地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站火災(zāi)模型實(shí)驗(yàn)研究

林世生

摘要：本文運(yùn)用CFD模擬計(jì)算的方法，對(duì)南方某市地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站的站臺(tái)公共區(qū)火災(zāi)時(shí)，分別對(duì)自然或機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，以及屏蔽門的開啟方式對(duì)排煙效果和樓扶梯處氣流的影響進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：地鐵 補(bǔ)風(fēng) 屏蔽門 站臺(tái)火災(zāi) 樓扶梯

Abstract: in this paper, the CFD simulation method, the southern city subway station platform public area of the standard fire respectively, the natural or mechanical fill the wind, and the platform screen door open means to exhaust effect and the influence of the escalator building in the air.

Key words: the subway platform screen door platform fire up the escalator building

中圖分類號(hào)：U231+.96文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1． 研究的必要性

在地鐵以往的運(yùn)營(yíng)線路中，站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，為盡快排除站臺(tái)的煙氣，將打開一側(cè)全部的屏蔽門，利用區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)及車站隧道風(fēng)機(jī)輔助排煙。再加上恐慌的情緒，較易造成乘客被從開啟的屏蔽門處被擠落至車站隧道因此，為保證乘客疏散安全宜開啟盡量少的屏蔽門，且開啟的屏蔽門應(yīng)盡量遠(yuǎn)離乘客疏散路徑，以保證乘客不會(huì)被擠落至車站隧道。

圖1 站臺(tái)公共區(qū)客流示意圖

另外車站火災(zāi)時(shí)人員的傷亡主要是因吸入高溫、有毒氣體而造成的，為了保障站臺(tái)火災(zāi)時(shí)地鐵站內(nèi)人員的生命安全，由于地鐵站臺(tái)的建筑長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過寬度和高度，特別是對(duì)于地下三層或深埋車站，僅靠出入口進(jìn)行自然補(bǔ)風(fēng)，是否能及時(shí)有效地排出煙氣以及保證樓扶梯口部的風(fēng)速，因此有必要研究一下是否需要向站臺(tái)補(bǔ)充一定的補(bǔ)風(fēng)量。

2． 站臺(tái)排煙模式

我國(guó)南方某城市的地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站公共區(qū)每端設(shè)置一臺(tái)組合式空調(diào)器和回排風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)單獨(dú)設(shè)置。以該市正在進(jìn)行設(shè)計(jì)的五號(hào)線某一標(biāo)準(zhǔn)車站為例，該站排煙風(fēng)機(jī)煙量約85000m3/h。

該線路隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用雙活塞系統(tǒng)，即車站的兩端對(duì)應(yīng)每條隧道各設(shè)置一個(gè)活塞風(fēng)井，車站一端有2個(gè)活塞風(fēng)井。車站每端配置2臺(tái)（共4臺(tái)/站）60m3/s，900Pa隧道風(fēng)機(jī)，每端配置一臺(tái)（共2臺(tái)/站）40m3/s，600Pa的車站隧道風(fēng)機(jī)，變頻運(yùn)行（如圖2）。

圖2 隧道通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，開啟大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)，關(guān)閉站廳排煙風(fēng)管的風(fēng)閥，僅對(duì)站臺(tái)進(jìn)行排煙，同時(shí)開啟火災(zāi)側(cè)全部屏蔽門，開啟兩端各一臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)及車站排熱風(fēng)機(jī)輔助排煙，由出入口自然補(bǔ)風(fēng)。該站沒有專門對(duì)站臺(tái)火災(zāi)設(shè)置機(jī)械補(bǔ)風(fēng)措施，考慮到在站臺(tái)補(bǔ)風(fēng)會(huì)造成樓扶梯口處的風(fēng)速下降，因此研究在站廳利用組合式空調(diào)器進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)的情況。

3． 屏蔽門開啟方案

為保證乘客疏散宜開啟盡量少的屏蔽門，且開啟屏蔽門應(yīng)盡量遠(yuǎn)離乘客疏散路徑。站臺(tái)公共區(qū)兩端屏蔽門端門及站臺(tái)中部附近位于為疏散路徑起始處或乘客疏散路徑上，乘客較少，以進(jìn)行對(duì)比研究。同時(shí)考慮到僅在兩端開啟屏蔽門，不利于站臺(tái)中部煙氣的排除及中部樓扶梯向下氣流的形成，因此，考慮增加開啟中部?jī)缮绕帘伍T方案，進(jìn)行研究。

屏蔽門開啟方案為：a.開啟一側(cè)兩端各一扇滑動(dòng)門；b.開啟一側(cè)兩端各兩扇滑動(dòng)門；c.開啟一側(cè)兩端各三扇滑動(dòng)門；d.開啟一側(cè)兩端各兩扇滑動(dòng)門，同時(shí)開啟中部?jī)缮然瑒?dòng)門；e.開啟一側(cè)全部滑動(dòng)門。

4．模擬計(jì)算分析

本次研究將采用CFD模擬計(jì)算方法，采用美國(guó)商用FLUENT計(jì)算軟件，進(jìn)行三維模擬計(jì)算，以研究分析在站廳自然或機(jī)械補(bǔ)風(fēng)的情況下各種屏蔽門開啟方案的氣流情況。

4.1邊界條件

本次研究采用五號(hào)線某一標(biāo)準(zhǔn)車站型式，車站為地下兩層，站臺(tái)長(zhǎng)度120米，寬度10米，層高4.5米，站廳層高4.6米，設(shè)置三個(gè)出入口，出入口長(zhǎng)度均為26米，分別位于站廳端部。站臺(tái)兩端分別設(shè)置一組樓扶梯，中部設(shè)置一組樓梯。車站隧道兩端分別設(shè)置一條16m2活塞風(fēng)道兼機(jī)械排風(fēng)口，每端排風(fēng)/煙量60m3/s。車站隧道區(qū)域設(shè)置軌頂軌底排煙口，排風(fēng)/煙量40m3/s，軌頂軌底風(fēng)量之比為6：4。大系統(tǒng)排煙量為85000m3/h，補(bǔ)風(fēng)量為40000m3/h，補(bǔ)風(fēng)口位于站廳頂部。

圖3 一端開啟兩扇屏蔽門模擬計(jì)算結(jié)果示意圖

圖4 一端開啟兩扇，中部開啟兩扇屏蔽門模擬計(jì)算結(jié)果示意圖

4.2模擬數(shù)值分析

表1 自然補(bǔ)風(fēng)情況下風(fēng)速匯總表

端部扶梯風(fēng)速范圍(m/s) 中部樓梯風(fēng)速范圍(m/s) 開啟屏蔽門風(fēng)速范圍(m/s)

一端開啟1扇門 0.8~1.3 0.5~1.0 1.3~3.3

一端開啟2扇門 1.1~1.9 0.7~1.2 1.1~2.8

一端開啟3扇門 1.3~2.4 1.3~1.9 0.7~2.4

中部開啟2扇門 1.1~1.8 1.3~2.0 0.7~2.3

一側(cè)全開 1.5~2.3 1.3~1.9 0.2~1.5

表2 機(jī)械補(bǔ)風(fēng)情況下風(fēng)速匯總表

端部扶梯風(fēng)速范圍(m/s) 中部樓梯風(fēng)速范圍(m/s) 開啟屏蔽門風(fēng)速范圍(m/s)

一端開啟1扇門 1.1~1.6 0.9~1.3 1.6~3.6

一端開啟2扇門 1.4~2.3 1.3~1.7 1.4~3.1

一端開啟3扇門 1.6~2.7 1.5~2.2 1.0~2.7

中部開啟2扇門 1.4~2.1 1.6~2.4 1.0~2.6

一側(cè)全開 1.8~2.6 1.7~2.3 0.4~1.8

由表1、2可以看出，自然補(bǔ)風(fēng)情況下，當(dāng)一端只開啟一扇和兩扇屏蔽門時(shí)，端部樓扶梯風(fēng)速范圍為0.8~1.3m/s和1.1~1.9m/s，此處僅能形成平均1.1m/s和1.4m/s的穩(wěn)定向下氣流，無法滿足規(guī)范所要求的1.5m/s的向下氣流；一端開啟三扇屏蔽門時(shí)可形成平均1.8 m/s左右的向下氣流；而其余幾種方式均能形成大于1.5m/s的向下氣流。在機(jī)械補(bǔ)風(fēng)的情況下，風(fēng)速有所提高，除一端只開啟一扇屏蔽門無法滿足規(guī)范所要求的1.5m/s的向下氣流外，其余幾種方式均能滿足規(guī)范要求。

自然補(bǔ)風(fēng)情況下，當(dāng)一端只開啟一扇屏蔽門時(shí)，中部樓梯風(fēng)速范圍為0.5~1.0m/s，此處僅能形成平均0.9m/s的穩(wěn)定向下氣流；一端開啟兩扇屏蔽門時(shí)，樓梯風(fēng)速范圍為0.7~1.2m/s，風(fēng)速同樣有所提高，但一端開啟一扇屏蔽門時(shí)，中部樓梯風(fēng)速也無法滿足規(guī)范要求；一端開啟兩扇屏蔽門時(shí)，中部樓梯恰好可形成1.5m/s的向下氣流。

另外從模擬中得知，無論是自然補(bǔ)風(fēng)還是機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，屏蔽門開啟越少則通過門的最大風(fēng)速越高，而通風(fēng)屏蔽門排風(fēng)量則越少，如自然補(bǔ)風(fēng)情況下，一端開啟一扇門時(shí)，最大風(fēng)速為3.3m/s，排風(fēng)量為21.9m3/s；一側(cè)屏蔽門全開時(shí)，最大風(fēng)速僅為1.5m/s，而排風(fēng)量卻達(dá)到69.8m3/s

圖5 自然補(bǔ)風(fēng)情況下站臺(tái)公共區(qū)單位面積排煙量示意圖

如圖5所示，當(dāng)自然補(bǔ)風(fēng)情況下站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，開啟屏蔽門及隧道風(fēng)機(jī)輔助排煙，均能在站臺(tái)公共區(qū)形成單位面積遠(yuǎn)大于60m3/h.m2 的排煙量。如果僅從單位面積排煙量來看，任意一種屏蔽門開啟方式均能形成較好的排煙效果，但兩端開啟屏蔽門的方式，排風(fēng)主要集中于站臺(tái)兩側(cè)，而站臺(tái)中部風(fēng)速較小，排煙效果不明顯。在當(dāng)一端開啟兩扇屏蔽門時(shí)，如果不進(jìn)行機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，端部樓扶梯風(fēng)速無法滿足規(guī)范要求；而中部開啟屏蔽門及一側(cè)全開的方式，可使整個(gè)站臺(tái)區(qū)域排風(fēng)分面較為均勻，使站臺(tái)各個(gè)區(qū)域都能達(dá)到較好的排煙效果。

5.結(jié)論

根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，只開啟一側(cè)兩端各一扇屏蔽門輔助排煙，由于通風(fēng)面積過小，風(fēng)速過高，排煙量較小，即使站廳進(jìn)行了機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，也無法保證樓扶梯的向下風(fēng)速要求，且排煙效果不理想。兩端各開啟兩扇屏蔽門的方式難以保證兩端扶梯和中部樓梯的向下風(fēng)速，采用開啟一側(cè)兩端各兩扇屏蔽門，中部再開啟兩扇屏蔽門的開啟方式排風(fēng)量較大，即可滿足樓扶梯的向下風(fēng)速要求，又有利于整個(gè)站臺(tái)排煙風(fēng)量的合理分配，不會(huì)產(chǎn)生兩端排煙量較大，中部排煙量較小的狀況，且所開啟屏蔽門均遠(yuǎn)離乘客疏散路徑，是較為理想的屏蔽門開啟方式。在機(jī)械補(bǔ)風(fēng)情況下，可采用開啟一側(cè)兩端各三扇屏蔽門輔助排煙的模式。

下一階段將對(duì)補(bǔ)風(fēng)量做進(jìn)一步的研究，并將增加相關(guān)模式和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，如增加研究全部屏蔽門打開，但只開10cm~20cm的情況下的氣流組織情況。以為今后的地鐵站臺(tái)火災(zāi)的模式設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50157-2003：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003

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