北京市自然科學(xué)基金面上項目《市政管溝氧含量分布規(guī)律及缺氧窒息危害定量預(yù)測研究》(8152014)研究進展

“市政管溝氧含量分布規(guī)律及缺氧窒息危害定量預(yù)測研究”項目于2015年1月開始，2017年12月結(jié)題。項目緊密結(jié)合北京市經(jīng)濟建設(shè)和城市發(fā)展特點，聚焦市政管溝，研究了管溝內(nèi)氧含量分布規(guī)律，為市政管溝缺氧窒息危害的定量預(yù)測和評估提供理論基礎(chǔ)。

1 項目研究意義

隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，水、電、氣、熱、通信、廣電等地下管線大量敷設(shè)，截止2018年底，北京市地下管線總長達20余萬公里，井蓋設(shè)施數(shù)量為318余萬套，且每年還在持續(xù)增長，市政管溝作業(yè)從業(yè)人員數(shù)量和作業(yè)頻次也隨之不斷增加；市政管溝長期封閉或部分封閉，易造成有毒有害、易燃易爆物質(zhì)積聚或者氧含量不足，無論是常規(guī)作業(yè)還是事故狀態(tài)下的應(yīng)急救援，都有較大風(fēng)險，一旦出現(xiàn)違規(guī)作業(yè)或施救不當(dāng)，極易造成人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計，2006-2019年間，北京市60%以上的有限空間作業(yè)事故發(fā)生在市政管溝內(nèi)。事故統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)缺氧窒息是引發(fā)市政管溝作業(yè)事故的主要原因之一，因此對市政管溝的氧氣分布規(guī)律及其影響因素開展研究，對于有限空間及有限空間作業(yè)事故的防控，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 項目研究進展

(1)市政管溝氧含量影響因素研究。

以北京市熱力和電力管溝為研究對象，開展氧含量現(xiàn)場檢測。實地采集不同埋深、不同建設(shè)年代、不同結(jié)構(gòu)尺寸、不同區(qū)域等管溝的氧含量數(shù)據(jù)，同時測量相應(yīng)管溝的斷面尺寸、形狀、內(nèi)部溫度、濕度、風(fēng)速、二氧化碳含量及地表溫度、濕度、風(fēng)速、二氧化碳含量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依據(jù)統(tǒng)計分析方法，分析氧含量與溫度、濕度、二氧化碳含量、空間大小、埋深、氣壓、積水深度等參數(shù)之間的相關(guān)性，研究各參數(shù)對熱力管溝氧含量的影響規(guī)律。

(2)市政管溝氣流特性和氣體組分非穩(wěn)態(tài)分布規(guī)律研究。

以市政熱力管溝為例，采用CFD數(shù)值模擬的方法，根據(jù)檢查室和管溝的實際尺寸建立幾何模型，分別對熱力檢查室和管溝內(nèi)重質(zhì)氣體積聚、存在耗氧源及自然通風(fēng)情況下氧含量的變化進行數(shù)值模擬研究，分析不同斷面的氧含量動態(tài)變化云圖，對比研究不同測點氧含量變化規(guī)律。同時以二氧化碳代表重質(zhì)氣體，以甲烷代表輕質(zhì)氣體，采用CFD數(shù)值模擬方法，研究市政熱力管溝在密閉和自然通風(fēng)時有毒有害氣體的擴散過程，分析了不同散溢速率、不同通風(fēng)條件下有毒有害氣體時空變化規(guī)律。

(3)市政管溝機械通風(fēng)實驗和數(shù)值模擬研究。

依據(jù)實際市政熱力管溝尺寸，設(shè)計并加工管溝縮尺模型，研究通風(fēng)口位置、出風(fēng)口數(shù)量、通風(fēng)風(fēng)量以及混合式通風(fēng)對氣體組分恢復(fù)時間的影響，通過對比氣體組分的恢復(fù)時間，分析各通風(fēng)方式的優(yōu)劣。同時依據(jù)熱力管溝的實際結(jié)構(gòu)尺寸建立幾何模型，采用CFD數(shù)值計算方法，對機械通風(fēng)過程進行數(shù)值模擬，分析通風(fēng)過程中，管溝內(nèi)流場、溫度場、氧含量、二氧化碳含量等分布和變化規(guī)律，研究機械通風(fēng)風(fēng)量對通風(fēng)效果的影響，同時采用現(xiàn)場試驗驗證了模擬結(jié)果的正確性。