摘要 本文采用了理论分析、CFD数值模拟分析等方法对某地铁单层站台发生火灾时的通风排烟系统的各种可能运行模式进行了分析，分析结果表明，不同的模式下通风排烟效果相关很大，同时火灾发生的位置不同，相应的最优通风排烟模式也有所不同。我国的《地下铁道设计规范》提供了站台火灾排烟的基本规范，但具体采用何种通风排烟模式应结合站台和防排烟系统的实际情况分析确定。 　　 关键词 地铁站台火灾 排烟通风模式 计算流体力学（CFD）

1 引言 　　 　　在地铁营建与运营过程中，地铁火灾是不容忽视的问题。1987年11月18日在伦敦King's Cross 地铁站发生一起大火，造成31人死亡，大量人员伤亡，成为震惊世界的重大火灾事故[1]。由于地铁建筑与外界的联系只有车站的出入口，而且站台和车厢内人员密集，一旦发生火灾危害极大。所以，虽然地铁火灾的发生是一个小概率事件，但必须引起人们的重视，并在地铁系统设计阶段就给予充分的考虑。 　　地下铁道火灾事故通常可以分为两种情况：车站火灾和区间隧道火灾；当列车在隧道发生火灾时应力争将列车开至临近车站疏散乘客，此时可按照车站站台火灾工况进行处理。一旦发生火灾不同的特点，应制定防排烟系统相应的优化运行模式。本文将以某一实际工程的地铁列车发生火灾集靠在单层站台作为研究对象，利用理论分析和CFD的数值模拟分析等方法探讨最优的通风排烟模式。 　　自1974年计算流体力学（Computational Fluid Dynamics: CFD）如用于通风空调领域拟分析以来，CFD技术越来越多地应用于指导空调通风建筑的气流场和温度场院的设计及分析。利用CFD技术，通过计算机求解流体流动所遵循的控制方程，可以获得流体流动区域内的流速、温度、组分浓度等物理量的详细分布情况，从而指导和优化设计。本次模拟采用的是由清华大学建筑环境与设备研究所开发的通风三维流动、传热与燃烧的数值模拟软件STACH-3，其曾应用于地铁隧道区间的火灾模拟分析，其模拟结果在火源附近以外的区域均与实测结果有较好的吻合[2]。 　　 2 研究对象物理模型 　　 　　2．1 站台土建结构 　　研究对象为一单层侧式站台，有效空间中长120m，宽16.8m，高4.65m，其断面示意图如图1所示。站台有四个出入口。 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 站台断面示意图 　　 　　2．2 站台通风系统 　　本站台利用机械通风来保持站台合适温度，带走负荷。正常环控工况下，站台两端上方各设1台轴流风机（可反转）向站台送风，如图2的示；同时各设有1台轴流风机负责从站台地板下空间抽取排风，形成了站台端部集中送风、站台地板下空间作为回/排风道，均匀排风的站送、站排的通风形式。每台风机风量为60m3/s左右，全压1000Pa。 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 站台正常工况通风系统示意图（平面图） 　　 　　当站台发生火灾时，将利用正常工况下的集中送风口作为集中排烟风口使用，由车站进出口时风。此时，通过阀门的切换，可以将正常工况下的回风机与送风机并联运行，通过原集中送风口将站台的烟气及时排向地面。邻近站台的通风系统与此站台一致。 　　2．3 火源强度设定 　　火灾强度的合理设定一直是地铁火灾工况模拟分析中的难点。目前由于权威的实测数据，所以在本次模拟计算中参考了国内其他地铁设计采用的火灾强度，为10.5MW。 　　 3 可能的通风模式 　　 　　站台发生火灾时主要依靠的是布置在站台两端的正常工况下的集中送风口进行排烟，由于排烟口的集中布置，不同的风机运行模式对通风排烟的效果相差很大，而且列车发生火灾位置不同也会有很大的影响。因此需要针对不同的火灾发生位置，研究如何合理调动站台的四台风机，以保证有最大的安全区和安全疏散通道，让乘客和工作人员安全撤离火灾现场。利用CFD软件模拟火灾发生时的气流场和温度场，为研究和分析合理的风机运行模式提供了有利的手段。 　　按照我国的《地下铁道设计规范》[3]基本要求，考虑列车两种位置（列车头部、中部）发生火灾的情况，分别制定了站台防排烟系统的可能运行模式，如表1所示。在这些运行模式中，只考虑邻近区间或者站台的风机联合工作，其他区间或者站台风机运行工况影响较小，可以不予考虑。图3为模拟站台列车火灾采用的物理模型。 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 侧式站台列车火灾通风排烟物理模型 　　 　　　　　　　　　　　防排烟系统的各种可能运行模式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表1 　　 工况1：列车中部发生火灾 　　模式1.1 关闭原送风机，站台两端各开一台排风机 　　模式1.2 站台两端各开两台风机排风，原送风机逆转作排风机 　　模式1.3 关闭原送风机，站台两端各开一台排风机，邻近区间或站台各开1台排风机 　　模式1.4 站台两端各开两台风机排风，原送风机逆转作排风机；邻近区间或站台各开1台排风机 　　工况2： 列车头部或者尾部发生火灾 　　模式2.1 关闭原送风机，站以两端各开一台排风机 　　模式2.2 靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端两风机均关闭 　　模式2.3 靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台右侧邻近火灾区域 　　　　　　 的区间风机或者站台风机排风 　　模式2.4 靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端开启一台送风机 　　模式2.5 靠近火灾一侧开启两台排风机，原送风机逆转作排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台右侧邻近火灾区域 　　　　　　 的区间风机或站台风机排风 　　表2　详细给出了在上述各种模式下，由网络流动计算模型计算得出的从出入口和站台左右隧道进入站台的风量。 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2 　 左隧道进风量 右隧道进风量 出入口进风总量 出入口平均风速 模式1.1 31.9 30.9 62.8 1.16 模式1.2 63.4 61.4 125 2.31 模式1.3 -56.3 -49.5 106 1.96 模式1.4 -85 -78 163 3.02 模式2.1 31.9 30.9 62.8 1.16 模式2.2 26 28 62 1.15 模式2.3 35 -3 84 1.56 模式2.4 70 15.8 30.8 0.57 模式2.5 80 -17 54 1 　　注：1. 表格中风量的单位均为m3/s，风速的单位为m/s; 　　 2. 数值前如有负号，表示为出风状态。