淺談SES地鐵環(huán)境模擬計算軟件的應(yīng)用

PAGEPAGE531淺談SES地鐵環(huán)境模擬計算軟件的應(yīng)用摘要本文簡單介紹了SES地鐵環(huán)境模擬計算軟件的特點、使用步驟以及在地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞SEES地鐵鐵環(huán)境模模擬計算算軟件模模擬計算算簡化模模型圖節(jié)節(jié)點圖輸輸入SES地鐵鐵環(huán)境模模擬計算算軟件全全稱SuubwaayEEnviironnmenntSSimuulattionn，是由由美國交交通部開開發(fā)的，用用于設(shè)計計、分析析地鐵通通風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)的工具具，包括括對常規(guī)規(guī)通風(fēng)及及發(fā)生事事故時通風(fēng)的氣流和和溫度的的分析。在國外公路隧道通風(fēng)設(shè)計中，SES模擬計算軟件得到了廣泛的應(yīng)用，并針對多個地鐵系統(tǒng)對SES模擬計算軟件進(jìn)行過調(diào)試，并應(yīng)用在多個地鐵系統(tǒng)中。SES模擬計算軟件的有效性已經(jīng)在模型測試和實際應(yīng)用中得到驗證。SES可以以對具有有多軌道道的地鐵鐵系統(tǒng)，并并有多列列列車在在雙線軌軌道上運運行時進(jìn)進(jìn)行動態(tài)態(tài)模擬。地鐵中列車的運行是造成空氣運動的主要原因，散發(fā)到系統(tǒng)中的總熱量的絕大部分來自列車散發(fā)的熱量。所以確定列車在整個地鐵系統(tǒng)中的位置、速度、加速度對于描述系統(tǒng)內(nèi)空氣流動規(guī)律和熱量散失的地點和比率是很重要的。空氣流動直接或間接地影響乘客的舒適性，是系統(tǒng)中熱量和濕度對流轉(zhuǎn)移的直接原因。環(huán)繞地鐵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、土壤與空氣之間的熱傳遞與空氣溫度之間存在著相互依存性，地鐵的空氣溫度直接影響著周圍土壤的熱交換，地鐵內(nèi)空氣和墻體之間的熱交換率與對流換熱系數(shù)以及空氣和墻體的表面溫差有關(guān)。SES模擬計算軟件可以顯示出整個車站、隧道、通風(fēng)豎井以及風(fēng)機風(fēng)道的氣流速度、溫度和濕度的連續(xù)數(shù)值，可以計算地鐵系統(tǒng)的空氣和周圍結(jié)構(gòu)以及土壤之間長期的熱量交換量，可以對影響地鐵環(huán)境質(zhì)量的空氣動力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行連續(xù)的模擬。SES模擬擬計算軟軟件主要要由以下下幾個部部分組成成：輸入入部分、計計算部分分及輸出出部分。其中輸入部分為主要操作的部分，計算部分根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)開始進(jìn)行計算，最后由輸出部分輸出運算結(jié)果。輸入數(shù)據(jù)的正確與否直接影響計算結(jié)果的正確性，一個參數(shù)的失誤就可能導(dǎo)致最后結(jié)果的錯誤。SES模擬計算軟件的輸入部分很繁雜，輸入數(shù)據(jù)的工作量也很大，而且要保證每一個參數(shù)的正確。當(dāng)開始對一一個新的的地鐵項項目進(jìn)行行環(huán)境模模擬計算算時，首首先要確確定該項項目的環(huán)環(huán)控系統(tǒng)統(tǒng)形式，根根據(jù)當(dāng)?shù)氐氐臍庀笙髼l件確確定是否否采用空空調(diào)，綜綜合各方方面要求求及條件件考慮是是否采用用屏蔽門門等，可可以選擇擇幾個可可行的方方案來進(jìn)進(jìn)行比較較。通過過SESS模擬計計算軟件件對各方方案分別別進(jìn)行計計算，根根據(jù)計算算結(jié)果選選擇最優(yōu)優(yōu)化合理理的方案案。數(shù)據(jù)收集是是進(jìn)行SSES模模擬計算算的前期期準(zhǔn)備工工作。模模擬計算算中需要要收集大大量的基基礎(chǔ)資料料，主要要包括：：地質(zhì)資資料、氣氣象資料料、線路路資料、行行車資料料、客流流資料、車車輛資料料、建筑筑資料、結(jié)結(jié)構(gòu)資料料、車站站和區(qū)間間隧道的各各種設(shè)備備發(fā)熱量量資料以以及各種種計算溫溫度設(shè)計計溫度等等。對收集到到的這些些基礎(chǔ)資資料根據(jù)據(jù)程序需需要進(jìn)行行整理，用于程序輸入。以哈爾濱地地鐵黑龍龍江大學(xué)學(xué)站~清清濱公園園站為例例。這段段地鐵由由四站五五區(qū)間組組成，四四個車站站都是地地下雙層層車站，55個區(qū)間間都是雙雙洞雙線線區(qū)間。根根據(jù)當(dāng)?shù)氐氐臍庀笙髼l件確確定車站站的通風(fēng)風(fēng)系統(tǒng)采采用的是是開閉式式系統(tǒng)，夏夏季采用用開式系系統(tǒng)，冬冬季采用用閉式系系統(tǒng)。大大致的環(huán)環(huán)控系統(tǒng)統(tǒng)確定以以后進(jìn)行行數(shù)據(jù)收收集工作作。在收收集好資資料之后后，開始始簡化模模型的建建立。簡簡化模型型在很大大程度上上簡化所所需提供供的幾何何特征數(shù)數(shù)據(jù)，真真實的反反映實際際的隧道道形式，直直接影響響計算結(jié)結(jié)果的真真實性。所所以說建建立簡化化模型是是模擬計計算中最最基礎(chǔ)最最重要的的一環(huán)，以以后的模模擬計算算都是建建立在簡簡化模型型基礎(chǔ)之之上的。簡簡化模型型應(yīng)該能使使模擬計計算的結(jié)結(jié)果符合合實際，而而且也應(yīng)應(yīng)該盡量量簡化模模擬計算算的過程程。根據(jù)據(jù)線路專專業(yè)提供供的線路路圖，畫畫出哈爾爾濱地鐵鐵簡化模模型圖。簡簡化模型型圖要反反映車站站和區(qū)間間隧道的的形式，車車站部分分要表示示出風(fēng)機機的設(shè)置置情況，隧隧道部分分要表示示出聯(lián)絡(luò)絡(luò)線、渡渡線、折折返線、聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道等情況況。簡化化模型可可以將線線路處理理為平直直的，沒沒有線路路平面圖圖上線路路曲線及及實際線線間距的的變化。見附圖1。簡化模型建建立完成成之后，可以將簡化模型轉(zhuǎn)換為一種單線圖，用來幫助建立幾何模型和理解系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)間之間的關(guān)系，這種單線圖可以稱為節(jié)點圖。在節(jié)點圖中每個區(qū)間由線段表示，區(qū)間之間的交點用節(jié)點表示。每個區(qū)間和節(jié)點都要加以編號以便于軟件識別，區(qū)間和節(jié)點的編號都必須唯一。系統(tǒng)內(nèi)區(qū)間的實際位置與它的編號沒有任何關(guān)系，這些編號僅是為了便于識別，而區(qū)間的實際位置將在幾何參數(shù)中加以描述。根據(jù)哈爾濱地鐵簡化模型圖，繪制哈爾濱地鐵節(jié)點圖，并對節(jié)點圖進(jìn)行編號。可以用不同的形狀來區(qū)分節(jié)點和區(qū)段，例如附圖2中圓圈○代表節(jié)點，方塊□代表區(qū)間，六邊形代表風(fēng)井。其中各節(jié)點、模擬區(qū)段、風(fēng)井風(fēng)道、車站出入口、迂回風(fēng)道、聯(lián)絡(luò)通道等都需要進(jìn)行編號，而且節(jié)點和區(qū)段的編號要各自唯一，不允許重復(fù)，但可以不連續(xù)。節(jié)點圖的編號和程序輸入的編號要一一對應(yīng)，根據(jù)這些編號來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。在收集數(shù)據(jù)據(jù)、繪制制簡化模模型圖和和節(jié)點圖圖這些工工作完成成以后，就要按照節(jié)點和區(qū)段整理模擬計算所需要的數(shù)據(jù)了。模擬計算需要輸入的數(shù)據(jù)大致包括常規(guī)數(shù)據(jù)、線路區(qū)間參數(shù)、通風(fēng)井參數(shù)、風(fēng)機參數(shù)等部分。這些輸入數(shù)據(jù)分為幾種邏輯類型，每一種都有獨立的輸入視窗或面板，在某些情況下，一個視窗的內(nèi)容會顯示在相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入視窗。按照軟件要求分別輸入所需要的各項數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量大，輸入數(shù)據(jù)時要特別注意所輸數(shù)據(jù)的正確性，保證輸入值在允許范圍內(nèi)。當(dāng)輸入值不在允許范圍內(nèi)時程序會發(fā)送錯誤信息報告，而不是自動將數(shù)據(jù)調(diào)整到允許范圍。所有數(shù)據(jù)輸入完成之后，要進(jìn)行檢查，一個參數(shù)的錯誤就有可能導(dǎo)致最后結(jié)果錯誤，使計算結(jié)果不能正確指導(dǎo)設(shè)計。自行檢查數(shù)據(jù)保證數(shù)據(jù)輸入無誤后，開始進(jìn)行模擬計算。首先應(yīng)對程程序進(jìn)行行調(diào)試，讓讓軟件進(jìn)進(jìn)行輸入入校對。SSES模模擬計算算軟件會會對所有有輸入數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行驗證，以以決定是是否根據(jù)據(jù)這些數(shù)數(shù)據(jù)對給給定系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行模模擬。如如果輸入入中不含含致命錯錯誤，并并且非致致命錯誤誤的數(shù)量量少于或或者等于于允許輸輸入錯誤誤設(shè)置的的數(shù)值，模模擬計算算就可以以正常進(jìn)進(jìn)行。SSES模模擬計算算軟件允允許在不不進(jìn)行模模擬計算算的情況況下進(jìn)行行輸入驗驗證，這這樣能夠夠在進(jìn)行行模擬計計算之前前發(fā)現(xiàn)數(shù)數(shù)據(jù)中的的錯誤，及及時進(jìn)行行修改，從從而節(jié)省省模擬計計算所需需的時間間。當(dāng)對對輸入數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行改變后后，要重重新進(jìn)行行輸入驗驗證，當(dāng)當(dāng)模擬計計算過程程最終執(zhí)執(zhí)行，用用戶會得得到輸入入驗證的的結(jié)果和和模擬計計算的結(jié)結(jié)果。最后再對模模擬計算算的結(jié)果果進(jìn)行分分析整理理，決定定該環(huán)控控系統(tǒng)方方案的可可行性?？煽梢赃x擇擇幾個不不同的方方案，逐逐個進(jìn)行行調(diào)試和和計算，對對結(jié)果進(jìn)進(jìn)行比較較，選擇擇最優(yōu)化化的方案案。正常常工況的的計算完完成之后后，可以以修改方方案進(jìn)行行阻塞、火火災(zāi)工況況的模擬擬。以哈爾濱地地鐵黑龍龍江大學(xué)學(xué)站~清清濱公園園站為例例，可以以選擇兩兩個方案案分別對對溫度進(jìn)進(jìn)行計算算，對比比計算結(jié)結(jié)果。方案一一：區(qū)間間隧道不不設(shè)置活活塞風(fēng)道道，只設(shè)設(shè)置迂回回風(fēng)道；；方案二二：區(qū)間間隧道設(shè)設(shè)置活塞塞風(fēng)道。經(jīng)過計計算，區(qū)區(qū)間隧道道不設(shè)置置活塞風(fēng)風(fēng)道只設(shè)設(shè)置迂回回風(fēng)道時時，區(qū)間間隧道內(nèi)內(nèi)的溫度度大部分分超過設(shè)設(shè)計溫度度33℃，說明明區(qū)間隧隧道內(nèi)溫溫度過高高，不能夠夠滿足設(shè)設(shè)計要求求，計算算結(jié)果見見附圖33；區(qū)間間隧道設(shè)設(shè)置活塞塞風(fēng)道時時，區(qū)間間隧道內(nèi)內(nèi)的溫度度基本不不超過設(shè)設(shè)計溫度度33℃，能夠夠滿足設(shè)設(shè)計要求求，計算算結(jié)果見見附圖44。通過過對哈爾爾濱地鐵鐵方案一一和方案案二的模模擬計算算，得出出結(jié)論：：不設(shè)置置活塞風(fēng)風(fēng)道，夏夏季通風(fēng)風(fēng)工況時時區(qū)間隧隧道內(nèi)的的溫度不不能夠滿足設(shè)設(shè)計要求求，因此此必須設(shè)設(shè)置活塞塞風(fēng)道對對區(qū)間隧隧道進(jìn)行行通風(fēng)來來降低隧隧道內(nèi)的的溫度，使使區(qū)間隧隧道內(nèi)的的溫度滿滿足設(shè)計計要求。SES地鐵鐵環(huán)境模模擬計算算軟件是是一個設(shè)設(shè)計向?qū)?dǎo)工具，廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用于地地鐵運行行和設(shè)計計規(guī)劃，它它對于絕絕大多數(shù)數(shù)地鐵環(huán)環(huán)控方案案的評估估都是一一種有效效的工具具。對同同一地鐵鐵系統(tǒng)可可以選擇擇不同的的環(huán)控方方案分別別進(jìn)行模模擬計算算，對每每個方案案的計算算結(jié)果進(jìn)進(jìn)行比較較分析，從從而選擇擇最合理理最經(jīng)濟濟優(yōu)化的的環(huán)控方方案，節(jié)節(jié)約資金金。對阻阻塞、火火災(zāi)等事事故工況況進(jìn)行模模擬，選選擇有利利于控制制煙氣流流動的方方案，為為人員提提供安全全的疏散散路徑，并并使防火火設(shè)施能能夠順利利運行。SSES模模擬計算算軟件又又為設(shè)計計者提供供了一種種評價通通風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)性能的的分析工工具，在在事故工工況下幫幫助設(shè)計計者選擇擇最安全全的事故故運行模模式。但但是SEES地鐵鐵環(huán)境模模擬計算算軟件只只能對地地鐵系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行一一維模擬擬