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1、地铁站台层不同楼梯结构对排烟模式的 影响研究南京工业大学暖通空调研究所，阎丽萍1 江苏 南京 210009；摘要：由于地铁站台层空间狭小，故其建筑结构形式如楼梯的位置设置及开口朝向方式对火灾烟气的流动会产生较大的影响。采用 CFD 方法，对采用不同楼梯结构的站台层内车厢中央位置着火时的烟气扩散进行数值模拟，比较楼梯结构对防排烟模式的影响。结果表明：挡烟垂壁和楼梯口向下气流使得火灾时防烟分区效果较为明显，对烟气在整个站台层内的扩散起到了很好的阻碍作用；采用轨顶垂直排烟时，能及时有效的排出大量烟气，而采用两端水平排烟时，排出烟气中混有大量空气，大大降低了排烟效率；楼梯呈“”分布，且采用轨顶垂直排烟
2、模式对站台层内火灾烟气的扩散起到了很好的控制效果，对人员安全疏散较为有利。关键词：关键词：地铁站；火灾；烟气控制；结构ResearchResearch ofof SmokeSmoke ControlControl ModelModel ofof DifferentDifferent StructuresStructures inin SubwaySubway StationStation FireFire YAN Liping1 （1. Nangjing University of Technology, Nangjing Jiangsu 210009） Abstract:Abstract:
3、The platform layer of the subway station was a confined space, so the different structures, such as the location and structure of stairs, have a vital influence in the subway station fires. In this paper, the fire was located on the carriages of the train on platform layer to simulate the smoke diff
4、usion by CFD, the effects of different structure on different smoke control models had been compared. And the results indicated that the hang wall and the down air flow can block the smoke in the smoke-preventing subarea near fire source, the vertical smoke-exhausting model is more efficient than th
5、e transverse model which exhausted the smoke and the air at the same time. Comparing the results, the stairs of vertical smoke-exhausting model as ” setting was most advantageous. Keywords:Keywords: subway station, fire, smoke control, structure1 引言在地铁运营过程中，火灾是一个不容忽视的问题。地铁属于人员密集场所，如上海地铁人民广场 站的日均旅客流量
6、达到了 25 万人次，一旦发生火灾，烟气便很快在车站或隧道中蔓延开来，人员的安 全疏散是一件非常困难的事情，很容易造成群死群伤的恶性事故。如：1987 年英国伦敦地铁君王十字 车站由于木质自动扶梯在燃烧过程中产生了轰燃，导致了 31 人死亡的火灾事故；1995 年阿塞拜疆巴 库地铁由于列车发动机电气老化短路引起火灾，导致了 337 人死亡，227 人严重受伤；2003 年 2 月发生在韩国大邱地铁的人为纵火灾难，造成至少 138 人死亡，99 人失踪1-3。因此，地铁发生火灾时如 何有效地控制烟气是人员能否安全疏散和消防救援的必要条件。 由于地铁站台自身的可燃物较少，站台本身发生火灾的可能性很
7、小，因此重点考虑对人员疏散最 为不利的情况下，即列车停靠在站台层时中部车厢发生火灾时，不同楼梯的位置设置及开口朝向方式 对不同防排烟模式的影响进行研究，以寻求不同站台层内楼梯结构所对应的最佳防排烟模式。2. 物理模型 地铁站台层模型采用典型的岛式站台层，在不考虑站厅层的情况下，站台层有效空间为（长宽 高）120m14m4m，单轨道为（长宽高）120m3m4m。站台层设有 4 部直线形楼梯与站厅层 连接，并在楼梯口设置 0.5m 高的挡烟垂壁，楼梯开口连通部位的净空尺寸为（长宽）6m5m，对 4 部楼梯的开口朝向形式及位置设置进行 2 种类型排列。 根据地铁设计规范 （GB-50157-2003
8、）每个防烟分区不宜超过 750m2的要求，采用高度为 0.5m 的挡烟垂壁将站台层均分成 4 个防烟分区。站台层采取传统的防排烟模式，即是站台层排烟，站厅层 送风，形成站台层负压状态。排烟量按建筑面积 1m3/（m2min） ，同时火灾时楼梯口形成不小于 1.5m/s 的向下气流。火灾情况下，一列车乘客和站台上候车的乘客及工作人员 6min 内全部撤离站台4-6。 目前常用的地铁紧急通风模式式有全排风通风模式(all exhausts)和“推挽式”通风模式(push- pull)两种，列车中部发生火灾时情况比较特殊，此时不宜采用推挽式通风模式，因为不论从哪一端送 风，总会使一侧站台(送风的下游
9、方向)烟气浓度较高，造成乘客疏散困难7。全通风模式又分为两端 水平排烟和轨顶垂直排烟 2 种模式。采用两端风机模式时，在站台层两端各设置 2 台排烟风机，共 4 台，每个排烟口面积为 11m2；采用轨顶排烟模式时，每个防烟分区在站台两侧的轨道顶部均匀设置 2 排排烟口，共 8 个，每个排烟口面积为 10.5m2。(a) 楼梯口朝向为“”分布型站台层 (b) 楼梯口朝向为“”分布型站台层(a) 1.6m 水平面(b) 垂直站台层中心面 图 2 360s 时未安装屏蔽门站台层烟气分布图Fig.2 Smoke distribution of the platform layer without PE
10、D at 360s图 3 360s 时站台层烟气分布图 图 4 360s 时站台层温度分布图Fig.3 Smoke distribution of platform layer at 360s Fig.4 Temperature distribution of platform layer at 360s 由图 2-4 可知，火灾发生 360s 时，烟气已在整个站台层扩散蔓延并沉降至地面，近火源处两防烟 分区内烟气浓度、温度较高，烟气平均质量分数为 1.0510-1，远大于 4.6%，对人员危害较大，平均 温度分别为 385K，对人体构成直接烧伤危害。远火源处两防烟分区内烟气较稀，温度较低，烟
11、气平均 质量分数为 3.010-2，平均温度为 315K，人员相对较为安全。在向下气流的作用，楼梯口保持无烟。 而火源轨道顶部烟气浓度、温度相对更高，火源正上方烟气质量分数最高达 6.010-1，最高温度为 900K。4.2 楼梯“”分布型 轨顶垂直排烟模式(a) 1.8m 水平面(b) 垂直站台层中心面 图 5 360s 时未安装屏蔽门站台层烟气分布图Fig.5 Smoke distribution of the platform layer without PED at 360s图 6 360s 时站台层烟气分布图 图 7 360s 时站台层温度分布图Fig.6 Smoke distrib
12、ution of platform layer at 360s Fig.7 Temperature distribution of platform layer at 360s 同样，由图 5-7 可知，火灾发生 360s 时，烟气也扩散至整个站台层并沉降至地面，近火源两防烟 分区内烟气平均质量分数分别为 8.510-2，大于 4.6%，对人员危害较大，平均温度分别为 375K，接 近直接烧伤温度。远火源处两防烟分区内烟气较稀，温度较低，烟气平均质量分数均为 2.010-2，平 均温度均为 310K，人员相对较为安全。在向下气流的作用，楼梯口保持无烟。而火源轨道顶部烟气浓 度、温度相对更高，火
13、源正上方烟气质量分数最高达 5.010-1，最高温度为 880K，容易造成火源附 近排烟风机失效。4.3 楼梯“”分布型 隧道口水平排烟模式 间向两端扩散，和烟气扩散趋势相一致，加速了烟气的扩散，同时在楼梯口附近形成局部高压，使得 烟气只能从楼梯两侧进入远火源防烟分区内；在楼梯“”分布型站台层中，楼梯开口朝向站台 较采用两端水平排烟时降低 19.1%，平均温度为降低 10K；远火源 2 防烟分区平均质量分数较采用两端 水平排烟时降低 33.3%，平均温度 5K；且轨顶温度降低了 20K；在楼梯“”分布型站台层中，“”分布型站台层中降低 22.2%，平均温度为降低 90K；远火源 2 防烟分区平
14、均质量分数较楼 分布型站台层近火源 2 防烟分区平均质量分数较楼梯“”分布型站台层中降低 2.9%，平均温度 了烟气扩散速度，使得大量烟气从隧道口排出，而楼梯“”分布型站台层中降低烟气扩散方向 梯口向下空气扩散趋势相一致，加速了烟气扩散速度，使得大量烟气从隧道口排出，降低了烟气浓度 和温度对人员安全疏散较为有利。 5.4 楼梯呈“”分布，且采用轨顶垂直排烟模式对站台层内火灾烟气的扩散起到了很好的控制 效果。参考文献1 S Simcox, N.S. Wilkes, I.P. Jones. Computer Simulation of the Flow of Hot Gas from the Fi
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