[发明专利]一种制定施工中地铁车站火灾疏散方案的方法

说明书

技术领域

本发明涉及火灾数值模拟，特别是涉及地铁车站施工过程中火灾的模拟，以及确定温度和烟气分布情况。

背景技术

随着城市化进程的加快，交通问题日益显著，地铁是缓解城市交通紧张的有效工具，在许多国家和城市得到广泛的应用。但在地铁施工过程中一个不可忽视的问题就是如何防治地铁火灾。地铁火灾由于发生在地下，相比于地面火灾有其特殊性。特别是施工过程中的地铁车站，只完成了主体工程，没有完善的通风消防系统，加之工期紧任务重、现场扎乱、电气设备漏电、人员操作失误等一系列原因，极易造成火灾。车站施工人员流量大，人员集中，同时出入口少，一旦发生火灾，极易造成群死群伤。施工中的原材料大多可燃,有些材料燃烧时还会产生毒性气体，加上通风不好和地下供氧不足，不完全燃烧，烟雾浓，发烟量大。大量烟雾只能从一两个洞口向外涌，且在无机械通风的情况下运动方向可能与疏散方向一致，容易造成人员窒息。大量有毒烟雾给疏散和救援工作造成很大困难。因此，施工过程中发生火灾的危险性和危害性更应得到重点考虑。

从20世纪80年代就已经开始相关研究，其主要运用的研究方法有实体实验、小尺寸实验和计算机模拟仿真。采用的软件为FDS(Fire Dynamics Simulator)是由美国NIST(National Institute of Standards and Technology)开发的专门用于分析工业尺度的火灾模拟软件，可以用来研究火灾的特性和评估建筑物的防火灾系统的性能。其原理是通过采用大涡模拟方法求得真实的瞬态流场，通过数值方法计算求解一组描述热力驱动低速流动的Navier-Stokes方程。可用于火灾模拟中的温度、烟气和各种气体的分布信息计算。基于此理论，FDS能够描述很宽范围的火灾现象，代表了目前火灾烟气运动数值模拟的世界领先水平。

本发明使用FDS模拟施工过程中的火灾，选择了车站中6个不同位置相同燃烧条件下的烟气和温度分布，检测了5个施工时人员出口处的温度变化情况。为火灾时施工人员撤离和制定疏散方案提供可靠依据。

发明内容

采用混合分数燃烧模型和大涡湍流模型LES(Large Eddy Simulation)，火场的大小及其他一些参数都可以通过热释放速率来描述。设定火源为稳定庚烷火，热释放功率1000KW。采用LES模型允许的最大网格尺寸为火灾进行模拟。

火灾模拟步骤为：建立车站几何模型、确定模型的边界条件、设定火灾场景（包括：确定火源位置和燃烧时间）、进行模拟、烟尘运动的模拟结果及分析、温度场模拟结果及分析。

边界条件：所有通风口和出入口均连通外界大气，外界1个标准大气压，温度20℃。由于考虑到消防和通风设施的不健全，不设置机械通风和灭火系统。

火灾场景构建：火灾场景一共分为6种，位置为底板和中板的前、中、后位置，着火面为10×6.3m，着火时间为100s。图4为地点1的燃烧面位置。

烟尘运动的模拟结果及分析：通过Smokeview对6种情况模拟的火灾进行分析观察，得到在不同燃烧位置时，烟尘到达各个出口的时间。

温度场模拟结果及分析：模拟过程监测了上层5个出口（中板上1.5m高，接近人体胸部以上高度）处在6个位置火灾发生后100s内的温度变化情况。

根据烟尘运动的模拟结果及分析和温度场模拟结果及分析制定逃生方案。

附图说明

图1 车站中板结构图。

图2 车站纵剖面图。

图3 车站模型结构图。

图4 状态1的燃烧面位置。

图5 火源位置图。

图6 火源在位置2,100s时的烟尘分布图。

图7 火源在位置6,100s时的烟尘分布图。

图8 火源位置1时的各出口温度变化图。

图9 火源位置2时的各出口温度变化图。

图10 火源位置3时的各出口温度变化图。

图11 火源位置4时的各出口温度变化图。

图12 火源位置5时的各出口温度变化图。

图13 火源位置6时的各出口温度变化图。

具体实施方式

方法实施例为大连地铁二号线红旗西路车站主体结构。