沈阳地铁二号线车站区火灾及人员疏散数值模拟研究

论文摘要

地铁作为现代化的城市轨道交通之一,承担着越来越重要的大客流运输任务。从城市化、能源、效率与环境等方面考虑,地铁具有运量大、速度高、污染低、能耗少等特点,符合可持续发展的原则。发展城市轨道交通对缓解交通压力、促进城市经济和社会快速发展都具有重要作用,因而发展迅速并受到人们的青睐。目前全世界已有100多座城市开通了300多条地铁线路,总长度超过6000km。现阶段我国已有30多座城市相继开展了城市轨道交通的建设。地铁在缓解城市紧张交通的同时,一旦发生火灾,后果将十分严重。近些年来国内外一些地铁火灾事故也为人们敲响警钟。因此,对地铁火灾烟气运动、通风排烟、应急疏散等问题进行分析,具有重要的指导意义。关于火灾的研究,主要有实验研究和模拟研究。相对而言,模拟研究具有消费少、周期短、可重复性好的优点,同时随着计算机的发展,数值模拟研究方法得到广泛采用。其中CFD(计算流体力学)的方法,对于火灾烟气的模拟研究具有突出优势。本文运用Thunderhead Engineering公司开发的PyroSim火灾模拟软件和PathFinder人员疏散模拟软件进行地铁车站火灾及人员疏散数值模拟。地铁火灾是非稳态的湍流燃烧过程,烟气流动也是三维、非稳态的湍流流动过程,在对地铁火灾可能性及可燃物的分析基础上,建立了火灾烟气数值模拟的数学模型,以沈阳地铁二号线岛式车站为研究对象,利用PyroSim软件,建立车站的几何模型,通过设定列车、站台、站厅不同位置和不同强度的火源,模拟火灾发展过程烟气运动规律,测量了不同火灾情况下烟气的蔓延范围、温度、毒性、能见度等数据,并系统分析各数据是否在我国《地铁设计规范》规定的火灾疏散时间内超过人体承受上限。同时,利用PathFinder软件,针对不同的火灾场景模拟人员疏散过程,分析车站的设计能否保证火灾发生时人员在《地铁设计规范》规定的火灾疏散时间内抵达安全区域。从而对沈阳地铁二号线车站的防火、排烟、疏散的设计情况进行评价。同时对排烟系统进行了改进,进一步提高了对火灾烟气各有害因素的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 世界地铁发展情况
• 1.1.2 我国地铁发展情况
• 1.2 地铁站结构特点
• 1.3 地铁灾害事故统计
• 1.4 地铁火灾特点
• 1.4.1 火灾的特点
• 1.4.2 人员难以疏散
• 1.4.3 地铁火灾可燃物的多样性
• 1.4.4 起火原因的多样性
• 1.5 国内外研究现状
• 1.5.1 地铁火灾研究现状
• 1.5.2 人员疏散研究现状
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 车站建筑及消防设计
• 2.1 沈阳地铁二号线概况
• 2.1.1 线路
• 2.1.2 设计年限与预测客流
• 2.1.3 组织运营
• 2.2 车站基本情况
• 2.2.1 车站空间
• 2.2.2 疏散通道
• 2.2.3 屏蔽门
• 2.2.4 列车
• 2.2.5 隧道空间
• 2.3 车站通风排烟系统
• 2.4 车站内紧急疏散设计
• 2.5 车站给水、排水及消防系统
• 第3章 数值模型的建立
• 3.1 火灾烟气扩散模拟方法
• 3.2 PyroSim数学模型
• 3.2.1 PyroSim的优点与缺点
• 3.2.2 基本控制方程
• 3.2.3 湍流流动模型
• 3.2.4 燃烧模型
• 3.2.5 辐射传热模型
• 3.2.6 初始条件与边界条件
• 3.3 火灾热释放速率
• 3.4 危险判定依据
• 3.5 火灾模拟参数设置
• 3.5.1 火源设置
• 3.5.2 空间网格分析
• 3.5.3 模拟场景设计
• 3.5.4 车站三维模型构建
• 第4章 车站区火灾烟气数值分析
• 4.1 站厅层火灾
• 4.1.1 站厅层烟气蔓延过程
• 4.1.2 站厅安全高度处烟气特征参数变化
• 4.2 地铁车站站台中部火灾
• 4.2.1 站台层—站厅层烟气蔓延过程
• 4.2.2 站台安全高度处烟气特征参数变化
• 4.3 站台楼梯口火灾
• 4.3.1 站台层—站厅层烟气蔓延过程
• 4.3.2 站台安全高度处烟气特征参数变化
• 4.3.3 改进排烟模式的数值模拟分析
• 4.4 停靠车站列车火灾
• 4.4.1 站台层烟气蔓延过程
• 4.4.2 隧道内火灾增长及烟气蔓延过程
• 4.4.3 隧道向车站站台的烟气蔓延过程
• 4.4.4 站台安全高度处特征参数变化
• 4.4.5 改进排烟模式的数值模拟分析
• 第5章 车站区人员疏散模拟分析
• 5.1 人员安全疏散判据
• 5.1.1 人员安全疏散的相关规范设计要求
• 5.1.2 火灾工程学中对人员安全疏散的要求
• 5.2 人员疏散计算模型
• 5.2.1 模型分类
• 5.2.2 PathFinder简介
• 5.2.3 PathFinder模拟场景建立
• 5.3 地铁车站人员疏散策略研究
• 5.3.1 疏散人数
• 5.3.2 疏散路径
• 5.3.3 疏散安全区
• 5.4 岛式车站人员疏散模拟分析
• 5.4.1 车站结构和疏散通道设计
• 5.4.2 人员荷载计算
• 5.4.3 计算模拟场景
• 5.4.4 站厅火灾人员疏散特性分析
• 5.4.5 站台中部火灾人员疏散特性分析
• 5.4.6 站台楼梯口处火灾人员疏散特性分析
• 5.4.7 站台列车火灾人员疏散特性分析
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢