地铁站台防排烟设计方案探讨

●李晓明

(阿里地区消防支队,西藏阿里 859000)

0 引言

随着城市现代化的发展,地铁在城市中的重要作用越来越突出,越来越多的城市都在拟定地铁发展规划,继续扩大和兴建地铁。对地铁运行和管理而言,消防安全是首要的,这是由地下建筑的特点及地铁火灾的特点所决定的[1]。地铁是人流比较集中的地方,火灾时不仅具有地下建筑火灾的排热排烟差、烟量大,人员疏散、扑救困难等特点,而且由于它与外界的联系主要为出入口,发生火灾时,人员的逃生方向和烟气的扩散方向一致,人员的出入口可能就是排烟口。所以地铁火灾中烟气的控制是一个非常重要的课题。

1 火灾模拟条件与参数

依据地铁设计规范关于车站建筑的规定,以北京地铁典型站双层岛式站台为研究对象,搭建站台层的物理模型,站台长 80m,宽 18m,高 6m,站台东西两侧各有一人行楼梯通过人行通道与外界相连,站台东、西部区域各有一台站台风机,南北轨道两侧各有一台事故通风风机。发热量为 5MW[2],站内平均温度为 20℃[3],地铁站台风机风量为 9.0×104m3·h-1(依据《建筑设计防火规范》9.4.5款的规定,担负 2个及 2个以上防烟分区计算所得最小风机风量),地铁站台隧道处事故风机风量为 4.5×104m3·h-1(依据建筑设计防火规范 9.4.5款的规定,担负 1个防烟分区计算所得最小风机风量)。

边界条件假设为：假设站台处连通层楼梯至外界出入口处为压力边界,连通走廊末端楼梯为压力边界,其余部分均为密闭,无泄漏的情况,忽略隧道口风速,火灾模拟时间为 6min[3]。搭建模型如图 1。

图1 地铁站台模型(俯视图)

2 火灾数值模拟分析

本文研究的站台火灾的发生点假设在列车右端,如图 2中所示(左部类似,略去讨论),依次进行一系列模拟。

图2 车站模型图

主要研究的通风排烟方式有：A、C、E、F风机排烟;A、C、E风机排烟,D风机送风;A、E、F风机排烟,C风机送风;风机全部排烟。

2.1 A、C、E、F风机排烟

“A、C、E、F风机排烟”通风方式是指火灾发生时地铁站台东头机械通风系统改送风为排烟,风机风量为 9.0×104m3·h-1;起火列车上方两台事故风机及站台南侧东头事故风机排烟,每台风机风量为4.5×104m3·h-1。模拟结果见图 3～8。

图3 火场烟气分布图 60s

图4 火场烟气分布图 180s

图5 火场截面温度分布图 60s

图6 火场截面温度分布图 180s

图7 火场截面可视度分布图 60s

从上面“A、C、E、F风机排烟”通风方式的烟气分布图可以看出,在 60s内站台层内烟气呈现出向西端扩散的趋势。但由于站台风机向外排烟,造成站台风机排烟口处风压显著减小。随后,烟气流明显流向站台西端,180s时烟气已蔓延至整个站台层。

取站台中间截面(离站台 2m高度)分析火场温度分布,60s时起火列车隧道温度值平均在 200℃左右,对站台的影响不大,180s时,事故风机的持续动作,使火场温度降低,利于人员疏散。

图8 火场截面可视度分布图 180s

同上,取站台中间截面分析可视度,60s时站台层可视度在 15m以上,180s时截面可视度普遍降低至 5m以下。

2.2 A、C、E风机排烟,D风机送风

“A、C、E风机排烟,D风机送风”通风方式是指火灾发生时地铁站台西头机械通风系统送风,风机风量为 9.0×104m3·h-1;起火列车上方事故端风机及站台南侧东头事故风机排烟,每台风机风量为 4.5×104m3·h-1,站台东头机械通风系统改送风为排烟,风机风量为 9.0×104m3·h-1。模拟结果见图 9～14。

图9 火场烟气分布图 60s

图10 火场烟气分布图 180s

图11 火场截面温度分布图 60s

从上面“A、C、E风机排烟,D风机送风”通风方式的烟气分布图可以看出,在 0～180s内,由于站台右端风机排烟影响的站台区域有限,因此烟气有在站台右端向左及向右端人行通道口蔓延的趋势。

取站台中间截面(离站台 2m高度)分析火场温度分布,自始至终起火列车隧道处温度值平均在200℃左右,由于站台左端风机送风,右端风机排烟,使得站台其它区域温度控制在 50℃以下。

图12 火场截面温度分布图 180s

图13 火场截面可视度分布图 60s

图14 火场截面可视度分布图 180s

由“A、C、E风机排烟,D风机送风”通风方式的火场截面可视度分布图可知,60s时站台层截面可视度良好,均在 15m以上。180s时由于高温烟气的聚集,可视度逐渐下降到 10m以下。

2.3 A、E、F风机排烟,C风机送风

“A、E、F风机排烟,C风机送风”通风方式是指火灾发生时地铁站台东头机械通风系统送风,风机风量为 9.0×104m3·h-1;起火列车上方两台事故风机及站台南侧东头事故风机排烟,每台风机风量为4.5×104m3·h-1。模拟结果见图 15～20。

由“A、E、F风机排烟,C风机送风”通风方式火场烟气分布图可知,60s前为火灾初始阶段,火灾烟气通过列车门和站台空间从起火点向站台西端蔓延,火源近端风机送风造成烟气紊乱。180s时站台层基本被浓烟笼罩。

图15 火场烟气分布图 60s

图16 火场烟气分布图 180s

图17 火场截面温度分布图 60s

图18 火场截面温度分布图 180s

图19 火场截面可视度分布图 60s

图20 火场截面可视度分布图 180s

取站台中间截面(离站台 2m高度)分析火场温度分布,自始至终起火列车隧道处温度值平均在200℃左右,由于风机送风、排烟相互配合,使得站台其它区域温度控制在 50℃以下。

由“A、E、F风机排烟,C风机送风”通风方式火场截面可视度分布图可知,60s时火源附近站台可视度在 15m左右,远离火源部分在 30m左右,180s时截面可视度下降较多,降至 6m以下。

2.4 风机全部排烟

“风机全部排烟”通风方式是指轨上四台事故风机全部排烟,排烟量为 4.5×104m3·h-1,且站台中间两台送风机改送风为排烟,排烟量为 9.0×104m3· h-1。模拟结果如图 21～26。

由“风机全部排烟”通风方式火场烟气分布图可知,60s时烟气从车厢中窜出开始在站台层蔓延。180s时高温烟气在站台层聚集,并有少量烟气顺着出口通道向上部蔓延。

图21 火场烟气分布图 60s

图22 火场烟气分布图 180s

图23 火场截面温度分布图 60s

图24 火场截面温度分布图 180s

图26 火场截面可视度分布图 180s

由“风机全部排烟”通风方式火场截面温度分布图可知,60s时起火列车隧道处温度值平均在 200℃左右,由于风机全部排烟,使得站台其它区域温度控制在 50℃以下。

由“风机全部排烟”通风方式火场截面可视度分布图可知,180s之前出口处截面可视度平均都在10m以上。

根据以上模拟结果,表 1从三个方面对这四种通风排烟方式进行分析比较。

表1 四种通风排烟方式的比较

3 结论及展望

对于火灾模式下的地铁环境,鉴于地铁火灾与地面建筑或其它地下建筑火灾相比有其特殊性,因此必须保证地铁环境内部有部分区域烟气浓度相对较低以保证乘客有充裕的时间逃生。

3.1 当站台为岛式站台时,“风机全部排烟”通风方式能保证在站台较大区域内烟气浓度值一定时间内较小,同时在火场温度及可视度等参数上都优于其它几种方式,更有利于人员疏散及灭火救援,但是此种通风方式为最不经济的一种通风方式。对于端部火灾,宜采用远端机械送风,近端机械排烟的方式。

3.2 对于火灾模拟研究,其中仍然存在火灾发生点的复杂性和多样性、火灾规模大小的多样性等诸多需要探讨的问题。

[1]那艳玲,黄桂兴,涂光备,等.CFD在天津地铁 2号线环控设计中的应用[J].计算机网络技术,2005,(35)：410-412.

[2]FRUIN J J.Pedestrian Planning and Design[M].New York：Metropoltan Association of Urban Designers and Enviromental Planners,1991.

[3]GB 50157-2003,地铁设计规范[S].