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借助Stess 3.0对地铁特殊区间的事故模拟分析铁道第三勘察设计院城交分院 韩平摘 要 本文通过使用清华大学开发的地铁热环境模拟软件（Stess 3.0）对地铁特殊区间事故工况模拟分析以确定通风方案关键词 地铁 Stess 3.0 模拟 通风方案 1、土建情况沈阳市地铁一号线工程正线全长22.14km，全部为地下线，全线设计最大坡度为25；全线共设车站18座，全为地下车站，平均站间距1274m，洪湖北街至重工街的站间距为1975m，为全线最大，兴工北街至沈阳站的站间距为804m，为全线最小。本文主要对洪湖北街-重工街区间进行事故模拟。图1-1 沈阳地铁一号线工程线路示意图2. Stess 3.0简介 Stess 3.0是清华大学开发的地铁热环境模拟软件，主要用于地铁热环境预测的软件，其主要功能分为两部分，包括通风方案的模拟以及对地铁运行时期温度分布情况的预测。Stess采用新的水力网络不稳定过程算法，改进了传热计算模型，使之能够适应较为复杂的隧道及车站断面形状，采取了长短时间步长相结合的方法，保证模拟的计算精度。Stess软件建立在“地铁热环境动态仿真模型”基础上，分析在列车活塞风与机械通风以及热压的综合作用下地下空气流动的动态变化，分析在各种内部发热与外界气象状况作用下地下热环境的动态变化。预测不同运行方案下地铁热环境的变化，指导地铁环境控制系统的设计与控制方案的选择。Stess是我国第一个有自主版权的地铁热环境模拟软件，填补了国内空白，达到了国际先进水平。Stess软件已在北京，天津，南京，德黑兰等国内外城市十几项地铁工程中应用，取得了较好的效果。3. 事故工况通风方案站端设置4条机械风井，每条风井里各有1台风机，可以并联到同侧运行。风机可进行变频调节，且各风机均要求可逆转，逆转时最大风量与正转时相同。在事故发生时站端风机作为事故风机使用，故要求耐高温。3.1事故通风由于国家标准制定阻塞时和火灾时的通风标准都是风速不低于2 m/s，所以事故工况通指火灾事故工况和阻塞事故工况。火灾事故工况和阻塞事故工况区别在于区间发生火灾时送风方向按着火点靠近列车头部还是尾部区分，原则是控制火焰和烟气的蔓延方向，保证多数乘客的安全。乘客背着着火点方向迎风撤离，着火点附近风速不低于2 m/s。全线同一时间只考虑一个事故点，事故区间前后若干车站分别向隧道内送风或排风，迂回风道与活塞风井均处于关闭状态。运行模式见图3-1。图3-1 火灾排烟通风方式（开启四站TVF风机）假设火灾发生区间为洪湖北街站至重工街站，该段区间站间中心距离1975米，隧道区间长度1775米，为全线最长区间。洪-重区间重工街站站前设有一条存车线。以下行方向车头着火为例，洪湖北街站和黄海路站分别开启全部4台风机排风，重工街站和启工街站分别开启全部4台风机送风，发生火灾区间需并联相应的站端风机。TVF风机风量为60m3/s，风压为1000Pa。通风模拟结果如图3-2所示，区间隧道面积为25m2，可以看出该区间火灾通风不满足着火点风速大于2m/s，因此需要对通风模式进行调整。图3-2 洪湖北街站至重工街站下行区间车头火灾模拟结果若将洪湖北街站和重工街站的TVF风机增大到65m3/s，由图3-3模拟结果可以看出该区间火灾通风同样难以满足着火点风速大于2m/s的国家规范要求，因此仍需要对通风模式进行调整。图3-3 洪湖北街站至重工街站下行区间车头火灾模拟结果（增大TVF风量）若在区间中部添加区间隧道风机，图3-4和图3-5为添加区间隧道风机后的模式结果，依据列车位置对区间风机进行相应送排风控制。由模拟结果可以看出，增设区间风机后有效提高火灾发生时隧道的通风效果，满足设计要求；并且由模拟结果可以得到，增设一台区间风机，通过风阀调节分别可对上、下行隧道进行通风，即可使事故工况模拟结果满足设计要求。图3-4 洪湖北街站至重工街站下行区间车头火灾模拟结果（增设区间风机）图3-5 洪湖北街站至重工街站下行区间车头火灾模拟结果（增设区间风机）4. 总结Stess是一款优秀的地铁热环境动态模拟仿真软件，通过对地铁全线的模拟和分析，为确定地铁热环境的环控通风方案提供了依据。象对于上面所列举的超长特殊区间，通过增加风机的台数、设置风机的运行模式、改变风机的参数、添加区间隧道风机等手段可以确定合理的通风方案。虽然Stess功能强大，但并不是万能的，对于某些极特殊区间，比如保工街站至铁西广场站区间，该段区间站间中心距离1401米，隧道区间长度1201米。保-铁区间铁西广场站战前设有一条渡线及一条与沈阳地铁五号线的联络线，渡线与联络线的区间隧道形式比较复杂，虽紧邻车站，但长度约300米，列车如果在此特殊区间隧道内发生事故，仅通过本文所述的方法很难满足工况要求，所以特殊区间应该特殊处理，比如在很难满足工况要求的区间增设射流风机等，通过Stess的计算结果选取边界条件，利用CFD软件建立三维模型， 通过CFD模拟确定通风方案的可行性。Stess功能强大，使用方便，功能设置简单丰富，希望将来随着算法的完善和增强，使其能满足将来更复杂的地铁环控系统的模拟。5. 参考资料1 Stess 3.0 地铁热环境模拟软件 清华大学建筑技术科学系 20022 沈阳地