廣州某地鐵火災煙霧模擬

李思媛　張宏濤　梁　雪

(北方工業大學土木工程學院，北京　100144)

地鐵是現在都市中人們出行的主要交通工具，絕大多數的地鐵都位于地下，一旦發生火災，煙氣將迅速蔓延，地鐵站的出口通道比較小，火災發生時這些因素都會成為威脅人生命安全的隱患。因此對地鐵站臺設置合理的擋煙垂壁方式尤其地重要。

1　工程背景

該地鐵站屬于地下2層結構，站臺的建筑面積比較大，在東、西、南、北四個方向分別設立地鐵口。在使用FDS軟件建造模型時，站臺層每一個擋煙垂壁各有2個站臺風機，總共4臺站臺風機；本次模擬需要采集1.68 m高處的溫度、CO濃度以及煙氣層高度這3個參數。將地鐵站臺層分為3個數據采集的區域，如圖1所示。FDS軟件擁有自行統計的功能，可以自主選出一些參數的最大(小)值，本文選擇疏散樓梯處的位置作為測量煙氣點。

2　站臺火災場景設置

《地鐵設計防火規范》中指出[6]：為了疏散通道里的和作為疏散通道一部分的站廳里的旅客，在疏散前，煙的流動會受到阻礙，有必要配備擋煙垂壁等阻礙煙流動的設施。本次的文章主要研究擋煙垂壁的存在對于地鐵發生火災時煙氣蔓延的影響。情景一、情景二分別設置有無擋煙垂壁。通過兩種不同情景的模擬，尋出最佳方案。

3　擋煙垂壁對煙氣流動的影響

3.1　情景一結果分析

情景一為沒有擋煙垂壁，只是在自然排煙的情景下，關閉了所有其余的排煙系統，模擬結果如圖1所示。

從圖1中可看出，50 s時煙氣已經逐步開始向站臺左側與站廳層擴散，150 s時候煙氣已經擴散到站臺最左邊，并且還在不斷地向四周蔓延，站廳層的煙氣流量陡然增大。250 s時，煙氣量還在持續增加，煙氣基本已經充滿了整個站臺層。360 s時，煙氣的濃度持續增大，整個站廳已完全被充滿。

取模型x，y截面處分析火災時，從圖2，圖3中可以看出，在50 s的時候，只有火源附近的區域溫度較高，站臺其余區域基本沒有變化，仍然是20 ℃。150 s的時候火源附近的區域溫度在逐步升高，站臺左邊溫度稍微有點升高。250 s的時候，高溫的區域不斷擴大，站臺層左邊溫度將近達到50 ℃。360 s的時候，火源附近溫度仍然在繼續升高，而其余區域的溫度變化不大，情景一下各個區域可用安全疏散的時間見表1。

表1　情景一下各個區域可用安全疏散的時間

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3.2　情景二情況下的結果

情景二是加了擋煙垂壁，關閉其余所有的排煙系統，模擬結果如圖4～圖6所示。

從圖4中可以看出，50 s時煙氣主要集中于右邊，并且還沒擴散到左邊，只有一小部分的煙氣透過樓梯口傳遞到了站廳層。當150 s的時候，煙氣慢慢散布到站臺的左邊，與此同時煙氣也漸漸往下部擴散，站廳層中的煙氣量也開始明顯增多。當250 s的時候，站臺層已經完全被煙氣充滿，右邊基本已被煙氣充滿。360 s的時候煙氣量持續加大，站臺層和站廳層也完全被充滿。

從圖5可以看出，50 s時，火源旁邊的環境溫度相對比較高，站臺右邊的一部分區域溫度有所升高，左邊的環境溫度基本沒有變化。150 s的時候，在火源旁的高溫區域也逐步開始擴大，左邊區域的溫度有小提升。250 s的時候，高溫區域持續不斷擴大，右側溫度持續提高。360 s時，火源附近的溫度基本保持穩定，其他區域的溫度稍有增加。CO濃度的變化如圖6所示，情景二各區域可用安全疏散的時間見表2。

表2　情景二各區域可用安全疏散的時間

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3.3　情景一二的對比分析

情景一與情景二分別模擬了站臺在自然排煙系統的情況下，有無擋煙垂壁對于地鐵火災的內部的一些影響，通過FDS軟件建模，對兩種情況進行模擬結果可知：在自然排煙系統的情況下，火災剛剛發生時，擋煙垂壁的存在確實有效的控制了煙氣的擴散，但是隨著時間的增長，火災中后期，煙氣量的逐漸加大，并不能阻止煙氣的進一步蔓延。安全樓梯口向下的風速低于標準值，所以無法控制阻止火災情況下產生的煙氣向站廳層的擴散。

4　結論與建議

1)在自然排煙系統的情況下，火災開始時擋煙垂壁的存在還可以有效的控制住煙氣的擴散，但在火災中后期，煙氣量也慢慢增多，也不能控制煙氣的擴散。在設置擋煙垂壁的情況下有效減小了區域一二的溫度，阻止了CO濃度的不斷提升，最終使得在火災情況下，可以延續人員安全逃離的時間，軟件模擬分析可知：區域二以及區域三的人員逃離時間分別延長了將近17%；這與《地鐵設計防火規范》中：位于站臺和線路之間的向下垂掛的擋煙垂壁具有防止煙向站臺擴散、阻礙煙流動的效果相符合。

2)在自然排煙系統情況下，火災的煙氣蔓延的速度快、范圍廣，站臺層會被火災煙氣充滿，各個區域的可用安全逃離時間都小于規范所規定的數值，由此模擬也可得到，站臺如果僅僅采用自然排煙系統是沒法保障人員在火災下可以安全逃離；因此本文建議站臺發生火災時開啟站臺的排煙機，可以有效地控制煙氣的蔓延，大大增加了人員可用安全逃離時間。