广州某地铁火灾烟雾模拟

李思媛　张宏涛　梁　雪

(北方工业大学土木工程学院，北京　100144)

地铁是现在都市中人们出行的主要交通工具，绝大多数的地铁都位于地下，一旦发生火灾，烟气将迅速蔓延，地铁站的出口通道比较小，火灾发生时这些因素都会成为威胁人生命安全的隐患。因此对地铁站台设置合理的挡烟垂壁方式尤其地重要。

1　工程背景

该地铁站属于地下2层结构，站台的建筑面积比较大，在东、西、南、北四个方向分别设立地铁口。在使用FDS软件建造模型时，站台层每一个挡烟垂壁各有2个站台风机，总共4台站台风机；本次模拟需要采集1.68 m高处的温度、CO浓度以及烟气层高度这3个参数。将地铁站台层分为3个数据采集的区域，如图1所示。FDS软件拥有自行统计的功能，可以自主选出一些参数的最大(小)值，本文选择疏散楼梯处的位置作为测量烟气点。

2　站台火灾场景设置

《地铁设计防火规范》中指出[6]：为了疏散通道里的和作为疏散通道一部分的站厅里的旅客，在疏散前，烟的流动会受到阻碍，有必要配备挡烟垂壁等阻碍烟流动的设施。本次的文章主要研究挡烟垂壁的存在对于地铁发生火灾时烟气蔓延的影响。情景一、情景二分别设置有无挡烟垂壁。通过两种不同情景的模拟，寻出最佳方案。

3　挡烟垂壁对烟气流动的影响

3.1　情景一结果分析

情景一为没有挡烟垂壁，只是在自然排烟的情景下，关闭了所有其余的排烟系统，模拟结果如图1所示。

从图1中可看出，50 s时烟气已经逐步开始向站台左侧与站厅层扩散，150 s时候烟气已经扩散到站台最左边，并且还在不断地向四周蔓延，站厅层的烟气流量陡然增大。250 s时，烟气量还在持续增加，烟气基本已经充满了整个站台层。360 s时，烟气的浓度持续增大，整个站厅已完全被充满。

取模型x，y截面处分析火灾时，从图2，图3中可以看出，在50 s的时候，只有火源附近的区域温度较高，站台其余区域基本没有变化，仍然是20 ℃。150 s的时候火源附近的区域温度在逐步升高，站台左边温度稍微有点升高。250 s的时候，高温的区域不断扩大，站台层左边温度将近达到50 ℃。360 s的时候，火源附近温度仍然在继续升高，而其余区域的温度变化不大，情景一下各个区域可用安全疏散的时间见表1。

表1　情景一下各个区域可用安全疏散的时间

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3.2　情景二情况下的结果

情景二是加了挡烟垂壁，关闭其余所有的排烟系统，模拟结果如图4～图6所示。

从图4中可以看出，50 s时烟气主要集中于右边，并且还没扩散到左边，只有一小部分的烟气透过楼梯口传递到了站厅层。当150 s的时候，烟气慢慢散布到站台的左边，与此同时烟气也渐渐往下部扩散，站厅层中的烟气量也开始明显增多。当250 s的时候，站台层已经完全被烟气充满，右边基本已被烟气充满。360 s的时候烟气量持续加大，站台层和站厅层也完全被充满。

从图5可以看出，50 s时，火源旁边的环境温度相对比较高，站台右边的一部分区域温度有所升高，左边的环境温度基本没有变化。150 s的时候，在火源旁的高温区域也逐步开始扩大，左边区域的温度有小提升。250 s的时候，高温区域持续不断扩大，右侧温度持续提高。360 s时，火源附近的温度基本保持稳定，其他区域的温度稍有增加。CO浓度的变化如图6所示，情景二各区域可用安全疏散的时间见表2。

表2　情景二各区域可用安全疏散的时间

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3.3　情景一二的对比分析

情景一与情景二分别模拟了站台在自然排烟系统的情况下，有无挡烟垂壁对于地铁火灾的内部的一些影响，通过FDS软件建模，对两种情况进行模拟结果可知：在自然排烟系统的情况下，火灾刚刚发生时，挡烟垂壁的存在确实有效的控制了烟气的扩散，但是随着时间的增长，火灾中后期，烟气量的逐渐加大，并不能阻止烟气的进一步蔓延。安全楼梯口向下的风速低于标准值，所以无法控制阻止火灾情况下产生的烟气向站厅层的扩散。

4　结论与建议

1)在自然排烟系统的情况下，火灾开始时挡烟垂壁的存在还可以有效的控制住烟气的扩散，但在火灾中后期，烟气量也慢慢增多，也不能控制烟气的扩散。在设置挡烟垂壁的情况下有效减小了区域一二的温度，阻止了CO浓度的不断提升，最终使得在火灾情况下，可以延续人员安全逃离的时间，软件模拟分析可知：区域二以及区域三的人员逃离时间分别延长了将近17%；这与《地铁设计防火规范》中：位于站台和线路之间的向下垂挂的挡烟垂壁具有防止烟向站台扩散、阻碍烟流动的效果相符合。

2)在自然排烟系统情况下，火灾的烟气蔓延的速度快、范围广，站台层会被火灾烟气充满，各个区域的可用安全逃离时间都小于规范所规定的数值，由此模拟也可得到，站台如果仅仅采用自然排烟系统是没法保障人员在火灾下可以安全逃离；因此本文建议站台发生火灾时开启站台的排烟机，可以有效地控制烟气的蔓延，大大增加了人员可用安全逃离时间。