城市轨道交通事故排烟工况分析研究

文、图／北京市安全生产科学技术研究院 梅楠 季学伟 侯占杰 时德轶 侯烺祎

城市轨道交通地下车站与地面建筑相比，由于其位于地下，工程结构复杂，环境密闭、通道狭窄，连通地面的疏散出口少，逃生路径长，发生火灾后，会给人员疏散和灭火抢险带来困难，严重威胁乘客、地铁职工和抢险救援人员的生命安全。通风排烟系统作为城市轨道交通环境与设备系统的重要组成部分，由于具有其换气、排热、保温、排烟等重要功能，在保障正常运营和乘客安全方面发挥着至关重要的作用。近年来，我国城市轨道交通飞速发展，地下车站火灾排烟设计趋于成熟，能够起到火灾情况下保证人员安全疏散的作用。

目前的国内的排烟模拟研究，主要以验证现有系统可行性为主，并且都将满足楼梯口补风1.5m/s为主要衡量指标，而忽略或弱化烟气控制对保证乘客疏散安全的影响。本文通过模拟手段，以烟气控制为衡量排烟工况的主要指标，对地下车站6辆编组的屏蔽门型标准站站台行李火灾工况进行有益探索。

车站及通风系统设计

车站结构。本次模拟将6辆编组的屏蔽门型标准站作为模拟对象，车站上下共两层，上层为站厅层，下层为站台层，站体结构总长225m、宽25m、高17m，有效站台宽度为12m、长120m。站台层层高4.6m，站厅层层高7.8m站台通过三组楼扶梯、楼梯，与站厅层相连（如图1所示）。

通风系统设计。地下车站的通风空调系统由隧道通风系统、车站公共区通风空调系统（大系统）、设备管理用房区通风空调系统（小系统）、空调水系统等部分组成。车站轨行区隧道排热系统兼作排烟系统，每个车站上、下行线出站端各设置2座活塞风道，典型车站每站共设置4台风量60m3/s的TVF风机，轨行区设置2台风量45m3/s排热风机、多个组合联动风阀。车站大系统主要由组合式空调机组、回/排风机、排烟风机、送/排风管（道）及各种阀门等组成。在空调工况下，系统采用全空气一次回风系统，新风与回风在混合段（室）混合，经组合式空调机组冷却处理、风机加压后，通过站厅、站台送风管及风口送入车站。

模拟设计

模型设计。采用全尺寸建模，严格按照车站结构相关参数设置模型，模型结构见图2。

火源设计。模拟假设行李箱着火，火灾规模取2.5MW，火源尺寸2m×3m，按火灾增长系数为快速增长火考虑，约231s达到峰值后保持稳定燃烧。

监测单元设计。模型设置图像、数值监测单元，三个楼扶梯口各设置一个数值检测面，距离火源-3m、-6m、-25m、+3m、+36m，分别设置人员安全高度（距离地面2m）以上，长7m，宽0.5m的数值监测面，在人员安全高度和人员安全高度以上0.5m分别设置1个图像检测面。各监测单元主要监测烟气蔓延面积、温度、能见度、一氧化碳浓度等指标。

计算网格设计。在保证计算精确地原则下，将车站模型的网格进行非均匀划分，设置站厅层、站台层两个计算网格，站台层每个计算单元尺寸为1m×0.5m×0.25m，站厅层每个计算单元尺寸为1m×1m×0.25m，计算网格总单元数量为634608个，计算时间为600s。

模拟排烟工况设计。选取地下车站6辆编组的屏蔽门型标准站站台行李火灾常规排烟工况和两个对比工况进行模拟。

常规排烟工况。站台公共区行李火灾后，开启两侧的4台隧道风机、轨行区排热风机、开启站台两侧端门4个端门，站台公共区空调系统转为排烟模式进行辅助排烟，站台屏蔽门处于关闭状态。此工况简称为G1。

开启一侧端门排烟工况。站台公共区行李火灾后，开启两侧的4台隧道风机、轨行区排热风机、开启站台距离火灾较近一侧2个端门，站台公共区空调系统转为排烟模式进行辅助排烟，站台屏蔽门处于关闭状态。此工况简称为G2。

开启一个端门排烟工况。站台公共区行李火灾后，开启两侧的4台隧道风机、轨行区排热风机、开启站台距离火灾较近一侧1个端门，站台公共区空调系统转为排烟模式进行辅助排烟，站台屏蔽门处于关闭状态。此工况存在一定限制条件，即隧道一侧两个风机能够通过一侧轨行区的隧道排风口进行排风，此工况简称为G3。

模拟情况

烟气蔓延情况。在600s的模拟时间内，G1、G2、G3工况均将烟气控制在站台层区域内。地铁疏散要求时间（360s），烟气在站台层的分布情况见图3。由图可知G2、G3工况烟气控制范围，明显优于G1。

温度控制情况。距站台高度2.5m的温度场分布情况见图4。由图可知G2、G3工况温度场控制范围，明显优于G1。图5反映了火源周边的温度变化情况，在距离火源-3m、-6m的监测面反映出G1工况的火源周边温度略高于G2、G3工况。由于G2、G3工况关闭了距离火源处较远一侧的端门，实际取消了该侧排风，故在火源+3m处，G1工况的温度远大于G2、G3工况，通过数值监测也较好的说明了，G2、G3在温度场控制方面优于G1工况。

能见度控制情况。距站台高度2.5m的温度场分布情况见图5。由图可知G2、G3工况能见度控制情况，明显优于G1。

CO浓度情况。距站台高度2.5m的CO浓度分布情况见图6。由图可知G1、G2、G3工况的CO浓度控制情况基本一致。

楼梯口补风速度情况。该标准站设置3组楼扶梯口，G 1 工况为常规排烟工况，3组楼梯口的补风速度都达到了1.5m/s 的标准要求。G 2、G 3 工况距离开启端门最远的楼梯口补风速度均略小于标准要求的1.5m/s，详见图7。

结论

根据模拟结果可知，G1、G2、G3工况均具有良好的排烟效果，虽然G2、G3工况不能完全满足标准要求，但由于远端并没有烟气蔓延，故不会对人员安全和疏散造成影响。通过类比烟气蔓延情况、能见度控制情况、温度控制情况、CO浓度，综合判定G2、G3排烟工况的实际效果要优于G1排烟工况。本次研究的地下车站6辆编组的屏蔽门型标准站站台行李火灾优化工况并未改变相关设施设置，通过调整端门的启闭状态取得了良好的排烟效果，后续会通过热烟试验继续验证优化工况的可行性。