地下交通聯(lián)系通道火災(zāi)排煙控制方案探討

地下交通聯(lián)系通道火災(zāi)排煙控制方案探討

城市地下交通連接渠道（utlt）是連接地下開發(fā)區(qū)和地下市政道路的公共道路。這是一種新的地下交通形式。目前國內(nèi)已建和在建的UTLT項目有北京金融街UTLT、北京奧林匹克公園UTLT、天津開發(fā)區(qū)CBD(中央商務(wù)區(qū))UTLT、上海CBD核心區(qū)UTLT。UTLT具有與多處地下車庫相連接、基本呈環(huán)形、地面出入口較多、出入口坡度大、斷面高度小、車流量大、車速較慢等特點。正常運營時,車庫車行出口的門開通,車庫與通道形成一個統(tǒng)一的整體;火災(zāi)工況下,車庫車行出口的門自動關(guān)閉,不作為人員疏散的通道。因此,火災(zāi)情況下,煙氣只能在環(huán)狀通道內(nèi)流動并經(jīng)由通道與外界的出入口或風井排出,司乘人員只能利用通道與車庫之間的疏散門及通道出入口進行疏散。本研究運用性能化設(shè)計的思想,針對蘇州火車站地下交通聯(lián)系通道工程實際,建議增設(shè)防火卷簾對通道進行物理隔斷,以地面出入口和風井劃分排煙控制區(qū)段,提出不同火災(zāi)位置時的排煙控制方案,采用數(shù)值模擬方法研究公路隧道火災(zāi)時的煙氣流動特性及通風防排煙系統(tǒng)運行模式,對各火災(zāi)場景的煙氣控制方案的排煙效果進行分析。1主副煙道獨立排放由于本通道存在線路較長、交叉路口多、出入口較多且坡度較大等不利排煙因素,煙氣難以從通道出口和風井排煙口排出地面,建議在通道內(nèi)交叉路口增設(shè)防火卷簾門(耐火極限不小于2h)(圖1)?；馂?zāi)情況下通過防火卷簾對通道進行物理隔斷,利用出入口與風井一起將通道分隔為多個排煙控制區(qū)段。遵循“可信最不利”的原則,將每個區(qū)段內(nèi)的火災(zāi)對應(yīng)于同一火災(zāi)場景,每個火災(zāi)場景都采用同樣的排煙控制策略。為了保障人員及車輛的安全疏散,火災(zāi)排煙以順車流方向組織,并盡量縮短煙氣在通道內(nèi)的行程,以減小火災(zāi)的影響范圍,故煙氣排出地面的最佳位置是地面通道出口和風井排煙口?；馂?zāi)場景設(shè)計及煙氣控制方案見表1和圖2~圖7。2計算模型2.1第l種組分的質(zhì)量分數(shù)利用火災(zāi)動力學模擬軟件FDS4.0進行數(shù)值計算,基本方程如下。質(zhì)量守恒方程氣體成分守恒方程動量守恒方程能量守恒方程理想氣體方程式中,ρ為密度(m3/s);u為速度矢量(m/s);Yl為第l種組分的質(zhì)量分數(shù);Dl為第l種組分的質(zhì)量擴散系數(shù)(m2/s);m觶l為單位體積內(nèi)第l種組分質(zhì)量生成速率(kg·m-3·s-1);hl為第l種組分的焓值(kJ);f為除重力外的外力矢量(N);τ為黏滯應(yīng)力張量(N/m);P為壓力(Pa);p0為背景壓力(Pa);T為溫度(K);t為時間(s);R為通用氣體常數(shù)(J·mol-1·K-1);Mi為混合物中第i種成分的物質(zhì)的量(kg/mol);M為混合氣體的平均物質(zhì)的量(kg/mol);qr為輻射熱流向量(W/m2);k為熱傳導(dǎo)系數(shù)(W·m-2·K-1);g為重力加速度(m/s2)。2.2燃燒模擬場景蘇州火車站地下交通聯(lián)系通道截面平均約為7.5m×3.6m,長約2.17km。鑒于通道為小汽車專用,火災(zāi)熱釋放功率為5MW,為平方火,約600s達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。燃燒物表面積為4.5m×1.8m,燃燒物表面距地面0.5m,其水平布置為通道地面中心。為節(jié)省計算時間,對每一火災(zāi)場景進行計算,其模擬長度略大于控制區(qū)段長度。各坐標軸方向上采用均勻網(wǎng)格劃法,空間網(wǎng)格大小為0.6m×0.6m×0.6m。模擬的總?cè)紵龝r間為1800s,時間步長由滿足數(shù)值穩(wěn)定性要求的CFL數(shù)確定。臨界通風風速為2.5m/s,風井排煙量為60m3/s。3出入口煙氣排煙口通風排煙有效性的判定依據(jù)應(yīng)包括:(1)在存在出入口煙囪效應(yīng)、車庫門漏風等情況下,能將火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣從通道出口和風井排煙口排出地面;(2)減小煙氣對疏散的影響,保障人員、車輛安全避難。3.1射流風機縱向通風作用以F-D-G-E段發(fā)生火災(zāi)為例,通過數(shù)值模擬方法分析火災(zāi)場景3的排煙策略的有效性。從起火后5min到30min火源附近的溫度(圖8)和煙氣蔓延3D示意圖(圖9)可看出,車道的東北角F-D-G-E點組成的小環(huán)形區(qū)段內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后,在射流風機的縱向通風作用下,空氣從F點進口進入車道,火災(zāi)煙氣從出口E點排出,煙氣基本上沒有向火源上游蔓延,排煙效果良好。通風帶來了大量的冷空氣,對煙氣進行了冷卻,車道內(nèi)的平均溫度較低。防火卷簾門3和防火卷簾門5的關(guān)閉,阻止了煙氣向C-D段及G-H段的蔓延,減小了火災(zāi)的影響范圍,保證了其他區(qū)域內(nèi)人員的安全。通過對不同區(qū)段內(nèi)典型位置火災(zāi)排煙過程的數(shù)值模擬分析表明,應(yīng)用所提供的排煙組織方案,火災(zāi)發(fā)生后煙氣能沿預(yù)定的路線進行排放,并難以蔓延至起火點上游區(qū)域,在射流風機和風井的聯(lián)合作用下,大量的火災(zāi)煙氣將從豎井的排煙口或者車道的特定出口排出,煙氣得到較好的控制。3.2關(guān)于排水策略對配送安全的擔保分析3.2.1煙氣異常優(yōu)勢通道內(nèi)火災(zāi)危險臨界條件可按以下情況確定。1)減光度達到影響人員行動的極限值,對于地下交通通道這種狹長大空間,可取10m作為人眼特征高度處煙氣危險臨界能見度。2)當溫度≤80℃時人員有生存可能性,溫度>80℃具有潛在危險甚至可能死亡,可用80℃作為人眼特征高度處煙氣危險臨界溫度。3)當煙層界面低于人眼特征高度時,可根據(jù)其中有害燃燒產(chǎn)物的臨界濃度判定是否達到危險狀態(tài),例如當CO濃度達到2.5×10-3時就可對人構(gòu)成嚴重危害。對以上3個臨界條件,取先達到者為通道火災(zāi)危險臨界條件判據(jù),從保守角度出發(fā),取2.0m為人眼特征高度值。3.2.2火災(zāi)情況下的人員疏散通道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后,人員能否安全疏散主要取決于2類時間:(1)火災(zāi)發(fā)展到對人構(gòu)成危險所需時間(即危險時間)TASET;(2)人員疏散到安全場所需要的時間(即疏散時間)TRSET。如果人員能在火災(zāi)達到危險狀態(tài)之前全部疏散到安全區(qū)域,便可認為該環(huán)形車道的防火安全設(shè)計對于火災(zāi)中的人員疏散是安全的。TASET可用火災(zāi)模擬軟件FDS模擬得到,TRSET可由人員疏散模型EVACENT模擬通道火災(zāi)狀態(tài)下的人員疏散過程計算得到。一般來說要經(jīng)過3個時間段:探測時間Tdct、反應(yīng)時間Tresp和行動時間Ttrav。所以,從火災(zāi)發(fā)生到人員全部疏散為止,總的疏散時間為:TRSET=Tdct+Tresp+Ttrav。人員疏散的安全性基本判據(jù)為在通道中每個可能受到火災(zāi)威脅的區(qū)域都應(yīng)滿足式(6)。3.2.3車輛疏散場景trset+ta服通過對環(huán)形通道內(nèi)人員和車輛疏散的模擬計算,結(jié)合FDS對火災(zāi)煙氣蔓延分析,可對不同火災(zāi)場景下可用安全疏散時間TASET與人員和車輛需要的安全疏散時間TRSET進行比較。通過圖10~圖15中不同火災(zāi)場景下TASET與TRSET的比較發(fā)現(xiàn):(1)在火災(zāi)場景1、火災(zāi)場景3、火災(zāi)場景4、火災(zāi)場景6情況下,車輛疏散時間小于可用疏散時間,即TRSET<TASET,能滿足車輛安全疏散要求?；鹪瓷嫌螣煔獾玫搅撕芎玫目刂?人員安全疏散時間小于可用安全疏散時間,即TRSET<TASET,能滿足人員安全疏散的要求;(2)在火災(zāi)場景2情況下,車輛安全疏散時間小于可用安全疏散時間,能滿足車輛安全疏散要求?；馂?zāi)上游由于疏散門口位置人員聚集,存在擁塞現(xiàn)象,導(dǎo)致該位置附近疏散時間較長。但該位置煙氣得到了很好控制,人員安全疏散時間小于可用安全疏散時間,能滿足人員安全疏散的要求;(3)在火災(zāi)場景5情況下,車輛安全疏散時間小于可用安全疏散時間,即TRSET<TASET,能滿足車輛安全疏散要求。火源上游人員疏散距離較長,但由于煙氣得到了很好控制,人員安全疏散時間小于可用安全疏散時間,即TRSET<TASET,能滿足人員安全疏散的要求。分析表明,各火災(zāi)場景下人員和車輛利用現(xiàn)有安全疏散設(shè)施所需要的安全疏散時間均低于可用安全疏散時間,即TRSET<TASET,因此地下環(huán)形通道內(nèi)采用順車流方向的排煙模式能夠滿足火源前方的車輛和火源后方的人員安全疏散要求。4煙氣控制方案1)考慮蘇州火車站地下交通聯(lián)系通道路線較長、交叉路口多、出入口坡度較大,不利于煙氣順車行方向從設(shè)定的通道出口和風井排煙口排出地面等實際情況,建議在通道內(nèi)交叉路口處增設(shè)一定數(shù)量的防火卷簾門。利用防火卷簾門對通道進行隔斷劃分,通過通道出入口與風井一起,將通道分隔為多個排煙控制區(qū)段,提出了不同區(qū)段內(nèi)火災(zāi)的排煙控制方案。2)借助FDS模擬蘇州火車站地下交通聯(lián)系通道火災(zāi)煙氣的蔓延情況,并結(jié)合火災(zāi)發(fā)生時人員和車輛利用通道內(nèi)既有設(shè)施進行疏散的安