基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法与流程

1.本发明属于客运专用隧道通风防灾技术领域，特别涉及一种基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法。


背景技术：

2.近年来修建了不少长隧道、特长隧道以及隧道群，隧道占公路里程比重不断增大。随着隧道建设技术不断提高、成熟以及运营的需要，隧道趋势是越修越长、越修越宽，技术越来越难、越复杂。秦岭终南山隧道、厦门翔安隧道、青岛胶州湾隧道、上海长江隧桥等重点工程相继建成通车，且已成为城市道路的重要组成部分，并与城乡公路、城市轨道交通、城市道路等多种交通系统相互衔接、协调工作，突显了疏解交通压力，增强城乡交通畅通性、改善交通环境的作用。
3.隧道火灾最大热释放功率根据通过隧道的机动车类型、车型比例及火灾事故概率取值，设计火灾应涵盖大部分火灾事故，对不满足的部分应给出防护措施。大多数的隧道火灾皆是由行经其中的车辆引发，并非由隧道本身装置或其中的保养工程所引起。但所有火灾中，大多数严重火灾都明显地是由意外引起；部分由后向前碰撞引起。
4.从过往经验来看，隧道火灾是非常稀有的事件，而在少有的隧道火灾中，造成乘客伤亡或隧道本身结构的损坏的情况更少。最大热释放功率选择偏大，容易造成通风系统规模庞大，浪费投资；选择偏小，则不能保证火灾时通风系统达到预期效果。因此，客运专用隧道的最大热释放功率取值一直都是业内关注的重点。
5.国内暂无相关专利申请内容。《公路隧道通风设计细则》(jtg/t d70/2
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02
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2014)给出了高速、一级、二级、三级、四级公路的最大热释放功率的取值标准，但是对于客运专用隧道的热释放功率的取值提出宜根据实际条件具体确定。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法，能够避免繁琐计算，迅速快捷确定客运专用隧道最大热释放功率。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.本发明提供了一种基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法，所述方法包括如下步骤：
9.步骤s1，获取客运专用隧道的小客车的交通量比例n1；客运专用隧道的中客车的交通量比例n2；客运专用隧道的大客车的交通量比例n3；客运专用隧道单车发生火灾的概率χ1；客运专用隧道两车追尾发生火灾的概率χ2；客运专用隧道两车对撞发生火灾的概率χ3；
10.步骤s2，根据如下公式计算客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率的概率：
11.p
5mw
＝n1·
x1，
12.[0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019]
上式中，p
imw
为客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为imw的概率，其中，i＝5，10，15，20，25，30，35，40；
[0020]
步骤s3，当p
imw
最接近客运专用隧道火灾安全概率时，客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为i。
[0021]
进一步地，n1+n2+n3＝1。
[0022]
进一步地，所述客运专用隧道火灾安全概率为0.95。
[0023]
进一步地，上述方案中，涉及到的χ1、χ2、χ3，可直接引用《austrian risk analysis for road tunnels development of a new method for the risk assessment of road tunnels》的数据：客运专用隧道为单向交通隧道时，χ1＝40％，x2＝59％，x3＝1％；客运专用隧道为双向交通隧道时，χ1＝17％，χ2＝50％，χ3＝33％。
[0024]
本发明具有如下有益效果：
[0025]
本发明所提供的一种基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法，能够避免繁琐计算，迅速快捷确定客运专用隧道最大热释放功率。可避免最大热释放功率选择偏大，造成通风系统规模庞大，浪费投资的情况；避免最大热释放功率选择偏小，不能保证火灾时通风系统达到预期效果的情况。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1为本发明实施例1的热释放功率与概率对比曲线图(单向交通)；
[0028]
图2为本发明实施例2的热释放功率与概率对比曲线图(双向交通)。
具体实施方式
[0029]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
[0030]
本发明提供了一种基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法：
[0031]
(1)客运专用隧道的车辆组成有小客车、中客车、大客车。交通量比例分别为：n1为客运专用隧道的小客车的交通量比例，无量纲常数；n2为客运专用隧道的中客车的交通量比例，无量纲常数；n3为客运专用隧道的大客车的交通量比例，无量纲常数。交通量比例有：n1+n2+n3＝1。
[0032]
确定单车火灾热释放功率，参照国内外相关研究机构推荐的车辆火灾热释放功率如下：
[0033]
表1piarc1995车辆热释放功率
[0034][0035]
表2英国bd78/99车辆热释放功率
[0036][0037]
表3uktrl2001车辆热释放功率
[0038][0039]
表4nfpa5022004车辆热释放功率
[0040][0041]
借鉴上述各研究机构单个车型火灾热释放功率推荐值，隧道车辆火灾热释放功率推荐取值如下：
[0042]
表5车辆热释放功率
[0043][0044]
(2)计算单车热释放功率的概率分布：
[0045][0046]
式中，为小客车单车发生火灾时热释放功率为5mw的概率，无量纲常数；χ1为单车发生火灾的概率，无量纲常数。
[0047][0048]
式中，为中客车单车发生火灾时热释放功率为15mw的概率，无量纲常数。
[0049][0050]
式中，为大客车单车发生火灾时热释放功率为20mw的概率，无量纲常数。
[0051]
(3)计算两车追尾时热释放功率的概率分布：
[0052][0053]
式中，为小客车与小客车追尾发生火灾时热释放功率为10mw的概率，无量纲常数；χ2为两车追尾发生火灾的概率，无量纲常数。
[0054][0055]
式中，为小客车与中客车或中客车与小客车追尾发生火灾时热释放功率为20mw的概率，无量纲常数。
[0056][0057]
式中，为小客车与大客车车或大客车车与小客车追尾发生火灾时热释放功率为25mw的概率，无量纲常数。
[0058][0059]
式中，为中客车与中客车追尾发生火灾时热释放功率为30mw的概率，无量纲常数。
[0060][0061]
式中，为中客车与大客车或大客车车与中客车追尾发生火灾时热释放功率为35mw的概率，无量纲常数。
[0062][0063]
式中，为大客车与大客车追尾发生火灾时热释放功率为40mw的概率，无量纲常数。
[0064]
(4)计算两车对撞时热释放功率的概率分布：
[0065][0066]
式中，为小客车与小客车对撞发生火灾时热释放功率为10mw的概率，无量纲常数；x3为两车追尾发生火灾的概率，无量纲常数。
[0067]
根据统计学，有：χ1+x2+χ3＝1
[0068][0069]
式中，为小客车与中客车对撞发生火灾时热释放功率为20mw的概率，无量纲常数。
[0070]
[0071]
式中，为小客车与大客车对撞发生火灾时热释放功率为25mw的概率，无量纲常数。
[0072][0073]
式中，为中客车与中客车对撞发生火灾时热释放功率为30mw的概率，无量纲常数。
[0074][0075]
式中，为中客车与大客车对撞发生火灾时热释放功率为35mw的概率，无量纲常数。
[0076][0077]
式中，为大客车与大客车对撞发生火灾时热释放功率为40mw的概率，无量纲常数。
[0078]
(5)最大热释放功率的计算公式为：
[0079]
a)最大热释放功率为5mw的概率：
[0080][0081]
p
5mw
＝n1·
χ1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)，
[0082]
b)最大热释放功率为10mw的概率：
[0083][0084][0085]
c)最大热释放功率为15mw的概率：
[0086][0087][0088]
d)最大热释放功率为20mw的概率：
[0089][0090][0091]
e)最大热释放功率为25mw的概率：
[0092][0093][0094]
f)最大热释放功率为30mw的概率：
[0095][0096][0097]
g)最大热释放功率为35mw的概率：
[0098][0099][0100]
h)最大热释放功率为40mw的概率：
[0101][0102][0103]
公式(16)～(23)中，p
imw
为发生火灾时最大热释放功率为imw的概率，其中i＝5，10，15，20，25，30，35，40。
[0104]
上述方案中，涉及到的χ1、χ2、χ3，能直接引用《austrian risk analysis for road tunnels development of a new method for the risk assessment of road tunnels》的数据，即能得到客运专用隧道最大热释放功率。
[0105]
由上述推导过程，可得到一种基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法，所述方法包括如下步骤：
[0106]
步骤s1，获取客运专用隧道的小客车的交通量比例n1；客运专用隧道的中客车的交通量比例n2；客运专用隧道的大客车的交通量比例n3；客运专用隧道单车发生火灾的概率χ1；客运专用隧道两车追尾发生火灾的概率χ2；客运专用隧道两车对撞发生火灾的概率χ3；
[0107]
步骤s2，根据如下公式计算客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率的概率：
[0108]
p
5mw
＝n1·
χ1，
[0109][0110][0111][0112][0113][0114][0115][0116]
上式中，p
imw
为客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为imw的概率，其中，i＝5，10，15，20，25，30，35，40；
[0117]
步骤s3，当p
imw
最接近客运专用隧道火灾安全概率时，客运专用隧道发生火灾时最
大热释放功率为i。
[0118]
进一步地，n1+n2+n3＝1。
[0119]
进一步地，客运专用隧道火灾安全概率为0.95。
[0120]
进一步地，上述方案中，涉及到的χ1、χ2、χ3，可直接引用《austrian risk analysis for road tunnels development of a new method for the risk assessment of road tunnels》的数据：客运专用隧道为单向交通隧道时，χ1＝40％，χ2＝59％，χ3＝1％；客运专用隧道为双向交通隧道时，χ1＝17％，χ2＝50％，χ3＝33％。
[0121]
实施例1
[0122]
以某单向交通客运专用隧道为例，小客车的交通量比例n1＝0.7，中客车的交通量比例n2＝0.2，大客车的交通量比例n3＝0.1。
[0123]
1)确定单车火灾热释放功率，参照国内外相关研究机构推荐的车辆火灾热释放功率如下：
[0124]
表1piarc1995车辆热释放功率
[0125][0126]
表2英国bd78/99车辆热释放功率
[0127][0128]
表3uk trl 2001车辆热释放功率
[0129][0130]
表4nfpa5022004车辆热释放功率
[0131][0132]
借鉴上述各研究机构单个车型火灾热释放功率推荐值，隧道车辆火灾热释放功率推荐取值如下：
[0133]
表5车辆热释放功率
[0134][0135]
2)根据澳大利亚对公路隧道火灾进行了分析(austrian risk analysis for road tunnels development of a new method for the risk assessment of road tunnels)有：
[0136]
表6火灾事故类型比例
[0137][0138]
客运专用隧道为单向交通隧道时，χ1＝40％，χ2＝59％，x3＝1％。
[0139]
3)根据公式(16)～(23)和表6，可以算得：
[0140]
p
5mw
＝0.28；p
10mw
＝0.574；p
15mw
＝0.654；p
20mw
＝0.862；p
25mw
＝0.946；p
30mw
＝0.97；p
35mw
＝0.994；p
40mw
＝1。
[0141]
客运专用隧道火灾安全概率：
[0142]
从计算结果看，隧道火灾最大热释放功率取值越大，人员疏散和财产保障越安全，但是防灾系统配置越高，工程造价也越高。从安全经济学角度出发，要保证系统安全效益最优化。客运专用隧道火灾安全概率，根据客运专用隧道情况而定，本实施例中大客车靠右行驶，隧道内设置完善的监控设施，确定客运专用隧道火灾安全概率为95％，即隧道消防设施需有效保证95％火灾事故安全，其他5％的火灾可以考虑采取一定的安全管理措施来预防。
[0143]
因此，当p
imw
最接近客运专用隧道火灾安全概率时，隧道发生火灾时最大热释放功率为i。假定客运专用隧道火灾安全概率为0.95，p
25mw
＝0.946与0.95最接近，因此，本实施例单向交通客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为25mw。
[0144]
参见图1，横坐标为单向交通客运专用隧道发生火灾时热释放功率，单位：mw；纵坐标为单向交通客运专用隧道发生火灾时热释放功率的概率；假定本工程火灾安全概率基准为0.95，则本工程单向交通客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为25mw。
[0145]
实施例2
[0146]
在实施例1的基础上，交通客运专用隧道改为双向交通客运专用隧道为例，其他所有参数与实施例1相同。
[0147]
根据澳大利亚对公路隧道火灾进行了分析(austrian risk analysis for road tunnels development of a new method for the risk assessment of road tunnels)有：
[0148]
表6火灾事故类型比例
[0149][0150]
客运专用隧道为双向交通隧道时，χ1＝17％，χ2＝50％，χ3＝33％。
[0151]
根据公式(16)～(23)和表6，可以算得：
[0152]
p
5mw
＝0.119；p
10mw
＝0.5257；p
15mw
＝0.5597；p
20mw
＝0.8091；p
25mw
＝0.9253；p
30mw
＝0.9585；p
35mw
＝0.9917；p
40mw
＝1。
[0153]
当p
imw
最接近客运专用隧道火灾安全概率时，客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为i。当客运专用隧道火灾安全概率为0.95，p
30mw
＝0.9585与0.95最接近，因此，本实施例双向交通客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为30mw。
[0154]
参见图2，横坐标为双向交通客运专用隧道发生火灾时热释放功率，单位：mw；纵坐标为双向交通客运专用隧道发生火灾时热释放功率的概率；假定本工程火灾安全概率基准为0.95，则本工程双向交通客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为30mw。
[0155]
当p
imw
最接近客运专用隧道火灾安全概率时，客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为i。假设i＝a、i＝b的概率与客运专用隧道火灾安全概率最接近，且与客运专用隧道火灾安全概率差值相等时，则此客运专用隧道发生火灾时最大热释放功率为a或b。
[0156]
通过分析具体实施方案，得出总结：客运专用隧道的最热释放功率和车辆组成、车辆比例及客运专用隧道火灾安全概率紧密相关。
[0157]
由以上技术方案可以看出，本实施例提供的基于概率统计的客运专用隧道最大热释放功率的确定方法，能够避免繁琐计算，迅速快捷确定客运专用隧道最大热释放功率。可避免最大热释放功率选择偏大，造成通风系统规模庞大，浪费投资的情况；避免最大热释放功率选择偏小，不能保证火灾时通风系统达到预期效果的情况。
[0158]
以上通过实施例对本发明实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明实施例的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明实施例的实施范围。本发明实施例的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明实施例所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明实施例技术方案的启发下，在本发明实施例的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明实施例的专利涵盖保护范围之内。