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《建筑熱能通風(fēng)空調(diào)雜志》2014年第三期

1FDS模型建立及輸出參數(shù)

1.1列車火災(zāi)規(guī)模確定本文參考EUREKA試驗(yàn)結(jié)果對國產(chǎn)和諧號CRH動車組列車火災(zāi)發(fā)展曲線進(jìn)行估計(jì)，僅考慮一節(jié)列車車廂起火的火災(zāi)場景，采用22MW作為設(shè)計(jì)的火災(zāi)規(guī)模，該數(shù)值在列車火災(zāi)規(guī)模區(qū)間范圍中屬于較高值，主要是考慮到地下車站的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于地上站，采用較高的火災(zāi)規(guī)模作為設(shè)計(jì)的依據(jù)可以增加安全系數(shù)，提高整個車站的安全性。

1.2列車火災(zāi)排煙量確定對于列車火災(zāi)來說，達(dá)到轟然后，高溫煙氣可以通過兩側(cè)的開窗同時向軌頂及站臺區(qū)域蔓延。煙氣從窗口溢出后，形成雙側(cè)線性羽流，如圖3所示。目前，全世界已發(fā)展多個煙羽流模型的計(jì)算方法，包括美國NFPA92B、英國機(jī)電工程師協(xié)會技術(shù)備忘錄19、我國上海防排煙設(shè)計(jì)規(guī)程等等。MLaw在1995年發(fā)展了線性羽流煙氣生成量計(jì)算模型如下。式中：M為列車雙側(cè)煙羽流的產(chǎn)煙率，kg/s；Q為火源熱釋放速率，kW；w為羽流寬度，此處為火災(zāi)單側(cè)總開口寬度，m；y為火源所在平面到煙氣層高度，m；h為列車開口等效高度，m。在計(jì)算中清晰高度的取值為屏蔽門上沿高度，即3m，其目的是為了將煙氣控制在軌行區(qū)內(nèi)，即將軌行區(qū)的煙氣層控制在屏蔽門上方。軌行區(qū)排煙量的具體計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果如表1所示。由于軌行區(qū)列車和站臺屏蔽門的距離僅有0.5m，列車火災(zāi)煙氣通過敞開的列車門和屏蔽門進(jìn)入到站臺的可能性很大，因此站臺層公共區(qū)的排煙量按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，其中長站臺總排煙量為64m3/s，短站臺總排煙量為30m3/s。

1.3車站FDS模型基于“可信最不利”的列車火災(zāi)場景，利用FDS軟件模擬發(fā)生列車火災(zāi)時，采用“軌頂及站臺排煙，B2站廳層送風(fēng)”的煙控模式，建立模型如圖4所示。

2列車火災(zāi)模擬結(jié)果與分析

2.1初始條件1）火災(zāi)規(guī)模：22MW快速發(fā)展列車火，火源熱釋放速率曲線見圖5。2）火源位置：著火列車停靠2號軌行區(qū)，著火車廂位于短站臺中部，如圖6所示。3）煙控方式：排煙區(qū)域?yàn)?號軌行區(qū)、1號軌行區(qū)和2號短站臺公共區(qū)，各軌行區(qū)排煙量均為140m3/s，2號短站臺公共區(qū)排煙量為30m3/s，B2站廳層送風(fēng)。車站軌頂排熱兼排煙系統(tǒng)在120s內(nèi)開啟；扶梯口處固定擋煙垂壁為吊頂下0.5m。4）模擬假設(shè)：車廂窗戶玻璃達(dá)到600℃破碎，屏蔽門達(dá)到300℃破碎。

2.2火災(zāi)發(fā)展和煙氣蔓延描述火災(zāi)發(fā)展初期，煙氣首先充滿車廂，隨著火災(zāi)規(guī)模的增大，煙氣通過車門和破裂的車窗溢出。由于車門距站臺屏蔽門僅有0.5m左右，在109s時，煙氣開始侵入站臺。此后，由于多個車窗和多處站臺屏蔽門破裂，更多煙氣進(jìn)入站臺。在整個模擬時間1800s內(nèi)，非停靠站臺的屏蔽門始終沒有發(fā)生破裂。在B2層送風(fēng)和軌頂、站臺排煙的作用下，站臺兩組樓扶梯入口形成了較大的向下氣流速度（最大向下氣流速度不小于2m/s），直至模擬結(jié)束未有煙氣通過樓扶梯開口向上一層蔓延，如圖7所示。

2.3能見度分布從圖8、圖9中可以看出，在300s左右，靠近起火車廂站臺中部2組樓扶梯之間的頂板下方形成一薄層能見度小于10m區(qū)域。此后，由于車窗和玻璃墻陸續(xù)破裂，煙氣涌入站臺，站臺能見度下降區(qū)域顯著擴(kuò)大，在660s時，站臺中部2組樓扶梯之間，部分區(qū)域距站臺地面2m高度處的能見度已小于10m。750s左右，站臺中部右端一組樓扶梯受煙氣影響，入口處距地2m高度處的能見度小于10m，此后，站臺中部2組樓扶梯之間能見度繼續(xù)下降，煙氣向站臺兩端蔓延沉降。1450s左右，受煙氣影響站臺中部左端一組樓扶梯入口處距地2m高度處的能見度小于10m。至1800s模擬結(jié)束，由于軌行區(qū)和站臺內(nèi)排煙的作用，兩組樓扶梯口處維持了較大的向下風(fēng)速（最大處達(dá)到2m/s左右），始終未有煙氣通過樓扶梯口處侵入站廳層，著火層上方站廳層能見度未見明顯變化。從能見度角度，短站臺2組樓扶梯之間的區(qū)域可用安全疏散時間為660s，該站臺中部右端一組樓扶梯可用疏散時間為750s，站臺中部左端一組樓扶梯可用疏散時間為1450s，站廳以及人行交通轉(zhuǎn)化層的可用安全疏散時間不小于1800s。

2.4溫度分布圖10為平行于軌道方向的站臺剖面不同時刻溫度場的分布。如圖所示，在280s左右，站臺內(nèi)靠近著火車廂區(qū)域頂板下開始出現(xiàn)少量超過60℃的高溫?zé)煔狻４撕笥捎谲嚧昂推帘伍T陸續(xù)破裂，大量煙氣涌入站臺，聚集于靠近著火車廂的站臺頂板下，溫度上升區(qū)域的范圍擴(kuò)大、高溫?zé)煔鈱雍穸仍黾樱?800s模擬結(jié)束，溫度高于60℃的煙氣區(qū)域范圍依然主要限于站臺中部兩組樓扶梯口處的擋煙垂壁之間，整個模擬過程中站臺各區(qū)域2m以下高度內(nèi)的煙氣溫度均為超過60℃。從溫度場角度，在模擬的1800s內(nèi)，距站臺地面2m高度范圍內(nèi)的煙氣溫度未超過60℃，能滿足人員安全疏散的要求。

2.5CO濃度從圖11中可以看出，站臺頂棚區(qū)域局部CO濃度有明顯上升，但小于人體可接受的水平，遠(yuǎn)低于225ppm。在整個1800s的模擬時間內(nèi)，整個站臺區(qū)域的CO濃度一直維持在人體可接受水平。

2.6可供人員安全疏散的時間綜合考慮煙氣溫度、CO濃度、能見度對人員疏散的影響，在“B2站廳層送風(fēng)及軌頂、站臺排煙”的煙氣控制模式下，短站臺中部兩組樓扶梯之間的區(qū)域可用安全疏散時間為660s，該站臺一組樓扶梯可用疏散時間為750s，另一組樓扶梯可用疏散時間為1450s，其他區(qū)域可用安全疏散時間為不小于1800s。

3結(jié)論

通過FDS軟件數(shù)值模擬分析結(jié)果可得出如下論：1）在發(fā)生22MW列車火災(zāi)時，由于列車與屏蔽門的距離僅有0.5m，煙氣將通過車廂門和屏蔽門進(jìn)入到站臺，開啟站臺排煙將有利于控制煙氣的蔓延，延緩環(huán)境進(jìn)一步惡化；2）發(fā)生列車火災(zāi)時，在車站軌頂排熱兼排煙系統(tǒng)強(qiáng)大的抽吸力和B2站廳層送風(fēng)系統(tǒng)的雙重作用下，樓扶梯開口處的向下氣流流速超過1.5m/s，有效地阻擋了煙氣向上層的蔓延。在模擬的1800s內(nèi)，站廳層均未受到煙氣影響；3）發(fā)生列車火災(zāi)時，通過對站臺層煙氣的蔓延過程、能見度、溫度場及CO濃度等指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果表明采用“軌頂及站臺層排煙，站廳層送風(fēng)”煙氣控制模式對控制列車火災(zāi)是行之有效的。

作者：邱少輝單位：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司