列車硬座車廂火災數值模擬分析及防止措施

劉平

（神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404）

列車硬座車廂火災數值模擬分析及防止措施

劉平

（神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404）

本文通過對列車硬座車廂火災數值模擬分析，對火災發展過程進行了研究，并提出優化方案。

煙霧濃度；能見度；疏散時間

目前鐵路運輸成為人們出行和貨物運輸的主要形式之一，而且隨著生活水平的提高和人們對列車安全性和舒適性要求的不短增加，密閉的列車成為當前的主要列車形式。密閉列車在給人們帶來舒適性的同時，存在著一個巨大的安全隱患——火災。由于列車的密閉性，一旦發生火災對人們的危害要比其他列車要大，而其中對人們健康和安全影響最大的就是煙氣傷害，這也是火災中對人們影響最為嚴重的災害之一，因此當前十分有必要研究列車內的通風排煙系統及火災中的煙氣發展影響。

1 列車硬座車廂火災風險分析

（1）列車火災危險源分析。第一類危險源包括可燃物、火災煙氣及燃燒產生的有毒有害氣體成分；內飾材料，各種電器線路，一些易燃，易爆危險品。第二類危險源是為了防止火災發生、降低火災危害所采取的措施中存在的缺陷。

（2）列車火災的主要原因。一是人為的不安全行為；二是物質的不安全狀態；三是車輛技術的缺陷。而人為的不安全行為是最主要的因素。

（3）列車火災的特點。旅客列車上可燃物多，火災蔓延速度快；蓄煙量少，易造成人員中毒身亡；人群擁擠，疏散困難；火車象一條長匣子，撲救困難。

2 列車車廂內部煙氣運動數值模擬

由于遮光性、毒性、缺氧和高溫的影響，煙氣是火災中造成人員傷亡的重要原因。為了減小煙氣對人的危害和財產的損失，我們有必要對火災煙氣的發展規律進行研究，掌握其發展規律，為人員的疏散和列車管理及運行提供參考。

2.1 列車車廂模型的選取與簡化

以鐵路YW25T型空調硬座車一節車廂內部空間作為模擬計算對象，計算區域的尺寸為：25.5m×3.0m×2.5m(長×寬×高)，車廂左右兩側各有12個座椅，車廂定員為96人，空調送風方式為頂部送風，回風方式為側回風，即在車廂兩端利用車門回風。

真實列車車廂的結構比較復雜，具有許多不規則形狀的部件，要完全模擬其內部的湍流流場、溫度場及煙氣濃度場，無論從計算時間、計算機容量以及計算過程中技術問題的考慮十分困難。因此，本文在研究中忽略列車的外部尺寸，忽略車廂內部細小部件的影響，認為座椅等是由阻燃材料組成，忽略車廂內人的影響。這樣更有利于研究的開展。

2.2 計算區域的網格劃分

本論文需要計算的是列車車廂的內部場的分布，因此計算域就是整個的車廂內部空間。根據列車車廂幾何模型的特點和溫度梯度的不同，分別以車廂長、寬、高作為坐標的X、Y、Z方向，在直角坐標系下劃分計算網格，網格數目為50×6×25。

2.3 煙氣的發展

選擇的是穩態快速增長火源a=0.04689，火源處于列車中間地面,因為車廂兩端都有開口，通風條件相對較好。這種做法顯得有點保守，但是這正是火災危險分析所要求的。本論文火源面積選0.5×0.5m2、0.8×0.8m2，火源釋熱速率取3MW和2.5MW對比。火源不斷地向周圍釋放熱量和產生煙。

2.4 模擬的工況

在列車中間地面設置快速增長火源，火災增長系數a=0.04689，火源功率取3MW，火源面積取0.5×0.5m2，90秒時溫度達到極限60℃，80秒可見度達到極限10m，當煙氣層達到距離地板高1.8m時，將影響人員正常疏散。

在列車中間地面設置快速增長火源，火災增長系數04689.0=α，火源功率取3MW，火源面積取0.8×0.8m2，80秒時溫度達到極限60℃，70秒可見度達到極限10m，當煙氣層達到距離地板高1.8m時，將影響人員正常疏散。

在列車中間地面設置快速增長火源，火災增長系數a=0.04689，火源功率取2.5MW，火源面積取0.5×0.5m2，110秒時溫度達到極限60℃，75秒可見度達到極限10m，當煙氣層達到距離地板高1.8m時，將影響人員正常疏散。

3 優化方案的提出及可行性分析

在火源的功率不同和火源面積不同的情況下，對列車火災進行分析比較。當火源功率越大時，對人員的安全疏散危害越大；火源面積越大，對人員的安全疏散影響越大。

荷載隨時間變化而變化的荷載即移動荷載，與大小方向沒有關系，且大小不為0。列車作為主要的交通運輸工具，由于列車上乘客攜帶了大量的物品，這些物品大大增加了列車的火災安全隱患。根據火源的增長速度，火源可分為超快速火源、快速火源、中速火源、慢速火源、其火災增長因子為0.1876、0.04689、0.001127、0.002931。列車上乘客主要攜帶的物品基本包括：乘客衣物，纖維物品，裝滿物品布袋、塑料泡沫、紙箱，皮箱，木制品等等。汽油、易燃物品等（禁止攜帶）屬于超快速增長，火災增長因子0.1876；紙箱、塑料泡沫、裝滿物郵袋屬于超快速增長，火災增長因子0.04689；木制品、衣物、纖維物品屬于中速和慢速增長，火災增長因子0.001127、0.002931。基于此，本文提出了優化方案。

3.1 優化方案的提出

（1）優化方案一。減少乘客攜帶物品的量。兒童隨身攜帶的物品為10kg，成人20千克，其中外交人員35kg。一節車廂96人，Q=3MW，當每人減少攜帶物品一半時，減少質量M=5×10×15×96，根據火源功率=質量燃燒速率×燃燒效率因子×單位質量可燃物熱值0.7MW，火源功率取3MW-0.7MW=2.3MW，火源面積取0.5×0.5m2。

時間達到115s時，列車車廂內離地面高度為1.8m處煙氣溫度達到60℃，影響人員安全疏散。

時間達到85s時，車廂內1.8m高處的能見度將小于10m，將影響人員的安全疏散。

時間達到320s時，列車車廂內離地面高度為1.8m處CO2隨時間的變化而變化，當空氣中CO2達到0.3%，會影響到人員的安全疏散。

列車車廂內離地面高度為1.8處CO隨時間的變化而變化，當空氣中CO達到1000ppm，會影響到人員的安全疏散。

（2）優化方案二。只允許乘客攜帶火災中速增長物品或火災慢速增長物品a=0.001127，兒童隨身攜帶的物品為10千克，成人20kg，其中外交人員35千克，Q=3MW火源面積取0.5×0.5m2。通過FDS建立模型進行分析。

火災釋熱速率車廂內1.8m處溫度變化情況當時間達到450s時，人員疏散將受到溫度影響。

車廂內1.8m處能見度當時間達到350s時，人員疏散將受到能見度的影響。

車廂內1.8m處CO2當時間達到500s時，CO2會影響到人員的安全疏散。

3.2 優化方案的可行性

方案一是通過限制乘客攜帶可燃物品的量來減少火災，通過方案一可以為火災人員疏散獲得很少的疏散時間這種方案在實際火車管理和運營中不經濟，也不合理。方案二是通過限制乘客攜帶可燃物品的種類，只準乘客攜帶火災增長速度較慢的物品，通過這種方案可以為火災中人員獲得較多的安全疏散時間（250～300s），但這種方案限制乘客攜帶物品，會給旅客帶來不便。

3.3 防止火災發生、降低火災危害措施

（1）內裝修材料盡量使用不燃或難燃材料，窗簾和座椅外罩進行阻燃處。

（2）定期檢查火車上的各種電氣線路，及時更換故障線路。

（3）實行防火責任制，并派專人負責全車的防火安全檢查，并負責對乘客進行防火教育。定期巡邏，及時消除火災隱患。每節車廂應準備一根鐵棍或者榔頭等工具，以備必要時使用。

（4）加強列車防火管理。禁止在車廂內吸煙和使用明火，禁止亂扔煙頭。對于臥鋪車廂的乘客，更應教育他們不要在車廂內吸煙，更不能躺在臥鋪上吸煙。加強進站前對易爆、易燃危險品的檢查。

（5）應按相關規范和標準的要求配備相關滅火設施，并對其進行定期檢查、檢修。

（6）限制客流量。應采取措施，對火車的乘載人數進行限制，避免火車內乘客過于擁擠。

4 結語

通過對車廂內煙氣流動的研究，了解溫度場和煙氣濃度場的分布，可以采取更好的緊急滅火及排煙措施，有助于控制火勢向相鄰車廂發展。掌握火災發生時列車內的溫度分布規律，不僅是確定列車的耐火性能和防火分隔及布置消防設施的關鍵，而且對構建物各部分的材料選擇和構筑物的結構設計等具有重要的意義，并對火災報警裝置的安裝位置提供指導。

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U231.96

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1671-0711（2017）03（上）-0175-02