一种制定施工中地铁车站火灾疏散方案的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制定施工中地铁车站火灾疏散方案的方法，本发明针对地铁车站施工过程中，只有主体结构施工完成，消防、通风和其它防护措施尚未安装的条件下发生火灾时温度和烟气分布情况，为火灾时人员疏散提供参考，包括确定地铁车站施工过程中发生火灾时温度和烟气分布情况，使用FDS软件，根据车站的具体条件建模，在车站主体六个代表性位置设置火源。模拟这些位置分别起火后烟气扩散速度及到达疏散通道时间，以及这五个疏散通道出口处温度随时间的变化规律。可广泛用于施工过程中，对地铁车站的火灾发生发展过程进行模拟，确定温度和烟气分布情况，进而制定疏散方案。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 左发巡遂及火灾数值模拟，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。 一种制定施工中地铁车站火灾疏散方案的方法
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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】
[0005] 采用混合分数燃烧模型和大润湍流模型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。
[0006] 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。
[0007] 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°C。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。
[0008] 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10X6. 3m，着火时间为100s。图4为地点1的燃烧面位置。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1车站中板结构图。
[0013] 图2车站纵剖面图。
[0014] 图3车站模型结构图。
[0015] 图4状态1的燃烧面位置。
[0016] 图5火源位置图。
[0017] 图6火源在位置2, 100s时的烟尘分布图。
[0018] 图7火源在位置6, 100s时的烟尘分布图。
[0019] 图8火源位置1时的各出口温度变化图。
[0020] 图9火源位置2时的各出口温度变化图。
[0021] 图10火源位置3时的各出口温度变化图。
[0022] 图11火源位置4时的各出口温度变化图。
[0023] 图12火源位置5时的各出口温度变化图。
[0024] 图13火源位置6时的各出口温度变化图。
【具体实施方式】
[0025] 方法实施例为大连地铁二号线红旗西路车站主体结构。
[0026] 几何模型：车站主体为两层，下层为地铁站台，上层为通道。整个车站平均深度 31m，底板厚0.77m，中板厚lm，下层高4. lm，上层高4. 5m。模型宽22m，站内宽17. 3m，模型 长177m。中板CAD图，如图1所示。中板上有各种空洞，如电梯，通风孔等。车站纵剖面CAD 图，如图2所示。图3为模型结构图，1号和2号通风井贯穿上下两层和土体，出入口和应急 通道贯穿上层和土体。
[0027] 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°C。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。
[0028] 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10X6. 3m，着火时间为100s。图4为地点1的燃烧面位置。
[0029] 在施工时如果发生火灾，施工人员只能通过出入口和消防通道进行逃生。在红旗 西路车站总体结构中，可供疏散的有三号出入口消防疏散通道、一号、四号出入口、三号、二 号出入口。三号出入口消防疏散通道在车站的前端，一号、四号出入口在车站的中部，三号、 二号出入口靠近后端，他们全部设置在车站上层。具体位置详见图3。
[0030] 设置6个不同的燃烧位置，如图5所示。考察火灾发生100s (实验得100后烟尘 流动和温度变化较为稳定）内的5个可供疏散通道位置的温度变化和烟尘到达时间。
[0031] 1.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，如表1所示。
[0032] 表1烟尘到达出口的时间
【权利要求】
1. 一种制定施工中地铁车站火灾疏散方案的方法，羞藍针对地铁车站施工过 程中，只有主体结构施工完成，消防、通风和其它防护措施尚未安装，加之物料临时堆放管 理不严，人员流动性大，在这种情况下一旦发生火灾，会对人员疏散造成影响并造成严重的 财产损失。 2. I包赶勿70节Jf:确定地铁车站施工过稈中发牛火灾时温度和烟气分布情况,使用 FDS软件，根据车站的具体条件建模，车站内火灾场景为车站主体6个代表性位置设置火 源，模拟这些位置分别起火后烟气扩散速度及到达疏散通道时间，以及这五个疏散通道出 口处温度随时间的变化规律，从而得到相应的疏散方案。
3. 相据权利要求1所沭的樽拟施工中地铁车站火灾的方法，其特征在干，卞法 施工过程中的地铁车站进行火灾模拟，其特点是只有主体结构施工完成，消防、通风和其它 防护措施尚未安装。
4. 相据权利要求1所沭的樽拟施工中地铁车站火灾的方法，其特征在干，革姑内火 灾场景一共分为6个位置，分别为底板的前、中、后位置和中板的前、中、后位置，着火面为 10X6. 3m，着火时间为100s。
5. 相据权利要求1所沭的樽拟施工中地铁车站火灾的方法，Μ特征在干，沲测、出入口 和消防通道位置，距地面1. 5m高，接近人体胸部以上高度，监测烟尘和温度变化。
6. 枏椐权利要求4所沭的监测烟尘，其特征在干，Smokeview对6个位置模拟的火 灾进行分析观察，得到在不同燃烧位置时，烟尘到达出入口和消防通道位置的时间。
7. 枏据权利要求4所沭的监测温度，其特征在干，mrnuM您焉\飞\\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。
8. 枏据权利要求1所沭的疏散方案，其特征在干，場裉懷伞沄动抱墙端燒吳H分妬热 温度场模拟结果及分析，并考虑人员所在位置和疏散时间，找到适合的逃生出口和路径制 定逃生方案。
【文档编号】G09B25/00GK104064094SQ201310087850
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】崔铁军, 赫飞, 赵东洋, 吴作启, 冯亚林, 孔晶 申请人:辽宁工程技术大学