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原文传递地铁区间隧道火灾人员疏散策略研究

论文题名：	地铁区间隧道火灾人员疏散策略研究
关键词：	地铁火灾;安全疏散;烟气控制
摘要：	随着我国经济社会的不断发展，人们对于出行的需求越来越高，我国地下轨道交通事业得到了迅速发展。目前，诸多城市内已经建成了庞大的地下交通网络，以地铁为首的城市地下轨道交通方式具有方便快捷、安全可靠等优点，目前已经成为了城市居民出行的首选交通方式。但是，一旦地铁内发生火灾，对于乘员人身安全的威胁是巨大的，这是因为在区间隧道火场环境下，火情蔓延速度快、有毒烟气不易排放、地下能见度不足、乘员人员密集等因素导致的。为了解决地铁区间隧道火灾人员安全疏散问题，本研究使用FDS对设有联络通道口的类矩形地铁区间隧道火灾场景进行仿真计算，对火场环境安全性进行综合分析。提出了人员安全疏散可靠度概念，并使用Pathfinder多智能体疏散模拟仿真平台，从时间余量以及人员安全疏散可靠度两个方面对人员安全疏散策略进行优化，本文主要完成的研究如下：　　第一，通过对于多种地铁隧道结构形式的对比后发现，类矩形隧道相较于其他形式的区间隧道而言，在面临消防疏散安全威胁时可采取的应急手段较少，故本文以单洞双线类矩形区间隧道作为研究对象。为保证联络通道以及非事故隧道的人员安全疏散环境，本文就课题组预先在缩尺单洞双线隧道火灾实验平台进行的相关实验进行了数据后处理工作。结果表明：非事故隧道正压送风是一种有效的气流防烟方式，可以保证联络通道口作为安全出口，为乘员安全疏散创造有利条件。　　第二，根据上述研究，参考国家标准《地铁设计规范》GB50157-2013，建立了设有联络通道口的类矩形区间隧道模型，总长为1200m，列车模型选择载客量较大的6A列车编组方案。使用FDS火灾模拟仿真计算工具，在不同火灾发生位置下、不同通风排烟方式下共进行了11种工况的火灾模拟仿真计算。从人员安全疏散角度，以CO浓度、温度以及能见度三个指标对于火场环境进行综合分析。结果表明：（1）采用2m/s的纵向通风风速可以很好的遏制烟气回流现象的发生，为人员安全疏散创造有利环境。（2）能见度的快速下降会首先导致火场环境对于乘员造成不利影响。（3）CO浓度在自然通风条件下会随着时间推移在隧道全域范围内超过400ppm这一绝对危险指标，开启纵向机械通风后，除火源下游区域100m范围外，其余区域CO浓度指标均在400ppm这一绝对危险标准之下，纵向机械通风可以很好的降低隧道火场环境的CO浓度，为人员疏散提供有利条件。（4）温度对于人员安全疏散的影响主要集中在火源区域100m范围内，是否开启纵向通风模式，对于温度扩散范围的影响不大，但会有效遏制上风向热量的扩散以及累积。（5）与自然通风相比，纵向机械通风在创造了上风向人员安全疏散环境的同时，也加快了下风向空间区域转变为危险区域的速度，在一定程度上对下风向乘客的疏散逃生造成了不利影响。　　第三，以上述研究中得到的不同隧道火灾场景下的相关指标数据，确定各个区域的人员可用安全疏散时间，将能见度数据与Pathfinder智能体平台进行手动耦合，体现出能见度下降对于人员疏散路线选择以及人员行走速度的影响。提出了人员安全疏散可靠度的概念，并给出计算式，作为本文研究人员安全疏散策略优劣的基本判别方式。在开启纵向通风模式的6种火灾工况下共进行了155组人员疏散仿真模拟计算。对不同方案下人员必须安全疏散时间、时间余量、以及安全疏散可靠度进行计算，得到了在不同火灾位置下、不同纵向通风方向、不同乘员定额载荷率下的最优列车门开启方案以及疏散路径。结果表明：（1）在6A列车组编组方案下，定额载客率为100%时均不能保证人员在可用安全疏散时间内按照规范要求，迎着新风方向去往单侧站台完成疏散。（2）A1、B1、C1、D1、E1火灾场景下，人员必须安全疏散时间最短的列车门开启方案分别为关闭2、3节车厢车门、关闭4、6节车厢车门、关闭2、3、4、5节车厢车门、关闭2、3、4、5节车厢车门、关闭1、3、4、5、6节车厢车门。（2）在6A列车组编组方案下，定额载客率为100%时，除E1、C2工况外，其余四种火灾场景下应用最佳列车门开启方案均能够保证人员去往双侧站台完成疏散。（4）在A1、B1、C1、D1、E1火灾场景下，分别在定额载客率为70%、60%、70%、70%、55%的情况下采用最佳列车门开启方案组织人员迎着新风方向去往单侧站台进行疏散或去往双侧站台进行疏散的方案均能够实现，从时间余量角度考虑应组织人员快速远离火源附近去往双侧站台进行疏散，从人员安全疏散可靠度角度考虑应组织人员朝着新风方向去往单侧站台进行疏散。（5）规范规定了确定纵向通风方向的两个原则，即下风向人员最少原则以及近火源站台排烟原则，C1、C2工况在上述两原则发生了冲突的情况下采取了不同的机械纵向通风方向，C1工况的人员必须安全疏散时间明显低于C2工况，在确定纵向通风方向时，应首先考虑下风向人员最少原则。
作者：	王鹏
专业：	工程热物理
导师：	刘万福
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津商业大学
学位年度：	2020