地铁火灾研究方法论文

本文采用了理论分析、CFD数值模拟分析等方法对某地铁单层站台发生火灾时的通风排烟系统的各种可能运行模式进行了分析，分析结果表明，不同的模式下通风排烟效果相关很大，同时火灾发生的位置不同，相应的最优通风排烟模式也有所不同。我国的《地下铁道设计规范》提供了站台火灾排烟的基本规范，但具体采用何种通风排烟模式应结合站台和防排烟系统的实际情况分析确定。关键词 地铁站台火灾 排烟通风模式 计算流体力学（CFD）1 引言在地铁营建与运营过程中，地铁火灾是不容忽视的问题。1987年11月18日在伦敦King's Cross 地铁站发生一起大火，造成31人死亡，大量人员伤亡，成为震惊世界的重大火灾事故[1]。由于地铁建筑与外界的联系只有车站的出入口，而且站台和车厢内人员密集，一旦发生火灾危害极大。所以，虽然地铁火灾的发生是一个小概率事件，但必须引起人们的重视，并在地铁系统设计阶段就给予充分的考虑。地下铁道火灾事故通常可以分为两种情况：车站火灾和区间隧道火灾；当列车在隧道发生火灾时应力争将列车开至临近车站疏散乘客，此时可按照车站站台火灾工况进行处理。一旦发生火灾不同的特点，应制定防排烟系统相应的优化运行模式。本文将以某一实际工程的地铁列车发生火灾集靠在单层站台作为研究对象，利用理论分析和CFD的数值模拟分析等方法探讨最优的通风排烟模式。自1974年计算流体力学（Computational Fluid Dynamics: CFD）如用于通风空调领域拟分析以来，CFD技术越来越多地应用于指导空调通风建筑的气流场和温度场院的设计及分析。利用CFD技术，通过计算机求解流体流动所遵循的控制方程，可以获得流体流动区域内的流速、温度、组分浓度等物理量的详细分布情况，从而指导和优化设计。本次模拟采用的是由清华大学建筑环境与设备研究所开发的通风三维流动、传热与燃烧的数值模拟软件STACH-3，其曾应用于地铁隧道区间的火灾模拟分析，其模拟结果在火源附近以外的区域均与实测结果有较好的吻合[2]。 2 研究对象物理模型 站台土建结构 研究对象为一单层侧式站台，有效空间中长120m，宽，高，其断面示意图如图1所示。站台有四个出入口。 图1 站台断面示意图 站台通风系统 本站台利用机械通风来保持站台合适温度，带走负荷。正常环控工况下，站台两端上方各设1台轴流风机（可反转）向站台送风，如图2的示；同时各设有1台轴流风机负责从站台地板下空间抽取排风，形成了站台端部集中送风、站台地板下空间作为回/排风道，均匀排风的站送、站排的通风形式。每台风机风量为60m3/s左右，全压1000Pa。 图2 站台正常工况通风系统示意图（平面图） 当站台发生火灾时，将利用正常工况下的集中送风口作为集中排烟风口使用，由车站进出口时风。此时，通过阀门的切换，可以将正常工况下的回风机与送风机并联运行，通过原集中送风口将站台的烟气及时排向地面。邻近站台的通风系统与此站台一致。 火源强度设定 火灾强度的合理设定一直是地铁火灾工况模拟分析中的难点。目前由于权威的实测数据，所以在本次模拟计算中参考了国内其他地铁设计采用的火灾强度，为。 3 可能的通风模式 站台发生火灾时主要依靠的是布置在站台两端的正常工况下的集中送风口进行排烟，由于排烟口的集中布置，不同的风机运行模式对通风排烟的效果相差很大，而且列车发生火灾位置不同也会有很大的影响。因此需要针对不同的火灾发生位置，研究如何合理调动站台的四台风机，以保证有最大的安全区和安全疏散通道，让乘客和工作人员安全撤离火灾现场。利用CFD软件模拟火灾发生时的气流场和温度场，为研究和分析合理的风机运行模式提供了有利的手段。 按照我国的《地下铁道设计规范》[3]基本要求，考虑列车两种位置（列车头部、中部）发生火灾的情况，分别制定了站台防排烟系统的可能运行模式，如表1所示。在这些运行模式中，只考虑邻近区间或者站台的风机联合工作，其他区间或者站台风机运行工况影响较小，可以不予考虑。图3为模拟站台列车火灾采用的物理模型。4 分析与讨论 对于站台火灾问题，选取最佳的通风方式首先应该满足两个基本原则，1）从进出口来的风要保证一定的速度，以有效压制烟气的扩散，保证人员撤离通道安全。2）尽可能不要让烟过多扩散进入周围隧道，否则这将会为后期周围隧道烟气处理带来麻烦。按照上述的原则，首先对上述两种火灾工况下的各种模式进行比选。对于火灾工况1，模式和模式都由于邻近的区间或站台排风机的作用，使得从出入口进来的新鲜气流迅速被隧道带走，同时也将带走大量的烟气，虽然进出口风速很大，排烟效果却不好。对于模式和模式，后者从出入口和隧道的来流风速大约是前者的2倍，而且在模式中出入口平均风速达到，更加安全。 图4和图5比较了模式和模式的三维温度场在站台人头部水平高度的断面的分布情况，从图中可知，由于隧道主要靠在站台两端的风口排烟，而且火源在列车中部，所以在站台中央温度高，聚集了大量的热量和烟气。相反，在出入口到站台两侧，新鲜气流较多，相对来说是比较安全的区域。对比模式和模式，可知模式由于从进出口来流风量不够，不能有效带走聚集于站台中央的热量和烟气，导致在出入口到站台两侧的区间温度和烟气浓度均较高，这样在整个站台的安全区域就几乎没有，给人员的逃生带来极大的危险。而模式由于从进出口的风速比较模式提高了一倍，能较有效带走热量和烟气，能形成较大的安全区域，相对而言更有利于乘客逃生和救生人员开展灭火救灾工作。以上分析说明，对于工况1通风模式是最优的。 对于工况2，模式进出口风速过低，首先舍去。模式，有一定量的烟气扩散到右边隧道，也不可取。比较模式和模式，后者从进出口和左边隧道的来流风速都高于前者，虽然模式会有少量的烟气扩散到右边隧道中，但综合比较模式是更好的方案。 图6和图7比较了模式和模式的三维温度场在站台人头部水平高度的断面的分布。从图中可知，由于火灾发生在列车的头部，所以产生的高温烟气能很快从临近火源的端部风口迅速排出。对于这种送排风系统的地铁站台，列车头部（尾部）发生火灾是比中部的安全区域，而模式的安全区域大于模式，更有利于乘客逃生。以上分析说明，对于工况2通风模式是最优的。 5 结论 综上所述，针对本文研究的单层站台列车火灾问题有以下几点结论： 1） 发生火灾事故时候，风机的启停和转动方向均应根据火灾发生的实际情况来确定，不同的通风方式，其效果可能相差很大。利用CFD的模拟分析软件，可以直观有效地判断通风方式的优劣。 2） 如果列车中部发生火灾，建议采取模式的通风方式，即站台两端的四台风机均作排风使用。 3）如果列车头部发生火灾，建议采取上述所述的模式，即靠近火灾一侧开启两台排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台邻近火灾的区间风机或者站台风机排风。 本实例选取的是偏大的火灾强度，是偏安全的设计。由于火灾强度直接影响模拟分析结果，同时影响通风模式的选取，从而影响系统的经济性，所以确定作为设计标准的符合实际情况的列车火灾强度是亟待研究的问题。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

一、引言 韩国大邱地铁火灾发生后当地消防部门立即调集出动6个消防署（各有1个救助队）、42个消防派出所（相当于我们的中队）、900多名消防员、66部消防车辆；同时，当地的警察、驻军、煤气、电力、自来水、医疗等部门和民间救助团体2000余人也参与了救援行动，整个现场的各种救援力量总计达到3200余人。如此多的救援人员依然没能换回被困者的生命，除了感叹大火的无情，我们还应清楚地认识到面对地铁灾害，常规的救人行动并不能起到良好的效果。 二、大邱地铁火灾灭火救援行动的失误 （一） 救援过程中，由于停电机械正压送风排烟无法运行，造成大量烟雾滞留站内，给人员的疏散和救援带来困难。（二） 救援人员自身防护装备和救援装备能力低，虽然配有供救援人员和被救者同时使用的双面罩呼吸器，但有限的气瓶容量和数量无法满足救援人员在火灾现场救援任务的需要，更谈不上对被救人员实施防护。（三） 未建立移动充气站，气瓶用完后无法及时充气，影响了救援工作的连续性，阻碍了现场救援行动。（四） 救援行动中虽然投入了大量人力，但是多数人员没有配备必要的防护器材，更多的人根本无法进入灾害现场实施救援。三、如何实施快速有序的灾害现场救人行动 吸取大邱地铁火灾灭火救援行动的经验教训，在处置类似灾害事故的过程中，为实现快速有序的灾害现场救人行动，应做好相应的准备。（一） 战斗准备1、 集中移动送风排烟装备于火灾现场。在保证地铁站内送排风系统正常工作的前提下，尽可能多的调集移动式送风排烟装备到达灾害处置现场，加大送风排烟力量。利用大功率排烟车在地铁站站台两端入口处分别实施正压送风和负压排烟，人为控制烟气流向，建立救生通道，确保救生通道内无烟气侵害，保证施救与被救人员的安全。2、 加强个人防护。为保证救援人员在实施灭火救援过程中的自身安全，进入地铁内部的人员必须加强个人防护，佩带好呼吸器，根据所在地战斗区域的不同，按要求穿着普通消防战斗服、隔热服、避火服等。由于地铁灾害事故的处置过程时间长，体力消耗大，呼吸器应选择能够提供长时间呼吸保障的4小时自循环氧气呼吸器或2小时空气呼吸器。3、 保障气源供应，在发生地铁火灾事故后，调集灭火救援力量的同时，应调集移动式充气站到达灭火救援现场，保证参战人员的气源供应。同时组织气瓶输送队，向前沿运送气瓶。现场气瓶宜集中放置于阴凉处，避免高温曝晒，以保证气源凉爽舒适。4、 组成战斗小组。为保证战斗展开迅速，组织有序，协调配合，出动途中要对参战力量实施任务分组，各组人员分别携带专业器材实施救援行动。（1） 火情侦察组：携带热像仪、生命探测仪深入地铁站内部，查明火热发展状况、确定火灾蔓延方向、被困人员数量，确定进攻路线。（2） 照明通讯组：携带工作灯、强光照明灯进入地铁灾害现场内部，沿途铺设泄漏通讯电缆、发光救生导向绳、疏散指示标志、架设照明灯组，保障内攻人员通讯畅通以及救援工作的照明引导。（3） 火场排烟组：利用大功率排烟车和移动式排烟机通过正压送风和负压排烟等手段驱散疏散路线内的烟气积聚，排出站内有害烟气。（4） 人员救助组：携带双面罩呼吸器、简易防烟面罩、救生担架、躯体固定气囊等救生设备，进入地铁内部，对被困人员实施防护、救援。（5） 工程破拆组：携带便携式破拆工具，进入地铁内部，对灭火救援过程中可能影响战斗行动的阻碍物实施破拆。（6） 灭火强攻组：占领站内消火栓，出水掩护救援行动，待灭火时机成熟时，全力扑灭火势。（二） 战斗行动1、 设置救援中转平台。由于地铁系统内建筑结构复杂、疏散距离长、被困人员多、救援人员数量有限，为减少救援人员体力消耗，避免长距离负重作业，同时便于现场救援指挥，首先应在地铁站内部未受火灾威胁的部位（如站厅层）建立救援中转平台，中转平台应与人员的疏散通道连接，通过大功率排烟车正压送风阻止烟气进入，利用移动式排烟机、开花水枪出雾状水驱散、稀释该区域烟气，并将该区域与着火部位隔离，使救援中转站到疏散通道出口处区域达到无烟害或少烟量状态，站内被困群众由救援人员救出到达中转站，已脱离危险区域，可以自行或由医疗急救部门、公安人员协且沿疏散通道撤离地面。在中转平台要设立简易防烟面罩供应站，为被救人员和非消防战斗人员提供安全保障。2、 建立前沿指挥部。在救援中转站建立前沿指挥部，负责统一指挥灭火救援行动。前沿指挥部应保障与地面指挥及各救援小组的通讯联络，根据火灾发展状况随时调整战斗部署。3、 保证电动扶梯正常行动。在未受到火势威胁或在加强保护的情况下，救援期间站内电动扶梯要保持正常运行，在此条件下，救援人员应尽量利用电动扶梯进行被救人员的运送，以减少疏散时间及救援人员体力消耗。4、 稳定被困人员情绪。地铁站内大量被困人员在火势和烟气的威胁下心理极度恐慌，无法正确识别疏散方向。救援人员进入现场后应利用多种途径进行现场广播，稳定被困群众情绪，防止因惊慌而迷失方向，造成更大的伤亡。具体方法为：①利用站内广播室广播系统喊话；②利用录音机播放喊话录音；③利用救援人员随身携带的便携式扩音装置喊话，选择喊话方式应根据灾害现场情况确定。如站内广播室未受到火势侵害的情况下，应以站内广播系统喊话为主。5、 引导疏散。地铁火灾现场烟气积聚、能见度极低，内部常用的疏散照明指示灯或标志在这种情况下所起到的指示作用极为有限，站内被困人员虽然以对地铁环境熟悉的普通乘客居多，但在这种状况下，不依靠专业人员帮助，难以自行安全疏散。因此，救援人员进入现场后应对被困群众实施有组织的疏散。因此，救援人员携带工作灯、强光照明灯进入灾害现场内部，沿疏散通道铺设发光救生引导线，放置自蓄灯及吸附式发光导向指示标志，并利用地面照明车引入移动照明灯，同时，在可能引起迷路的重点部位派专人留守，指引疏散群众沿正确路线撤离。6、 人员救助。地铁火灾现场被困人员多，且受火势及烟气危害，多伴有中毒昏迷、神志不清、烧伤、挤压创伤等症状，人员救助任务重。因此，在救援中应坚持科学施救、加强防护，同时携带一定数量的简易防烟面罩，将人员伤亡控制在最小范围。具体方法为：①对有行动能力的群众可以由救助人员指引自行沿疏散通道撤离；②对由于挤压践踏造成轻伤的被困人员可以由救援人员搀扶至中转平台，经简单处置后再转交医疗急救部门；③对于已处于昏迷状态或重伤无法移动的危重伤员，必须使用躯体固定担架运送。对人员实施救助过程中，救助人员应当为被救人员提供必要的装备。如使用双面罩空气呼吸器的附属面罩或身携带的简易防烟面罩。使用双面罩空气呼吸器为被救人员实施防护时应注意气瓶内剩余气量，应首先保证救援人员自身防护。7、 搜索破拆。为保证所有被困人员都能够得到及时救助，应当坚持搜索救人贯穿灭火救援全过程，彻底搜索每个角落，对可能存在被困人员但难以进入的部位，利用破拆器材对障碍物实施破拆，破拆器材的选择应根据地铁救援现场的复杂地形，可采用不需液压管和外接电缆作动力源的液压破拆器具、双轮异向切割器、无齿锯等实施破拆。 ================================= 地铁是目前世界上能够有效解决大中型城市人们出行最为便捷、经济和高效的一种交通工具。一个举办奥运会的城市如何在奥运会举办前后的一个月的时间内组织好数倍甚至数十倍人流的交通，最可依赖的交通工具恐怕还是地铁（轨道交通），这可以从上两届奥运会举办城市赛时交通流量的统计中得到证实。记者手中的一份资料表明，悉尼奥运会时地铁承担了交通流量的75％，雅典是55％。 为了应对2008年北京奥运会举办期间迅速增加的城市交通流量，保证市民与来自世界各地的奥运观众的正常出行，北京地铁将新增两条通往奥运场馆的支线和一条机场线路。地铁同样要在北京奥运会时成为这座城市的最主要交通工具。于是，确保地铁的安全运行很早的就被相关部门提上了工作日程。“地铁灾害虚拟现实和北京地铁控制中心防灾决策系统”研究就在这样的背景下开展起来，该课题由北京轨道交通建设管理有限公司主持。 记者日前采访了该课题参研单位之一北京宽带减灾系统有限公司的董事长于鸣平。 采访是在沉重的话题中开始的，于鸣平说，近年来，世界各国的地铁事故时有发生：1987年英国伦敦地铁发生大火，31人死亡，大量人员受伤；1995年日本地铁的毒气事件，12人死亡，数千人受伤。而2003年韩国大邱发生的地铁纵火案伤亡最为惨重，造成数百人伤亡，震惊世界。在这次事故里，人们发现很奇怪的一点是，在站台一张桌子的周围死了很多人。经过专家分析，原来在火灾发生时，浓烈的烟雾使地铁里漆黑一团，在人正常的视野高度根本看不见对面。慌乱的人群失去辨别自身周边情况的能力，于是一张桌子就成了大家逃生路线上的障碍物，以至于很多人始终在围着桌子跑，最终被烟气熏死。 于鸣平说，韩国地铁的这次事故给他们的震动很大，加之2008年奥运会也日益临近，北京现正在大修地铁，于是他们觉得需要专门研究地铁灾害的发生、发展情况及其应对决策。虽然地铁事故有爆炸、人为纵火、毒气等不同情况，但最终大都有个烟气扩散的过程。而一场事故中导致丧亡最多的不是爆炸或火灾本身，而是烟气扩散造成的窒息，所以课题组就把火灾作为集中研究的对象。 研究开始了，他们对地铁这种特殊地下建筑与交通工具进行了详尽的分析，发现人员密度大，人流量多是其最为显著的特征。这就是地铁一旦发生火灾等灾害，与在地面建筑发生同样事故相比，其状况要更加难以控制，后果会严重很多。 与地面建筑相比，地铁火灾有4个特点：发烟量大；排烟排热差；人员疏散困难；火情探测和扑救困难。当火灾发生时，火灾的烟气如何传播，是否要启动排烟风机，是排风还是送风等，这都需要首先对火灾的发展情况有准确而细致的预测，从而及时作出决策。如果不恰当地运行风机，就有可能反而会将烟气快速传播到人们的逃生路径上，从而严重阻碍灾害现场的人员疏散和救护指挥工作。 同时，地铁里发生火灾的位置是随机的，着火的情况也各不相同，这就需要通过大量的火灾案例分析制订出各种火灾情况下的应对措施。另一方面，尽管火灾演习是提高公众火灾安全意识、人员疏散和火灾扑救水平的有效措施，但进行火灾演习的条件有限，难以进行现场仿真，因此，仅靠演习来积累经验显然是不可能的。 鉴于上述这些情况，地铁防灾预案的关键是能够尽可能了解灾害发生时所产生的情况，如烟气是如何传播的，不同排烟风机运行方案对烟气的传播有何影响，对人群的疏散有何影响等。这就需要有一套地铁火灾虚拟现实仿真系统，能够真实再现火灾发生时烟气传播情况，从而通过大量火灾工况的分析和虚拟演习，制订出不同火灾时的应急预案，训练运行和消防人员，及时修正决策系统，为火灾扑灭和人员疏散指挥打下坚实基础。 因此，该项目将主要研究方向首先对在地铁中可能出现的火灾、有害气体、浓烟等灾害的现场调查分析，建立符合地铁火灾仿真要求的火灾烟气传播模型。对不同位置和类型的火灾进行模拟，分析不同的排风方案下烟气的传播规律。最后是建立人员疏散模型，对不同火灾和排烟方案下的疏散效果进行评估，从而制订出合理的火灾应急预案。 于鸣平告诉记者，今年初他们曾利用一个与该项目类似的虚拟系统，帮助有关部门在军事博物馆地铁站进行了一次火灾的实战演习。在演习前，他们首先在系统中进行仿真演练，结果就发现了原应急预案中的漏洞：预案中对不同类型和具有不同功能的救援车在地铁口附近的停放没有具体的安排，这在实际中就会造成混乱，导致地铁站附近的路面发生交通堵塞，同时由于停靠位置的不当，各类救援车不能发挥出最大的功能。通过虚拟现实，指挥中心及时发现了问题并修改了应急预案，从而使实战演习得以顺利的进行。 此外，该项目技术上的一大难点是利用计算机3D技术直观的表现出灾害发生现场效果，在虚拟现实仿真平台上进行火灾扑灭和人员疏散演习。因为火灾的发生发展是一个复杂过程，牵涉到各个方面，反映到计算机系统，就是大量不同背景体系下的数据。而要把这些数据都放进一个系统中去，在同一个平台表现出来，这是对课题组运用虚拟现实技术水平的很大挑战。 北京市轨道交通建设管理有限公司的高级工程师、项目总负责人高汉臣告诉记者，该项目自2004年启动以来，目前已经完成了地铁灾害虚拟现实这一块的研究工作。在地铁火灾虚拟现实仿真平台技术方面，它填补了国内空白，并在国际上也处于领先水平。下一步，他们将研究怎样根据现有的结果来建立科学的决策系统。 高汉臣认为，这个项目具有很强的现实意义，最终的目的在于培训和使用。要利用它来对所有的地铁工作人员及其他相关人员进行培训，在地铁控制指挥中心作为辅助分析的工具。