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地鐵長(zhǎng)區(qū)間事故通風(fēng)模擬分析

文檔作者：任明亮李雁文檔來(lái)源：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月24日
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都市快軌交通·第24卷第2期2011年4月
doi：10．3969／j．issn．1672 6073．201 1．02．009
快軌論壇．．-
地鐵長(zhǎng)區(qū)間事故通風(fēng)模擬分析
任明亮 李 雁
(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院北京100082)
地鐵是目前世界上能夠有效解決大中型城市居民
出行的最為便捷、經(jīng)濟(jì)和高效的一種交通工具，它作為
現(xiàn)代城市最大的基礎(chǔ)設(shè)施之一和交通系統(tǒng)的骨干，是
城市的生命線。地鐵一旦發(fā)生火災(zāi)，如果通風(fēng)空調(diào)系
統(tǒng)不能有效地排除煙氣，將造成慘重后果，故其安全性
問(wèn)題是地鐵建設(shè)、運(yùn)營(yíng)首要考慮的問(wèn)題。地鐵系統(tǒng)除
出人口、風(fēng)道與外界連通外，基本處于地下，外部由巖
石或土層包圍，如果發(fā)生火災(zāi)則具有以下特點(diǎn)_l J：氧
含量急劇下降、發(fā)煙量大、排煙排熱差、火情探測(cè)和撲
救困難、人員疏散困難。
地鐵系統(tǒng)較為復(fù)雜，如何確定隧道著火工況的通
風(fēng)方案，有效控制煙氣流動(dòng)是地鐵設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題。
利用計(jì)算機(jī)模擬軟件對(duì)地鐵環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，
是目前解決地鐵設(shè)計(jì)難題的重要手段：一方面，可以方
便地驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，提高設(shè)計(jì)工作效率；另一
方面，可以為系統(tǒng)配置方案及運(yùn)營(yíng)模式的優(yōu)化提供參
收稿日期：2010’07。08 修回Et期：2010—08—18
作者簡(jiǎn)介：任明亮，男，碩士研究生，助理工程師，主要從事地鐵通風(fēng)
空調(diào)設(shè)計(jì)，rmI@bmedi cn
毋 |一 |# 尊
URBAN RAPID RAIL TRANSIT
考依據(jù)，與工程設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行良好的互動(dòng)l 。筆者利
用地鐵環(huán)境模擬軟件SES(Subway Environmental
Simulation)，對(duì)北京地鐵7號(hào)線達(dá)官營(yíng)站一廣安門內(nèi)站
的長(zhǎng)區(qū)間進(jìn)行了事故工況通風(fēng)方案的模擬分析，確定
了該區(qū)間的事故工況運(yùn)行模式，并在初步設(shè)計(jì)評(píng)審時(shí)
得到專家認(rèn)可，即“在達(dá)官營(yíng)站一廣安門內(nèi)站長(zhǎng)區(qū)間隧
道設(shè)置中間風(fēng)井的方案是合理的”。
1 土建概況
北京地鐵7號(hào)線起點(diǎn)位于北京最大的鐵路交通樞
紐—— 北京西客站，線路全長(zhǎng)23．67 km，全部為地下
線，共設(shè)車站21座，平均站間距1．14 km，其線路如圖1
所示
圖1 北京地鐵7號(hào)線線路
北京地鐵7號(hào)線有兩個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度超過(guò)1．5 km，
分別為達(dá)官營(yíng)站一廣安門內(nèi)站區(qū)間(站間距約
1 893 m)，以及歡樂(lè)谷景區(qū)站一垡頭站區(qū)間(站間距約
1 744 m)。由于線路需求在達(dá)官營(yíng)站一廣安門內(nèi)站區(qū)
間設(shè)有單渡線和停車線，所以下面只對(duì)較為復(fù)雜的
達(dá)一廣區(qū)間事故工況通風(fēng)模擬進(jìn)行闡述。
2 SES火災(zāi)模型
SES(Subway Environmental Simulation)是美國(guó)交通
部開發(fā)的一維地鐵環(huán)境模擬軟件，芝加哥、波斯頓和中
國(guó)的香港、廣州、北京等幾十個(gè)城市的地鐵通風(fēng)設(shè)計(jì)都
地鐵長(zhǎng)區(qū)間事故通風(fēng)模擬分析
采用該軟件lj J進(jìn)行了仿真計(jì)算，從而確定了合理、經(jīng)
濟(jì)的通風(fēng)方案。
區(qū)間事故工況通風(fēng)方案需滿足兩個(gè)條件l4 J：一是
有效控制煙氣流動(dòng)方向；二是使逃生人員感受到新鮮
空氣，指示其撤離。
SES中通過(guò)計(jì)算臨界風(fēng)速 來(lái)判別是否可以有效
控制煙氣流動(dòng)方向。其計(jì)算模型即w．D．Kennedy等
1997年提出的臨界控制風(fēng)速模型_5 ，有
( g HEc ] (1)
E
f=—— + (2)
P∞ p c
式中： 。為臨界風(fēng)速，m／s；p 為環(huán)境空氣密度，kg／m ；
日為隧道高度，m；E 為熱釋放速率，kJ／s；g為重力加
速度，m／s ；，4為隧道斷面凈面積，m ；Fr 為弗勞德數(shù)，
無(wú)量綱數(shù)；K 為隧道坡度，無(wú)量綱數(shù)；T 為環(huán)境溫度，K；
c。為空氣定壓比熱，kJ／(kg·K)；Tf為熱空氣溫度，K。
其中，n 通過(guò)模型試驗(yàn)得知為4．5 J，火源功率按一
節(jié)車廂著火考慮為7．5 MW E 。
《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，使人能感受到新鮮空氣流
動(dòng)的通風(fēng)臨界速度為2 r1】／s_4 ，而SES中規(guī)定此值為
2．5 m／sl
。由于煙氣水平方向流動(dòng)的速度為0．3～
0．8 H sl4 J
，故本研究采用我國(guó)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的
通風(fēng)臨界速度作為判別通風(fēng)方案是否合理的依據(jù)。
3 區(qū)問(wèn)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置及事故工況下設(shè)備運(yùn)
行方案
3。1 區(qū)間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置
北京地鐵7號(hào)線區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)按閉式系統(tǒng)設(shè)
計(jì)，開、閉式運(yùn)行，采用正常工況通風(fēng)、事故工況通風(fēng)與
排煙共用的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，車站端部設(shè)機(jī)械通風(fēng)井。
車站站端各設(shè)置兩條機(jī)械風(fēng)井，每條風(fēng)井內(nèi)各有一臺(tái)
可逆轉(zhuǎn)的隧道風(fēng)機(jī)(TVF)(風(fēng)機(jī)風(fēng)量60 ITI ／s，全壓
1 000 Pa，功率90 kW)和相應(yīng)的風(fēng)閥。兩臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)可
并聯(lián)對(duì)一條區(qū)間隧道通風(fēng)，也可兩臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)互為備
用，單獨(dú)對(duì)一條區(qū)間隧道通風(fēng)，并通過(guò)相關(guān)風(fēng)閥的開啟
和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)區(qū)間隧道通風(fēng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，以滿足區(qū)
間隧道正常、阻塞、火災(zāi)各工況的運(yùn)行要求。
3．2 事故工況下設(shè)備運(yùn)行方案
事故工況通常指火災(zāi)事故工況和阻塞事故工況，
兩者的區(qū)別在于區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí)送風(fēng)方向按著火點(diǎn)是
靠近列車頭部還是尾部，原則是控制火焰和煙氣的蔓
延方向，保證多數(shù)乘客的安全。模擬計(jì)算分析重點(diǎn)研
究火災(zāi)事故工況下通風(fēng)設(shè)備與人員疏散配合的運(yùn)行方
案，全線同一時(shí)間只考慮一個(gè)事故點(diǎn)，初步擬定運(yùn)行方
案，并通過(guò)模擬計(jì)算分析與驗(yàn)證。
1)列車頭部著火時(shí)：關(guān)閉著火區(qū)間兩端車站迂回
風(fēng)道內(nèi)的迂回門，開啟出站方向的車站全高安全門，關(guān)
閉進(jìn)站方向的車站全高安全門，乘客進(jìn)入隧道向出站
方向的車站撤離。此時(shí)，由列車進(jìn)站方向的4臺(tái)隧道
風(fēng)機(jī)排煙，由出站方向的4臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)送風(fēng)，引導(dǎo)乘客
迎著新風(fēng)撤離。
2)列車尾部著火時(shí)：乘客的撤離方向與排煙的運(yùn)
行模式恰好與列車頭部著火時(shí)相反。
3)列車中部車廂著火時(shí)：關(guān)閉著火區(qū)間兩端車站
迂回風(fēng)道內(nèi)的迂回門，開啟進(jìn)站方向的車站全高安全
門，關(guān)閉出站方向的車站全高安全門，乘客由車頭和
車尾同時(shí)進(jìn)入隧道，從車頭下車的乘客迎著新風(fēng)迅速
向車站撤離，從車尾下來(lái)的乘客要順著煙氣流動(dòng)的方
向迅速撤到聯(lián)通兩孔隧道的聯(lián)絡(luò)通道處，由聯(lián)絡(luò)通道
進(jìn)入另一孑L隧道，迎著送風(fēng)方向撤離。排煙運(yùn)行方式
為：進(jìn)站方向的隧道風(fēng)機(jī)送風(fēng)，出站方向的隧道風(fēng)機(jī)
排煙。
4 模擬計(jì)算及分析
本研究?jī)H對(duì)列車位于下行區(qū)間的車頭著火工況進(jìn)
行闡述，其他著火工況的計(jì)算結(jié)果與之相同。
圖2為達(dá)官營(yíng)站、廣安門內(nèi)站及其之間區(qū)問(wèn)(簡(jiǎn)稱
“達(dá)一廣區(qū)間”)的SES節(jié)點(diǎn)圖，此時(shí)達(dá)官營(yíng)站的4臺(tái)隧
道風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)，靠近達(dá)一廣區(qū)間側(cè)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)對(duì)
下行區(qū)間排風(fēng)，另兩臺(tái)風(fēng)機(jī)分別對(duì)上下行區(qū)間排風(fēng)；廣
安門內(nèi)站的4臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行送風(fēng)，靠近達(dá)一廣區(qū)間
側(cè)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)對(duì)下行區(qū)間送風(fēng)，另兩臺(tái)風(fēng)機(jī)分別對(duì)
上下行區(qū)間送風(fēng)。圖6為其計(jì)算結(jié)果，可以看出，只開
啟該區(qū)間相鄰車站隧道風(fēng)機(jī)時(shí)，著火區(qū)間風(fēng)速為
1．5 nr／s，不滿足規(guī)范要求的2．0 m／s。由于達(dá)一廣區(qū)間
較長(zhǎng)，且該區(qū)間內(nèi)存在渡線，部分上行區(qū)間內(nèi)的空氣通
過(guò)渡線流人下行區(qū)問(wèn)，所以不能有效地提高著火區(qū)間
內(nèi)的風(fēng)速。為此，在下行區(qū)間內(nèi)并聯(lián)設(shè)置了兩臺(tái)射流
風(fēng)機(jī)，單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)風(fēng)量為14．6 m ／s，出口風(fēng)速為
36．8 m／s，推力為607 N。圖3為改進(jìn)后通風(fēng)方案的
SES節(jié)點(diǎn)圖，圖7為其計(jì)算結(jié)果。從計(jì)算結(jié)果可以看
出，射流風(fēng)機(jī)可以適當(dāng)提高著火區(qū)間內(nèi)的風(fēng)速，但仍不
能滿足規(guī)范要求。圖4為渡線內(nèi)再增設(shè)兩臺(tái)射流風(fēng)機(jī)
后的SES節(jié)點(diǎn)圖，圖8為其計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯诙?
都市快軌交通·第24卷第2期2011年4月
810
達(dá)官營(yíng)站 上行
圖2 達(dá)一廣區(qū)間SES節(jié)點(diǎn)圖1
廣安門內(nèi)站
達(dá)官營(yíng)站
807
上行
圖3 達(dá)一廣區(qū)間SES節(jié)點(diǎn)圖2
廣安門內(nèi)站
81O 81l 812
達(dá)官營(yíng)站 上行
圖4 達(dá)一廣區(qū)間SES節(jié)點(diǎn)圖3
廣安門內(nèi)站
達(dá)官營(yíng)站
§j4O URBAN RAPID RAIL TRANSIT
上行
圖5 達(dá)一廣區(qū)間SES節(jié)點(diǎn)圖4
廣安門內(nèi)站
地鐵長(zhǎng)區(qū)間事故通風(fēng)模擬分析
線內(nèi)設(shè)置射流風(fēng)機(jī)后，可以有效提高著火區(qū)間內(nèi)的風(fēng)
速，但仍沒(méi)有達(dá)到2 m／s的風(fēng)速要求。為避免通風(fēng)設(shè)備
過(guò)多，增加通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的控制難度，降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
運(yùn)行的穩(wěn)定性，放棄了繼續(xù)增設(shè)射流風(fēng)機(jī)的方案，將土建
專業(yè)達(dá)一廣區(qū)間結(jié)構(gòu)施工豎井在后期改造為區(qū)間風(fēng)井，并
在該區(qū)間風(fēng)井內(nèi)增設(shè)了兩臺(tái)可逆轉(zhuǎn)的隧道TvF風(fēng)機(jī)。圖
5為設(shè)置了區(qū)間風(fēng)井后的SES節(jié)點(diǎn)圖，圖9為其計(jì)算結(jié)果。
可以看出，區(qū)間風(fēng)速為2．6 m／s，滿足規(guī)范要求。
達(dá)官營(yíng)站 廣安門內(nèi)站
圖6 達(dá)一廣區(qū)間通風(fēng)計(jì)算結(jié)果1
達(dá)官營(yíng)站 廣安門內(nèi)站
圖7 達(dá)一廣區(qū)間通風(fēng)計(jì)算結(jié)果2
達(dá)官營(yíng)站 廣安門內(nèi)站
圖8 達(dá)一廣區(qū)間通風(fēng)計(jì)算結(jié)果3
一下行
達(dá)官營(yíng)站 廣安門內(nèi)站
圖9 達(dá)一廣區(qū)間通風(fēng)計(jì)算結(jié)果4
5 結(jié)語(yǔ)
本研究通過(guò)SES仿真軟件，對(duì)北京地鐵7號(hào)線達(dá)
官營(yíng)站一廣安門內(nèi)站長(zhǎng)區(qū)間火災(zāi)工況下不同通風(fēng)方案
進(jìn)行了分析比較。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，對(duì)于達(dá)一
廣區(qū)間，如果列車位于下行區(qū)間靠近廣安門內(nèi)站的車
頭著火，只依靠區(qū)間相鄰車站開啟隧道風(fēng)機(jī)或者在區(qū)
間內(nèi)增設(shè)射流風(fēng)機(jī)，是難以滿足火災(zāi)工況下的通風(fēng)排
煙需求的；通過(guò)將區(qū)間結(jié)構(gòu)施工豎井改為通風(fēng)豎井并
設(shè)置機(jī)械風(fēng)機(jī)，區(qū)間排煙風(fēng)速就能達(dá)到2．6 m／s(此時(shí)
的風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式為：達(dá)官營(yíng)站4臺(tái)風(fēng)機(jī)及區(qū)間風(fēng)井2
臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)，廣安門內(nèi)站4臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行送風(fēng))，可
以有效地控制煙氣流動(dòng)，引導(dǎo)乘客撤離。
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(編輯：郭潔)
Simulation and Analysis
0f Emergency Ventilation f0r
Long M etro Transit Tunnels
Ren M ingliang Li Yan
f Beijing General Municipal Engineering Design＆
Researeh Institute．Beijing 1 00082)
Abstract：SES(subway environmental simulation)is effective
software to SOlve subway environment problems．This article
gives a detailed in訂oduction of the fire model of SES．based on
which a simulation Was carl"ied out on the different ventilation
options for the tunnel betw een Daguanying Station and
Guanganmengnei Station on Beijing metro Line 7 in which
occurred a f e accident．Simulation resuRs indicated that air
velocity in the transit tunnel on fwe Was below 2．0 rn／s when
ventilation fans on two adjacent stations were open together
with the et fan opened on the transit tunne1 cross—over．while
the air vebcity Was 2．6 rn／s when a mid—tunne1 ventilation shaft
was provided and the fan in 仃an sit tunnel an d the fans on both
stations adjacent to the訂ansit tunnel were open．thereupon the
requirements of ventilation by Code Can be satisfied．
Key words：metro；fire；tran sit tunnel；emergency ventilation；
softw are SES；simulation an alysis

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