地鐵站臺防排煙設(shè)計方案探討

●李曉明

(阿里地區(qū)消防支隊,西藏阿里 859000)

0 引言

隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展,地鐵在城市中的重要作用越來越突出,越來越多的城市都在擬定地鐵發(fā)展規(guī)劃,繼續(xù)擴大和興建地鐵。對地鐵運行和管理而言,消防安全是首要的,這是由地下建筑的特點及地鐵火災(zāi)的特點所決定的[1]。地鐵是人流比較集中的地方,火災(zāi)時不僅具有地下建筑火災(zāi)的排熱排煙差、煙量大,人員疏散、撲救困難等特點,而且由于它與外界的聯(lián)系主要為出入口,發(fā)生火災(zāi)時,人員的逃生方向和煙氣的擴散方向一致,人員的出入口可能就是排煙口。所以地鐵火災(zāi)中煙氣的控制是一個非常重要的課題。

1 火災(zāi)模擬條件與參數(shù)

依據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范關(guān)于車站建筑的規(guī)定,以北京地鐵典型站雙層島式站臺為研究對象,搭建站臺層的物理模型,站臺長 80m,寬 18m,高 6m,站臺東西兩側(cè)各有一人行樓梯通過人行通道與外界相連,站臺東、西部區(qū)域各有一臺站臺風(fēng)機,南北軌道兩側(cè)各有一臺事故通風(fēng)風(fēng)機。發(fā)熱量為 5MW[2],站內(nèi)平均溫度為 20℃[3],地鐵站臺風(fēng)機風(fēng)量為 9.0×104m3·h-1(依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》9.4.5款的規(guī)定,擔(dān)負 2個及 2個以上防煙分區(qū)計算所得最小風(fēng)機風(fēng)量),地鐵站臺隧道處事故風(fēng)機風(fēng)量為 4.5×104m3·h-1(依據(jù)建筑設(shè)計防火規(guī)范 9.4.5款的規(guī)定,擔(dān)負 1個防煙分區(qū)計算所得最小風(fēng)機風(fēng)量)。

邊界條件假設(shè)為：假設(shè)站臺處連通層樓梯至外界出入口處為壓力邊界,連通走廊末端樓梯為壓力邊界,其余部分均為密閉,無泄漏的情況,忽略隧道口風(fēng)速,火災(zāi)模擬時間為 6min[3]。搭建模型如圖 1。

圖1 地鐵站臺模型(俯視圖)

2 火災(zāi)數(shù)值模擬分析

本文研究的站臺火災(zāi)的發(fā)生點假設(shè)在列車右端,如圖 2中所示(左部類似,略去討論),依次進行一系列模擬。

圖2 車站模型圖

主要研究的通風(fēng)排煙方式有：A、C、E、F風(fēng)機排煙;A、C、E風(fēng)機排煙,D風(fēng)機送風(fēng);A、E、F風(fēng)機排煙,C風(fēng)機送風(fēng);風(fēng)機全部排煙。

2.1 A、C、E、F風(fēng)機排煙

“A、C、E、F風(fēng)機排煙”通風(fēng)方式是指火災(zāi)發(fā)生時地鐵站臺東頭機械通風(fēng)系統(tǒng)改送風(fēng)為排煙,風(fēng)機風(fēng)量為 9.0×104m3·h-1;起火列車上方兩臺事故風(fēng)機及站臺南側(cè)東頭事故風(fēng)機排煙,每臺風(fēng)機風(fēng)量為4.5×104m3·h-1。模擬結(jié)果見圖 3～8。

圖3 火場煙氣分布圖 60s

圖4 火場煙氣分布圖 180s

圖5 火場截面溫度分布圖 60s

圖6 火場截面溫度分布圖 180s

圖7 火場截面可視度分布圖 60s

從上面“A、C、E、F風(fēng)機排煙”通風(fēng)方式的煙氣分布圖可以看出,在 60s內(nèi)站臺層內(nèi)煙氣呈現(xiàn)出向西端擴散的趨勢。但由于站臺風(fēng)機向外排煙,造成站臺風(fēng)機排煙口處風(fēng)壓顯著減小。隨后,煙氣流明顯流向站臺西端,180s時煙氣已蔓延至整個站臺層。

取站臺中間截面(離站臺 2m高度)分析火場溫度分布,60s時起火列車隧道溫度值平均在 200℃左右,對站臺的影響不大,180s時,事故風(fēng)機的持續(xù)動作,使火場溫度降低,利于人員疏散。

圖8 火場截面可視度分布圖 180s

同上,取站臺中間截面分析可視度,60s時站臺層可視度在 15m以上,180s時截面可視度普遍降低至 5m以下。

2.2 A、C、E風(fēng)機排煙,D風(fēng)機送風(fēng)

“A、C、E風(fēng)機排煙,D風(fēng)機送風(fēng)”通風(fēng)方式是指火災(zāi)發(fā)生時地鐵站臺西頭機械通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng),風(fēng)機風(fēng)量為 9.0×104m3·h-1;起火列車上方事故端風(fēng)機及站臺南側(cè)東頭事故風(fēng)機排煙,每臺風(fēng)機風(fēng)量為 4.5×104m3·h-1,站臺東頭機械通風(fēng)系統(tǒng)改送風(fēng)為排煙,風(fēng)機風(fēng)量為 9.0×104m3·h-1。模擬結(jié)果見圖 9～14。

圖9 火場煙氣分布圖 60s

圖10 火場煙氣分布圖 180s

圖11 火場截面溫度分布圖 60s

從上面“A、C、E風(fēng)機排煙,D風(fēng)機送風(fēng)”通風(fēng)方式的煙氣分布圖可以看出,在 0～180s內(nèi),由于站臺右端風(fēng)機排煙影響的站臺區(qū)域有限,因此煙氣有在站臺右端向左及向右端人行通道口蔓延的趨勢。

取站臺中間截面(離站臺 2m高度)分析火場溫度分布,自始至終起火列車隧道處溫度值平均在200℃左右,由于站臺左端風(fēng)機送風(fēng),右端風(fēng)機排煙,使得站臺其它區(qū)域溫度控制在 50℃以下。

圖12 火場截面溫度分布圖 180s

圖13 火場截面可視度分布圖 60s

圖14 火場截面可視度分布圖 180s

由“A、C、E風(fēng)機排煙,D風(fēng)機送風(fēng)”通風(fēng)方式的火場截面可視度分布圖可知,60s時站臺層截面可視度良好,均在 15m以上。180s時由于高溫?zé)煔獾木奂?可視度逐漸下降到 10m以下。

2.3 A、E、F風(fēng)機排煙,C風(fēng)機送風(fēng)

“A、E、F風(fēng)機排煙,C風(fēng)機送風(fēng)”通風(fēng)方式是指火災(zāi)發(fā)生時地鐵站臺東頭機械通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng),風(fēng)機風(fēng)量為 9.0×104m3·h-1;起火列車上方兩臺事故風(fēng)機及站臺南側(cè)東頭事故風(fēng)機排煙,每臺風(fēng)機風(fēng)量為4.5×104m3·h-1。模擬結(jié)果見圖 15～20。

由“A、E、F風(fēng)機排煙,C風(fēng)機送風(fēng)”通風(fēng)方式火場煙氣分布圖可知,60s前為火災(zāi)初始階段,火災(zāi)煙氣通過列車門和站臺空間從起火點向站臺西端蔓延,火源近端風(fēng)機送風(fēng)造成煙氣紊亂。180s時站臺層基本被濃煙籠罩。

圖15 火場煙氣分布圖 60s

圖16 火場煙氣分布圖 180s

圖17 火場截面溫度分布圖 60s

圖18 火場截面溫度分布圖 180s

圖19 火場截面可視度分布圖 60s

圖20 火場截面可視度分布圖 180s

取站臺中間截面(離站臺 2m高度)分析火場溫度分布,自始至終起火列車隧道處溫度值平均在200℃左右,由于風(fēng)機送風(fēng)、排煙相互配合,使得站臺其它區(qū)域溫度控制在 50℃以下。

由“A、E、F風(fēng)機排煙,C風(fēng)機送風(fēng)”通風(fēng)方式火場截面可視度分布圖可知,60s時火源附近站臺可視度在 15m左右,遠離火源部分在 30m左右,180s時截面可視度下降較多,降至 6m以下。

2.4 風(fēng)機全部排煙

“風(fēng)機全部排煙”通風(fēng)方式是指軌上四臺事故風(fēng)機全部排煙,排煙量為 4.5×104m3·h-1,且站臺中間兩臺送風(fēng)機改送風(fēng)為排煙,排煙量為 9.0×104m3· h-1。模擬結(jié)果如圖 21～26。

由“風(fēng)機全部排煙”通風(fēng)方式火場煙氣分布圖可知,60s時煙氣從車廂中竄出開始在站臺層蔓延。180s時高溫?zé)煔庠谡九_層聚集,并有少量煙氣順著出口通道向上部蔓延。

圖21 火場煙氣分布圖 60s

圖22 火場煙氣分布圖 180s

圖23 火場截面溫度分布圖 60s

圖24 火場截面溫度分布圖 180s

圖26 火場截面可視度分布圖 180s

由“風(fēng)機全部排煙”通風(fēng)方式火場截面溫度分布圖可知,60s時起火列車隧道處溫度值平均在 200℃左右,由于風(fēng)機全部排煙,使得站臺其它區(qū)域溫度控制在 50℃以下。

由“風(fēng)機全部排煙”通風(fēng)方式火場截面可視度分布圖可知,180s之前出口處截面可視度平均都在10m以上。

根據(jù)以上模擬結(jié)果,表 1從三個方面對這四種通風(fēng)排煙方式進行分析比較。

表1 四種通風(fēng)排煙方式的比較

3 結(jié)論及展望

對于火災(zāi)模式下的地鐵環(huán)境,鑒于地鐵火災(zāi)與地面建筑或其它地下建筑火災(zāi)相比有其特殊性,因此必須保證地鐵環(huán)境內(nèi)部有部分區(qū)域煙氣濃度相對較低以保證乘客有充裕的時間逃生。

3.1 當站臺為島式站臺時,“風(fēng)機全部排煙”通風(fēng)方式能保證在站臺較大區(qū)域內(nèi)煙氣濃度值一定時間內(nèi)較小,同時在火場溫度及可視度等參數(shù)上都優(yōu)于其它幾種方式,更有利于人員疏散及滅火救援,但是此種通風(fēng)方式為最不經(jīng)濟的一種通風(fēng)方式。對于端部火災(zāi),宜采用遠端機械送風(fēng),近端機械排煙的方式。

3.2 對于火災(zāi)模擬研究,其中仍然存在火災(zāi)發(fā)生點的復(fù)雜性和多樣性、火災(zāi)規(guī)模大小的多樣性等諸多需要探討的問題。

[1]那艷玲,黃桂興,涂光備,等.CFD在天津地鐵 2號線環(huán)控設(shè)計中的應(yīng)用[J].計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),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,地鐵設(shè)計規(guī)范[S].