地鐵標準車站火災模型實驗研究——站臺火災

1、地鐵標準車站火災模型實驗研究站臺火災摘要：本文運用CFD模擬計算的方法，對南方某市地鐵標準車站的站臺公共區(qū)火災時，分別對自然或機械補風，以及屏蔽門的開啟方式對排煙效果和樓扶梯處氣流的影響進行研究。關鍵詞：地鐵 補風 屏蔽門 站臺火災 樓扶梯1研究的必要性 在地鐵以往的運營線路中，站臺火災時，為盡快排除站臺的煙氣，將打開一側全部的屏蔽門，利用區(qū)間隧道風機及車站隧道風機輔助排煙。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，且開啟的屏蔽門應盡量遠離乘客疏散路徑，以保證乘客不會被擠落至車站隧道。 圖1 站臺公共區(qū)客流示意圖 另外車站火災

2、時人員的傷亡主要是因吸入高溫、有毒氣體而造成的，為了保障站臺火災時地鐵站內人員的生命安全，由于地鐵站臺的建筑長度遠超過寬度和高度，特別是對于地下三層或深埋車站，僅靠出入口進行自然補風，是否能及時有效地排出煙氣以及保證樓扶梯口部的風速，因此有必要研究一下是否需要向站臺補充一定的補風量。 2站臺排煙模式 我國南方某城市的地鐵標準車站公共區(qū)每端設置一臺組合式空調器和回排風機，排煙風機單獨設置。以該市正在進行設計的五號線某一標準車站為例，該站排煙風機煙量約85000m3/h。 該線路隧道通風系統(tǒng)采用雙活塞系統(tǒng)，即車站的兩端對應每條隧道各設置一個活塞風井，車站一端有2個活塞風井。車站每端配置2臺（共4臺

3、/站）60m3/s，900Pa隧道風機，每端配置一臺（共2臺/站）40m3/s，600Pa的車站隧道風機，變頻運行（如圖2）。 圖2 隧道通風系統(tǒng)示意圖 站臺火災時，開啟大系統(tǒng)排煙風機，關閉站廳排煙風管的風閥，僅對站臺進行排煙，同時開啟火災側全部屏蔽門，開啟兩端各一臺隧道風機及車站排熱風機輔助排煙，由出入口自然補風。該站沒有專門對站臺火災設置機械補風措施，考慮到在站臺補風會造成樓扶梯口處的風速下降，因此研究在站廳利用組合式空調器進行補風的情況。 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，且開啟屏蔽門應盡量遠離乘客疏散路徑。站臺公共區(qū)兩端屏蔽門端門及站臺中部附近位于為疏散路徑起始處或

4、乘客疏散路徑上，乘客較少，以進行對比研究。同時考慮到僅在兩端開啟屏蔽門，不利于站臺中部煙氣的排除及中部樓扶梯向下氣流的形成，因此，考慮增加開啟中部兩扇屏蔽門方案，進行研究。 屏蔽門開啟方案為：a.開啟一側兩端各一扇滑動門；b.開啟一側兩端各兩扇滑動門；c.開啟一側兩端各三扇滑動門；d.開啟一側兩端各兩扇滑動門，同時開啟中部兩扇滑動門；e.開啟一側全部滑動門。 4模擬計算分析 本次研究將采用CFD模擬計算方法，采用美國商用FLUENT計算軟件，進行三維模擬計算，以研究分析在站廳自然或機械補風的情況下各種屏蔽門開啟方案的氣流情況。 4.1邊界條件 本次研究采用五號線某一標準車站型式，車站為地下兩層

5、，站臺長度120米，寬度10米，層高4.5米，站廳層高4.6米，設置三個出入口，出入口長度均為26米，分別位于站廳端部。站臺兩端分別設置一組樓扶梯，中部設置一組樓梯。車站隧道兩端分別設置一條16m2活塞風道兼機械排風口，每端排風/煙量60m3/s。車站隧道區(qū)域設置軌頂軌底排煙口，排風/煙量40m3/s，軌頂軌底風量之比為6：4。大系統(tǒng)排煙量為85000m3/h，補風量為40000m3/h，補風口位于站廳頂部。 圖3 一端開啟兩扇屏蔽門模擬計算結果示意圖 圖4 一端開啟兩扇，中部開啟兩扇屏蔽門模擬計算結果示意圖 4.2模擬數值分析 表1 自然補風情況下風速匯總表 端部扶梯風速范圍(m/s)中部樓

6、梯風速范圍(m/s)開啟屏蔽門風速范圍(m/s)一端開啟1扇門0.81.30.51.01.33.3一端開啟2扇門1.11.90.71.21.12.8一端開啟3扇門1.32.41.31.90.72.4中部開啟2扇門1.11.81.32.00.72.3一側全開1.52.31.31.90.21.5表2 機械補風情況下風速匯總表 端部扶梯風速范圍(m/s)中部樓梯風速范圍(m/s)開啟屏蔽門風速范圍(m/s)一端開啟1扇門1.11.60.91.31.63.6一端開啟2扇門1.42.31.31.71.43.1一端開啟3扇門1.62.71.52.21.02.7中部開啟2扇門1.42.11.62.41.02

7、.6一側全開1.82.61.72.30.41.8由表1、2可以看出，自然補風情況下，當一端只開啟一扇和兩扇屏蔽門時，端部樓扶梯風速范圍為0.81.3m/s和1.11.9m/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。在機械補風的情況下，風速有所提高，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。 自然補風情況下，當一端只開啟一扇屏蔽門時，中部樓梯風速范圍為0.51.0m/s

8、，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，樓梯風速范圍為0.71.2m/s，風速同樣有所提高，但一端開啟一扇屏蔽門時，中部樓梯風速也無法滿足規(guī)范要求；一端開啟兩扇屏蔽門時，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，無論是自然補風還是機械補風，屏蔽門開啟越少則通過門的最大風速越高，而通風屏蔽門排風量則越少，如自然補風情況下，一端開啟一扇門時，最大風速為3.3m/s，排風量為21.9m3/s；一側屏蔽門全開時，最大風速僅為1.5m/s，而排風量卻達到69.8m3/s 圖5 自然補風情況下站臺公共區(qū)單位面積排煙量示意圖 如圖5所示，當自然補風情況下站臺火

9、災時，開啟屏蔽門及隧道風機輔助排煙，均能在站臺公共區(qū)形成單位面積遠大于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，排風主要集中于站臺兩側，而站臺中部風速較小，排煙效果不明顯。在當一端開啟兩扇屏蔽門時，如果不進行機械補風，端部樓扶梯風速無法滿足規(guī)范要求；而中部開啟屏蔽門及一側全開的方式，可使整個站臺區(qū)域排風分面較為均勻，使站臺各個區(qū)域都能達到較好的排煙效果。 5.結論 根據模擬計算結果，站臺火災時，只開啟一側兩端各一扇屏蔽門輔助排煙，由于通風面積過小，風速過高，排煙量較小，即使站廳進行了機械補風，也無法保證樓扶梯的向下風速要求，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速，采用開啟一側兩端各兩扇屏蔽門，中部再開啟兩扇屏蔽門的開啟方式排風量較大，即可滿足樓扶梯的向下風速要求，又有利于整個站臺排煙風量的合理分配，不會產生兩端排煙量較大，中部排煙量較小的狀況，且所開啟屏蔽門均遠離乘客疏散路徑，是較為理想的屏蔽門開啟方式。在機械補風情況下，可采用開啟一側兩端各三扇屏蔽門