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1、地铁区间隧道火灾事故通风排烟研究分析学 生：田靖学 号：20xxxxxx指导教师：肖益民 专 业：供暖、通风与燃气重庆大学城市建设与环境工程学院二O一二年一月地铁区间隧道火灾事故通风排烟研究分析地铁区间隧道火灾事故通风排烟研究分析5地铁区间隧道火灾事故通风排烟研究分析摘要 本文介绍了地铁区间隧道内烟气的流动控制,以及区间隧道火灾常见的几种通风排烟模式,并用FLUENT软件模拟了在地铁列车中部发生火灾时，自然排烟和机械排烟两种情况下烟气和温度的扩散情况，经过对几种不同排烟风速的模拟结果的比较得出：在纵向风速为6.5m/s时，就能有效地抑制烟气回流，并保证烟气下游隧道内的CO体积分数和温度保持在相
2、对安全的范围内，从而有效减少乘客的伤亡。最后阐述了自己在地铁区间隧道火灾事故通风方面的看法。关键词 隧道火灾 事故通风 自然排烟 机械排烟 FLUENT 1引言随着城市化建设的快速发展，地铁已经成为许多城市重要的出行工具。但是由于地铁属于地下建筑，而且客流量大，人员集中，一旦发生火灾将可能会引起非常严重的后果。地铁设计规范(GB 501572003) 制定的疏散原则是要求司机应尽最大可能将列车驶出隧道进入前方站台后进行人员疏散，倘若列车无法驶入前方站台而被迫停靠在漆黑的隧道中，应启动地铁区间隧道通风排烟系统进行排烟,在这种情况下，确定合理的通风模式至关重要。2隧道烟气流动控制隧道火灾的重要特点
3、之一是明显的浮力效应。当发生火灾时，热气流上升，在隧道拱顶附近形成一定厚度的热烟气，由于着火点源源不断产生烟气，隧道顶部热烟气体积迅速扩大，向隧道区间两侧扩散，同时冷空气流从隧道下部向着火点进行补充，火源两侧有对称的循环风流。图1 典型的不通风隧道火灾烟气示意图通风系统强制气流通过隧道以压力气流方向改变热气流的平衡，如果通风的风量充足，则将使所有的热气流流向下风方向，如果风量不足，上层的热气流将相反于压力通风的方向流动，这种现象叫“回流现象”。 是否发生“回流现象”涉及许多因素，包括火灾规模、隧道坡度和几何形状以及通风气流的速度等。是否发生回流现象，主要看通风气流速度是否大于临界风速。所谓的临
4、界风速是指在应急通风情况下，为避免产生回流现象，通风系统在隧道内火灾发生地所应形成的最小排烟风速。图2 机械通风的隧道火灾烟气流动示意图显然隧道内纵向风速越大，越容易将烟气控制在火源的一侧，但纵向风速过大时，不仅带来设备投资的增大，而且加强了气流的紊流程度，使烟气层较早降至路面，隧道断面提前充满烟气。我国地铁设计规范(GB501572003)规定区间断面隧道风速不小于2m/s，但风速也不得大于11m/s。3地铁区间隧道火灾工况通风排烟模式地铁区间隧道的火灾通风排烟模式是非常复杂的，它与列车的停靠位置、人员的疏散方向、火灾发生位置以及区间隧道是否设置联络通道等因素有关。地铁隧道火灾烟气控制和人员
5、安全疏散是地铁火灾事故防控的难点。目前对于区间隧道通常采用“推拉”式通风方式：隧道两端风机同时启动，靠近火灾一端送风，另一端排烟，引导人员迎着新风疏散。但对于中部着火列车停留在隧道中部这种最不利于人员疏散的情况，单纯采用“推拉”式通风不能满足人员安全疏散的要求，因事故风机启动后下风向烟气扩散速度远超过乘客步行疏散的速度，下风向乘客有可能被火灾烟气吞没。现就这种最危险的火灾场景，即：中部着火的列车停留在隧道中部，在这种情况下，根据隧道的结构会有不同的通风排烟和人员疏散方式，具体分析如图3。图3 不同类型隧道的通风排烟及人员疏散方式3.1设有隔墙的单洞双线隧道这类隧道火灾的通风方式如图3中1)所示
6、，其火灾事故通风方式是：后方车站启动风机送风，前方车站进行排烟，因开启了火源下方的卷帘门，为防止烟气蔓延至相邻行车道，则相邻的车道两端车站应通风加压。对于车上的乘客，火源上游的乘客自然迎新风疏散，对于火源下游的乘客由于无法跨越火源，只能以最快速度，顺烟疏散至卷帘门处，从另一车道进行疏散。3.2没有隔墙的单洞双线隧道如图3中2)所示，这种形式隧道，对于着火列车停留在隧道中部，则隧道两端车站同时送风，中间风井排烟，这样。列车两端的乘客都可以迎风分别疏散至前方和后方车站。对于这种形式的隧道，人员安全疏散相对容易。3.3设有一个联络通道的单洞单线隧道如图3中3)所示，着火列车停留在隧道中部时，可利用相
7、邻隧道排烟，事故隧道疏散。即：事故隧道两端车站向隧道送风，列车两端乘客迎风分别疏散至前方和后方车站，相邻隧道前方车站送风，后方车站排烟，在联络通道处形成负压，使得事故隧道烟气由联络通道进入相邻隧道，进而从后方车站排出。3.4设有两个联络通道的单洞单线隧道如图3中4)所示，在这种情况下，由事故隧道后方车站送风，前方车站排烟，火源下游的卷帘门开启，方便乘客从联络通道疏散至相邻安全隧道，同时为避免烟气通过联络通道进入相邻隧道，相邻隧道两端车站均向隧道通风加压。可以看出，对于火源下游的乘客，其疏散成功的关键就是时间。4基于FLUENT软件的地铁区间隧道火灾数值模拟我在肖老师的指导下，针对中部着火列车停
8、留在隧道中部这种最不利于人员疏散的情况，以重庆市地铁三号线车辆外形及隧道尺寸建立模型，利用CFD方法进行了具体的数值模拟分析，得出了该模式下的最佳烟控送风速度。利用FLUENT软件对在区间隧道内的列车中部发生强度为10MW火灾时，自然排烟和机械排烟两种模式下隧道内烟气和温度的变化，以及对乘客安全疏散的影响。通过对自然排烟和机械排烟风速为2m/s、4m/s、6m/s、6.5m/s情况下隧道内烟气和温度的模拟结果进行分析可得出以下结论：（1）自然排烟情况下，强度为10MW的火灾产生的烟气迅速扩散至整个隧道，并能很快达到对人的生命构成威胁的浓度。火灾散发的热量通过高温烟气向外传递，同样对人的生命构成
9、严重的威胁。所以，在自然排烟的情况下，列车上的乘客很难安全撤离到安全区域。这样就会造成对人们的生命和国家的财产造成重大损失火灾事故。（2）通过对机械排烟风速为2m/s、4m/s、6m/s、6.5m/s情况下隧道内烟气和温度的模拟结果进行分析比较可知，在机械排烟风速为2m/s、4m/s、6m/s时，虽能抑制烟气回流，给火灾烟气上游的乘客提供充足的逃生环境和逃生时间，但是火灾烟气下游的乘客可能就会被高温的烟气灼伤和CO有毒气体熏倒，对火灾烟气下游乘客的生命造成威胁。对于机械排烟风速为6.5m/s的情况，即有效控制了烟气的回流，保证了火灾烟气上游乘客的安全疏散，又减少了火灾烟气下游的乘客受高温烟气和
10、CO有毒气体直接危害的程度，减少不必要的伤亡。（3）在10MW火灾强度下，隧道通风对于降低温度有较明显的作用，但是对于降低烟气中CO的浓度以及烟气毒性作用不大，人员疏散过程中150s240s时危险性最大，所以乘客应充分利用前150s的疏散时间，同时隧道内部应及时采取消防栓灭火等必要的消防措施。5自己的观点这学期基于“流体网络分析”这门课，我查阅了很多地铁区间隧道火灾事故通风相关的资料和文献，现结合自己的观点阐述如下：（1）虽然目前，国内外已有很多人对地铁隧道火灾烟气的流动与控制作了大量的研究，然而迄今，针对地铁区间隧道火灾通风排烟模式进行深入研究的文献不是很多。（2）若火灾发生在客车的中部，起
11、火处前部车厢的乘客将向前方车站疏散，起火处后部车厢乘客将向后方车站疏散。现在地铁隧道采用的通风和排烟共用一个系统的方式，势必造成烟气在排入风道前与疏散逃生人员均同处隧道内，这种通风排烟方式既不科学合理也不安全有效，无法从根本上保证隧道内避难人员的安全疏散，因此没有彻底解决地铁隧道的通风排烟问题。（3）目前对于地铁区间隧道火灾处理对策通常是希望能够尽量将列车驶到下一个车站，这也就必然存在列车携带火源行进的问题。当列车在行进中时，壁面周围气流的相对流速是较高的，这样的气流会给火灾提供氧气，对着火物的燃烧起到助燃作用，使得本来的阴燃转变为明火，小火转变为大火。因而希望能够确定一个火灾发生时列车运行的
12、安全速度，在以此速度运行的情况下既可以及时行驶到前方车站，同时又不会引起火灾的扩大。（4）很多火灾的资料都表明，风速对火灾具有很大的影响，风速对于火势的影响程度主要取决于可燃物的材料，由于地铁火灾的燃烧物具有很大的随机性，对于地铁火灾中的燃烧物及其耗氧量的确定是比较困难的。而且由于燃烧状况的差异和热解速率的不同，无明火情况下氧气的消耗速率与明火情况下相差很大。但是对于无明火情况下的消耗速率和生成速率目前尚未有足够的测量数据。因而很难定量的确定风速对火灾火势的影响。6结语由于这学期我跟着导师做的任务主要是地铁区间隧道火灾模拟，因此这篇论文重点讨论的是地铁区间隧道火灾通风模式，对于区间隧道正常和阻
13、塞两种工况的运行通风、车站隧道通风系统、车站公共区通风空调系统、车站设备管理房通风空调系统几种情况均未做出分析和讨论。在以后的工作和学习中会继续以“流体网络分析”这门课为基础，进一步做好地铁通风排烟工况的的模拟，为中国地铁的发展贡献自己的一份微薄之力!地铁区间隧道火灾事故通风排烟研究分析参 考 文 献1 北京城建设计研究总院.GB 501572003地铁设计规范.北京：中国计划出版社20032 黎强，刘清辉，张慧，连晨舟，占丽萍，吕子安.火灾烟气中有毒气体的体积分数与危害J.自然灾害学报.2003,12(3):69-703 陈鼎榕.地铁火灾事故下的安全疏散.地铁与轻轨.2002,(2) :49 504 史聪灵，钟茂华，涂泰然，何理.深埋地铁车站火灾实验与数值分析M.北京：中国科学出版社，20095 郑志敏，赵相相，周孝清.利用地铁区间隧道间联络通道排烟的可行性研究J.暖通空调，2005,35(8) :545843
