文、圖／北京市安全生產(chǎn)科學技術研究院 梅楠 季學偉 侯占杰 時德軼 侯烺祎

城市軌道交通地下車站與地面建筑相比，由于其位于地下，工程結構復雜，環(huán)境密閉、通道狹窄，連通地面的疏散出口少，逃生路徑長，發(fā)生火災后，會給人員疏散和滅火搶險帶來困難，嚴重威脅乘客、地鐵職工和搶險救援人員的生命安全。通風排煙系統(tǒng)作為城市軌道交通環(huán)境與設備系統(tǒng)的重要組成部分，由于具有其換氣、排熱、保溫、排煙等重要功能，在保障正常運營和乘客安全方面發(fā)揮著至關重要的作用。近年來，我國城市軌道交通飛速發(fā)展，地下車站火災排煙設計趨于成熟，能夠起到火災情況下保證人員安全疏散的作用。

目前的國內(nèi)的排煙模擬研究，主要以驗證現(xiàn)有系統(tǒng)可行性為主，并且都將滿足樓梯口補風1.5m/s為主要衡量指標，而忽略或弱化煙氣控制對保證乘客疏散安全的影響。本文通過模擬手段，以煙氣控制為衡量排煙工況的主要指標，對地下車站6輛編組的屏蔽門型標準站站臺行李火災工況進行有益探索。

車站及通風系統(tǒng)設計

車站結構。本次模擬將6輛編組的屏蔽門型標準站作為模擬對象，車站上下共兩層，上層為站廳層，下層為站臺層，站體結構總長225m、寬25m、高17m，有效站臺寬度為12m、長120m。站臺層層高4.6m，站廳層層高7.8m站臺通過三組樓扶梯、樓梯，與站廳層相連（如圖1所示）。

通風系統(tǒng)設計。地下車站的通風空調(diào)系統(tǒng)由隧道通風系統(tǒng)、車站公共區(qū)通風空調(diào)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）、設備管理用房區(qū)通風空調(diào)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）、空調(diào)水系統(tǒng)等部分組成。車站軌行區(qū)隧道排熱系統(tǒng)兼作排煙系統(tǒng)，每個車站上、下行線出站端各設置2座活塞風道，典型車站每站共設置4臺風量60m3/s的TVF風機，軌行區(qū)設置2臺風量45m3/s排熱風機、多個組合聯(lián)動風閥。車站大系統(tǒng)主要由組合式空調(diào)機組、回/排風機、排煙風機、送/排風管（道）及各種閥門等組成。在空調(diào)工況下，系統(tǒng)采用全空氣一次回風系統(tǒng)，新風與回風在混合段（室）混合，經(jīng)組合式空調(diào)機組冷卻處理、風機加壓后，通過站廳、站臺送風管及風口送入車站。

模擬設計

模型設計。采用全尺寸建模，嚴格按照車站結構相關參數(shù)設置模型，模型結構見圖2。

火源設計。模擬假設行李箱著火，火災規(guī)模取2.5MW，火源尺寸2m×3m，按火災增長系數(shù)為快速增長火考慮，約231s達到峰值后保持穩(wěn)定燃燒。

監(jiān)測單元設計。模型設置圖像、數(shù)值監(jiān)測單元，三個樓扶梯口各設置一個數(shù)值檢測面，距離火源-3m、-6m、-25m、+3m、+36m，分別設置人員安全高度（距離地面2m）以上，長7m，寬0.5m的數(shù)值監(jiān)測面，在人員安全高度和人員安全高度以上0.5m分別設置1個圖像檢測面。各監(jiān)測單元主要監(jiān)測煙氣蔓延面積、溫度、能見度、一氧化碳濃度等指標。

計算網(wǎng)格設計。在保證計算精確地原則下，將車站模型的網(wǎng)格進行非均勻劃分，設置站廳層、站臺層兩個計算網(wǎng)格，站臺層每個計算單元尺寸為1m×0.5m×0.25m，站廳層每個計算單元尺寸為1m×1m×0.25m，計算網(wǎng)格總單元數(shù)量為634608個，計算時間為600s。

模擬排煙工況設計。選取地下車站6輛編組的屏蔽門型標準站站臺行李火災常規(guī)排煙工況和兩個對比工況進行模擬。

常規(guī)排煙工況。站臺公共區(qū)行李火災后，開啟兩側的4臺隧道風機、軌行區(qū)排熱風機、開啟站臺兩側端門4個端門，站臺公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為排煙模式進行輔助排煙，站臺屏蔽門處于關閉狀態(tài)。此工況簡稱為G1。

開啟一側端門排煙工況。站臺公共區(qū)行李火災后，開啟兩側的4臺隧道風機、軌行區(qū)排熱風機、開啟站臺距離火災較近一側2個端門，站臺公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為排煙模式進行輔助排煙，站臺屏蔽門處于關閉狀態(tài)。此工況簡稱為G2。

開啟一個端門排煙工況。站臺公共區(qū)行李火災后，開啟兩側的4臺隧道風機、軌行區(qū)排熱風機、開啟站臺距離火災較近一側1個端門，站臺公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為排煙模式進行輔助排煙，站臺屏蔽門處于關閉狀態(tài)。此工況存在一定限制條件，即隧道一側兩個風機能夠通過一側軌行區(qū)的隧道排風口進行排風，此工況簡稱為G3。

模擬情況

煙氣蔓延情況。在600s的模擬時間內(nèi)，G1、G2、G3工況均將煙氣控制在站臺層區(qū)域內(nèi)。地鐵疏散要求時間（360s），煙氣在站臺層的分布情況見圖3。由圖可知G2、G3工況煙氣控制范圍，明顯優(yōu)于G1。

溫度控制情況。距站臺高度2.5m的溫度場分布情況見圖4。由圖可知G2、G3工況溫度場控制范圍，明顯優(yōu)于G1。圖5反映了火源周邊的溫度變化情況，在距離火源-3m、-6m的監(jiān)測面反映出G1工況的火源周邊溫度略高于G2、G3工況。由于G2、G3工況關閉了距離火源處較遠一側的端門，實際取消了該側排風，故在火源+3m處，G1工況的溫度遠大于G2、G3工況，通過數(shù)值監(jiān)測也較好的說明了，G2、G3在溫度場控制方面優(yōu)于G1工況。

能見度控制情況。距站臺高度2.5m的溫度場分布情況見圖5。由圖可知G2、G3工況能見度控制情況，明顯優(yōu)于G1。

CO濃度情況。距站臺高度2.5m的CO濃度分布情況見圖6。由圖可知G1、G2、G3工況的CO濃度控制情況基本一致。

樓梯口補風速度情況。該標準站設置3組樓扶梯口，G 1 工況為常規(guī)排煙工況，3組樓梯口的補風速度都達到了1.5m/s 的標準要求。G 2、G 3 工況距離開啟端門最遠的樓梯口補風速度均略小于標準要求的1.5m/s，詳見圖7。

結論

根據(jù)模擬結果可知，G1、G2、G3工況均具有良好的排煙效果，雖然G2、G3工況不能完全滿足標準要求，但由于遠端并沒有煙氣蔓延，故不會對人員安全和疏散造成影響。通過類比煙氣蔓延情況、能見度控制情況、溫度控制情況、CO濃度，綜合判定G2、G3排煙工況的實際效果要優(yōu)于G1排煙工況。本次研究的地下車站6輛編組的屏蔽門型標準站站臺行李火災優(yōu)化工況并未改變相關設施設置，通過調(diào)整端門的啟閉狀態(tài)取得了良好的排煙效果，后續(xù)會通過熱煙試驗繼續(xù)驗證優(yōu)化工況的可行性。