北京市自然科学基金面上项目《市政管沟氧含量分布规律及缺氧窒息危害定量预测研究》(8152014)研究进展

“市政管沟氧含量分布规律及缺氧窒息危害定量预测研究”项目于2015年1月开始，2017年12月结题。项目紧密结合北京市经济建设和城市发展特点，聚焦市政管沟，研究了管沟内氧含量分布规律，为市政管沟缺氧窒息危害的定量预测和评估提供理论基础。

1 项目研究意义

随着社会经济快速发展，水、电、气、热、通信、广电等地下管线大量敷设，截止2018年底，北京市地下管线总长达20余万公里，井盖设施数量为318余万套，且每年还在持续增长，市政管沟作业从业人员数量和作业频次也随之不断增加；市政管沟长期封闭或部分封闭，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足，无论是常规作业还是事故状态下的应急救援，都有较大风险，一旦出现违规作业或施救不当，极易造成人员伤亡。据统计，2006-2019年间，北京市60%以上的有限空间作业事故发生在市政管沟内。事故统计分析发现缺氧窒息是引发市政管沟作业事故的主要原因之一，因此对市政管沟的氧气分布规律及其影响因素开展研究，对于有限空间及有限空间作业事故的防控，具有重要的现实意义。

2 项目研究进展

(1)市政管沟氧含量影响因素研究。

以北京市热力和电力管沟为研究对象，开展氧含量现场检测。实地采集不同埋深、不同建设年代、不同结构尺寸、不同区域等管沟的氧含量数据，同时测量相应管沟的断面尺寸、形状、内部温度、湿度、风速、二氧化碳含量及地表温度、湿度、风速、二氧化碳含量等基础数据。依据统计分析方法，分析氧含量与温度、湿度、二氧化碳含量、空间大小、埋深、气压、积水深度等参数之间的相关性，研究各参数对热力管沟氧含量的影响规律。

(2)市政管沟气流特性和气体组分非稳态分布规律研究。

以市政热力管沟为例，采用CFD数值模拟的方法，根据检查室和管沟的实际尺寸建立几何模型，分别对热力检查室和管沟内重质气体积聚、存在耗氧源及自然通风情况下氧含量的变化进行数值模拟研究，分析不同断面的氧含量动态变化云图，对比研究不同测点氧含量变化规律。同时以二氧化碳代表重质气体，以甲烷代表轻质气体，采用CFD数值模拟方法，研究市政热力管沟在密闭和自然通风时有毒有害气体的扩散过程，分析了不同散溢速率、不同通风条件下有毒有害气体时空变化规律。

(3)市政管沟机械通风实验和数值模拟研究。

依据实际市政热力管沟尺寸，设计并加工管沟缩尺模型，研究通风口位置、出风口数量、通风风量以及混合式通风对气体组分恢复时间的影响，通过对比气体组分的恢复时间，分析各通风方式的优劣。同时依据热力管沟的实际结构尺寸建立几何模型，采用CFD数值计算方法，对机械通风过程进行数值模拟，分析通风过程中，管沟内流场、温度场、氧含量、二氧化碳含量等分布和变化规律，研究机械通风风量对通风效果的影响，同时采用现场试验验证了模拟结果的正确性。