事故模式启动完成后，在中间隧道的两端向内形成大于5m/s的流速。可以达到规范要求值。同时可以看出，在区间风井中间的位置流速较小，通过模拟显示，两侧的区间隧道风机启动后将形成较稳定的隧道内气流模式，但对于实际排烟启到的作用不明显。中间隧道内气流组织形式隧道列车火灾数值模拟计算计算结果分析中间隧道内纵向温度随时间变化（下行隧道）中间隧道内CO分布随时间变化（上行起火隧道）隧道列车火灾数值模拟计算计算结果分析由于隧道连通，从烟气温度图可以看出，在0－600s时，烟气不断向隧道两端流动，同时着火区域的烟气层温度升高。600s时起火列车附近的顶棚烟气层温度可以达到120℃，CO含量600ppm。同时可以看出600s时，车站中心线两侧15m范围内的顶棚烟气温度均达到100℃，两侧50m范围内烟气CO浓度超过450ppm。隧道列车火灾数值模拟计算计算结果分析站台中心截面温度及速度随时间变化起火站台内纵截面温度随时间变化烟气层在500s左右开始进入站台区。进入站台区的烟气温度较低，大约为50℃左右，CO含量大约为200ppm。隧道列车火灾数值模拟计算计算结果分析站台危险高度处的截面温度(700s)分析着火侧站台2m高处的温度变化可以看出，700s内烟气层被站台排烟控制在中部站台附近，两侧均无烟气，疏散通道为无烟区，因此可用安全疏散时间大于700s结论文章结合了某地下地铁侧式车站数值模拟了车站列车火灾情况下的烟气扩散机理、气流组织形式及烟气温度、流场流速等变化特征。形成隧道的负压较大，屏蔽门处的流速为站台流向隧道，可有效阻碍烟气进入站台区域，烟气排放主要是通过车站轨行区的顶部风口排放。排烟系统启动后，侧式车站的中间隧道两端向内形成大于5m/s的流速，600s