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原文传递基于火灾动力学与人群疏散模拟的地铁车站火灾安全疏散问题研究

论文题名：	基于火灾动力学与人群疏散模拟的地铁车站火灾安全疏散问题研究
关键词：	地铁车站;安全疏散;人群密集;环境参数;火灾动力学
摘要：	随着我国城市化进程的加快，逐步增加的城市人口对公共交通提出了更高的要求。地铁因具有占地少、准点快捷、载客量大及不影响城市景观等优点而成为许多城市公共交通发展和建设的重点。与此同时，地铁带来的交通便利及其较大的客运能力使部分地铁车站成为城市中典型的人群密集场所。地铁车站大多位于地面以下，通过有限的通道与外界相连通，环境相对封闭。一旦发生火灾等突发安全事件，车站内的人群疏散相对较为困难，人员伤亡及财物损失可能十分严重，其疏散安全性判断以及疏散方法仍需要深入的研究。现有研究多采用限定的时间值进行地铁车站火灾疏散安全性判断，分析在限定时间内各类火灾现场环境因素如燃烧产物、氧气含量等对应的参数是否已达到安全临界值(浓度)以完成安全疏散可行性判断。但部分车站可能因为人群密集、车站结构复杂等因素不一定能于限定的时间内完成疏散。鉴于此，本文采用理论分析、火灾模拟与疏散模拟相结合的方法，深入研究了地铁车站火灾条件下完成疏散所需时间的计算方法及多种火灾现场环境因素对疏散人群的影响累积效应，提出了火灾条件下人群安全疏散判断方法；构建了典型车站结构的站厅与站台火灾模型，对多种火灾现场环境因素的分布特征与变化规律进行了研究，并进一步使用提出的火灾条件下人群安全疏散判断方法对火灾现场环境因素数据进行计算分析；基于火灾动力学与人群疏散模拟，提出了站厅火灾条件下部分人群向下疏散这一新的疏散模式，并对其实用性与有效性进行了验证。本文开展的研究工作及得到的主要研究成果如下：　　1、广泛收集国内外发生于地铁车站范围内的历史性火灾事件，深入分析地铁车站火灾的发生规律与特征。结果表明，火灾是地铁车站中较为常见的原生或次生灾害类型，造成严重人员伤亡的主要原因是可燃物燃烧所产生的烟气、各类有毒有害气体及车站内的高温。　　2、考虑烟气高度、能见度、温度、一氧化碳浓度及氧气含量5个火灾现场环境因素对人体的影响，研究建立了地铁车站安全疏散判断方法。以火灾现场温度、一氧化碳及低氧气含量对人体的影响为基础提出安全疏散判断方法时，考虑了上述火灾现场环境因素对人体产生影响的时间累积效应，即不以固定的安全临界值作为安全疏散的判断依据，而是考虑各类火灾现场环境因素在一定时间段内对人体影响的累积，以期对人群疏散过程的安全性做出更准确的判断。　　3、选取典型结构的地铁车站建立火灾模型，分析不同的火灾场景条件下(不同的火源位置、火源热释放速率、通风排烟设备运行状态等)，车站内不同区域烟气高度、温度、一氧化碳浓度、氧气含量及能见度等环境参数在火灾发生后的变化。结果表明，相较于发生在站台或站厅中部的火灾，发生于站台或站厅端部的火灾对车站疏散环境的影响更大，火灾发生后的现场环境因素更不利于车站内人群的疏散；当火源位于站厅中部或端部的火灾时，站台层的烟气高度、温度、一氧碳浓度、氧气含量及能见度在火灾发生后不发生显著变化。　　4、结合车站人群组成、人群密度等数据建立与火灾模型地铁车站结构、尺寸与布局相同的车站疏散模型，通过在疏散模型中导入由火灾模型计算得到的车站不同区域的平均能见度对人群疏散运动速度折减系数，准确计算车站安全疏散所需要的时间RSET。基于提出的安全疏散判断方法与通过火灾模型计算等到的车站内各环境参数随时间的变化，对车站在不同火灾场景条件下的安全疏散进行可行性判断。　　5、考虑到地铁车站火灾烟气的扩散路径与人群向外向上的常规疏散路径相同，不利于站内人员的安全这一问题，提出了站厅火灾条件下部分人群向下疏散作为辅助疏散方法这一新的疏散模式，研究了部分人群向下疏散至站台并通过列车撤离火灾车站作为站厅火灾辅助疏散模式的可行性。运用FDS火灾数值模拟的方式，计算得到不同站厅火灾条件下，地铁车站内温度、有害气体浓度及烟气高度随着时间的变化数据。通过疏散模型计算得到不同人群密度完成向下疏散所需要时间RSET，利用提出的安全疏散判断方法对人群采用部分人群向下疏散模型的安全性进行了判断。　　6、选取广州体育西路地铁车站作为安全疏散判断方法及站厅火灾条件下部分人群向下疏散模式的实地应用场所，建立车站火灾模型与人群疏散模型。结合模型计算数据，使用提出的安全疏散判断方法对体育西路车站采用向上疏散与部分人群向下疏散两种模式的安全性、可行性进行了分析判断。结果表明，当车站排烟能力及列车调度等满足一定条件时，相较于向上疏散模式，站厅火灾条件部分人群向下疏散模式能够使人群在更短时间内完成疏散，相较于常规向上疏散模式，人群处于更安全状态。
作者：	于恒
专业：	道路与铁道工程
导师：	汪益敏
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文