廣州某地鐵火災(zāi)煙霧模擬

李思媛　張宏濤　梁　雪

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京　100144)

地鐵是現(xiàn)在都市中人們出行的主要交通工具，絕大多數(shù)的地鐵都位于地下，一旦發(fā)生火災(zāi)，煙氣將迅速蔓延，地鐵站的出口通道比較小，火災(zāi)發(fā)生時這些因素都會成為威脅人生命安全的隱患。因此對地鐵站臺設(shè)置合理的擋煙垂壁方式尤其地重要。

1　工程背景

該地鐵站屬于地下2層結(jié)構(gòu)，站臺的建筑面積比較大，在東、西、南、北四個方向分別設(shè)立地鐵口。在使用FDS軟件建造模型時，站臺層每一個擋煙垂壁各有2個站臺風(fēng)機，總共4臺站臺風(fēng)機；本次模擬需要采集1.68 m高處的溫度、CO濃度以及煙氣層高度這3個參數(shù)。將地鐵站臺層分為3個數(shù)據(jù)采集的區(qū)域，如圖1所示。FDS軟件擁有自行統(tǒng)計的功能，可以自主選出一些參數(shù)的最大(小)值，本文選擇疏散樓梯處的位置作為測量煙氣點。

2　站臺火災(zāi)場景設(shè)置

《地鐵設(shè)計防火規(guī)范》中指出[6]：為了疏散通道里的和作為疏散通道一部分的站廳里的旅客，在疏散前，煙的流動會受到阻礙，有必要配備擋煙垂壁等阻礙煙流動的設(shè)施。本次的文章主要研究擋煙垂壁的存在對于地鐵發(fā)生火災(zāi)時煙氣蔓延的影響。情景一、情景二分別設(shè)置有無擋煙垂壁。通過兩種不同情景的模擬，尋出最佳方案。

3　擋煙垂壁對煙氣流動的影響

3.1　情景一結(jié)果分析

情景一為沒有擋煙垂壁，只是在自然排煙的情景下，關(guān)閉了所有其余的排煙系統(tǒng)，模擬結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可看出，50 s時煙氣已經(jīng)逐步開始向站臺左側(cè)與站廳層擴散，150 s時候煙氣已經(jīng)擴散到站臺最左邊，并且還在不斷地向四周蔓延，站廳層的煙氣流量陡然增大。250 s時，煙氣量還在持續(xù)增加，煙氣基本已經(jīng)充滿了整個站臺層。360 s時，煙氣的濃度持續(xù)增大，整個站廳已完全被充滿。

取模型x，y截面處分析火災(zāi)時，從圖2，圖3中可以看出，在50 s的時候，只有火源附近的區(qū)域溫度較高，站臺其余區(qū)域基本沒有變化，仍然是20 ℃。150 s的時候火源附近的區(qū)域溫度在逐步升高，站臺左邊溫度稍微有點升高。250 s的時候，高溫的區(qū)域不斷擴大，站臺層左邊溫度將近達(dá)到50 ℃。360 s的時候，火源附近溫度仍然在繼續(xù)升高，而其余區(qū)域的溫度變化不大，情景一下各個區(qū)域可用安全疏散的時間見表1。

表1　情景一下各個區(qū)域可用安全疏散的時間

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3.2　情景二情況下的結(jié)果

情景二是加了擋煙垂壁，關(guān)閉其余所有的排煙系統(tǒng)，模擬結(jié)果如圖4～圖6所示。

從圖4中可以看出，50 s時煙氣主要集中于右邊，并且還沒擴散到左邊，只有一小部分的煙氣透過樓梯口傳遞到了站廳層。當(dāng)150 s的時候，煙氣慢慢散布到站臺的左邊，與此同時煙氣也漸漸往下部擴散，站廳層中的煙氣量也開始明顯增多。當(dāng)250 s的時候，站臺層已經(jīng)完全被煙氣充滿，右邊基本已被煙氣充滿。360 s的時候煙氣量持續(xù)加大，站臺層和站廳層也完全被充滿。

從圖5可以看出，50 s時，火源旁邊的環(huán)境溫度相對比較高，站臺右邊的一部分區(qū)域溫度有所升高，左邊的環(huán)境溫度基本沒有變化。150 s的時候，在火源旁的高溫區(qū)域也逐步開始擴大，左邊區(qū)域的溫度有小提升。250 s的時候，高溫區(qū)域持續(xù)不斷擴大，右側(cè)溫度持續(xù)提高。360 s時，火源附近的溫度基本保持穩(wěn)定，其他區(qū)域的溫度稍有增加。CO濃度的變化如圖6所示，情景二各區(qū)域可用安全疏散的時間見表2。

表2　情景二各區(qū)域可用安全疏散的時間

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3.3　情景一二的對比分析

情景一與情景二分別模擬了站臺在自然排煙系統(tǒng)的情況下，有無擋煙垂壁對于地鐵火災(zāi)的內(nèi)部的一些影響，通過FDS軟件建模，對兩種情況進(jìn)行模擬結(jié)果可知：在自然排煙系統(tǒng)的情況下，火災(zāi)剛剛發(fā)生時，擋煙垂壁的存在確實有效的控制了煙氣的擴散，但是隨著時間的增長，火災(zāi)中后期，煙氣量的逐漸加大，并不能阻止煙氣的進(jìn)一步蔓延。安全樓梯口向下的風(fēng)速低于標(biāo)準(zhǔn)值，所以無法控制阻止火災(zāi)情況下產(chǎn)生的煙氣向站廳層的擴散。

4　結(jié)論與建議

1)在自然排煙系統(tǒng)的情況下，火災(zāi)開始時擋煙垂壁的存在還可以有效的控制住煙氣的擴散，但在火災(zāi)中后期，煙氣量也慢慢增多，也不能控制煙氣的擴散。在設(shè)置擋煙垂壁的情況下有效減小了區(qū)域一二的溫度，阻止了CO濃度的不斷提升，最終使得在火災(zāi)情況下，可以延續(xù)人員安全逃離的時間，軟件模擬分析可知：區(qū)域二以及區(qū)域三的人員逃離時間分別延長了將近17%；這與《地鐵設(shè)計防火規(guī)范》中：位于站臺和線路之間的向下垂掛的擋煙垂壁具有防止煙向站臺擴散、阻礙煙流動的效果相符合。

2)在自然排煙系統(tǒng)情況下，火災(zāi)的煙氣蔓延的速度快、范圍廣，站臺層會被火災(zāi)煙氣充滿，各個區(qū)域的可用安全逃離時間都小于規(guī)范所規(guī)定的數(shù)值，由此模擬也可得到，站臺如果僅僅采用自然排煙系統(tǒng)是沒法保障人員在火災(zāi)下可以安全逃離；因此本文建議站臺發(fā)生火災(zāi)時開啟站臺的排煙機，可以有效地控制煙氣的蔓延，大大增加了人員可用安全逃離時間。