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地铁长区间事故通风模拟分析

文档作者：任明亮李雁文档来源：北京市市政工程设计研究总院		点击数：	更新时间： 2021年10月24日
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都市快轨交通·第24卷第2期2011年4月
doi：10．3969／j．issn．1672 6073．201 1．02．009
快轨论坛．．-
地铁长区间事故通风模拟分析
任明亮 李 雁
(北京市市政工程设计研究总院北京100082)
地铁是目前世界上能够有效解决大中型城市居民
出行的最为便捷、经济和高效的一种交通工具，它作为
现代城市最大的基础设施之一和交通系统的骨干，是
城市的生命线。地铁一旦发生火灾，如果通风空调系
统不能有效地排除烟气，将造成惨重后果，故其安全性
问题是地铁建设、运营首要考虑的问题。地铁系统除
出人口、风道与外界连通外，基本处于地下，外部由岩
石或土层包围，如果发生火灾则具有以下特点_l J：氧
含量急剧下降、发烟量大、排烟排热差、火情探测和扑
救困难、人员疏散困难。
地铁系统较为复杂，如何确定隧道着火工况的通
风方案，有效控制烟气流动是地铁设计的难点问题。
利用计算机模拟软件对地铁环控系统进行辅助设计，
是目前解决地铁设计难题的重要手段：一方面，可以方
便地验证设计方案的合理性，提高设计工作效率；另一
方面，可以为系统配置方案及运营模式的优化提供参
收稿日期：2010’07。08 修回Et期：2010—08—18
作者简介：任明亮，男，硕士研究生，助理工程师，主要从事地铁通风
空调设计，rmI@bmedi cn
毋 |一 |# 尊
URBAN RAPID RAIL TRANSIT
考依据，与工程设计进度进行良好的互动l 。笔者利
用地铁环境模拟软件SES(Subway Environmental
Simulation)，对北京地铁7号线达官营站一广安门内站
的长区间进行了事故工况通风方案的模拟分析，确定
了该区间的事故工况运行模式，并在初步设计评审时
得到专家认可，即“在达官营站一广安门内站长区间隧
道设置中间风井的方案是合理的”。
1 土建概况
北京地铁7号线起点位于北京最大的铁路交通枢
纽—— 北京西客站，线路全长23．67 km，全部为地下
线，共设车站21座，平均站间距1．14 km，其线路如图1
所示
图1 北京地铁7号线线路
北京地铁7号线有两个区间的长度超过1．5 km，
分别为达官营站一广安门内站区间(站间距约
1 893 m)，以及欢乐谷景区站一垡头站区间(站间距约
1 744 m)。由于线路需求在达官营站一广安门内站区
间设有单渡线和停车线，所以下面只对较为复杂的
达一广区间事故工况通风模拟进行阐述。
2 SES火灾模型
SES(Subway Environmental Simulation)是美国交通
部开发的一维地铁环境模拟软件，芝加哥、波斯顿和中
国的香港、广州、北京等几十个城市的地铁通风设计都
地铁长区间事故通风模拟分析
采用该软件lj J进行了仿真计算，从而确定了合理、经
济的通风方案。
区间事故工况通风方案需满足两个条件l4 J：一是
有效控制烟气流动方向；二是使逃生人员感受到新鲜
空气，指示其撤离。
SES中通过计算临界风速 来判别是否可以有效
控制烟气流动方向。其计算模型即w．D．Kennedy等
1997年提出的临界控制风速模型_5 ，有
( g HEc ] (1)
E
f=—— + (2)
P∞ p c
式中： 。为临界风速，m／s；p 为环境空气密度，kg／m ；
日为隧道高度，m；E 为热释放速率，kJ／s；g为重力加
速度，m／s ；，4为隧道断面净面积，m ；Fr 为弗劳德数，
无量纲数；K 为隧道坡度，无量纲数；T 为环境温度，K；
c。为空气定压比热，kJ／(kg·K)；Tf为热空气温度，K。
其中，n 通过模型试验得知为4．5 J，火源功率按一
节车厢着火考虑为7．5 MW E 。
《地铁设计规范》规定，使人能感受到新鲜空气流
动的通风临界速度为2 r1】／s_4 ，而SES中规定此值为
2．5 m／sl
。由于烟气水平方向流动的速度为0．3～
0．8 H sl4 J
，故本研究采用我国《地铁设计规范》规定的
通风临界速度作为判别通风方案是否合理的依据。
3 区问通风系统设置及事故工况下设备运
行方案
3。1 区间通风系统设置
北京地铁7号线区间隧道通风系统按闭式系统设
计，开、闭式运行，采用正常工况通风、事故工况通风与
排烟共用的机械通风系统，车站端部设机械通风井。
车站站端各设置两条机械风井，每条风井内各有一台
可逆转的隧道风机(TVF)(风机风量60 ITI ／s，全压
1 000 Pa，功率90 kW)和相应的风阀。两台隧道风机可
并联对一条区间隧道通风，也可两台隧道风机互为备
用，单独对一条区间隧道通风，并通过相关风阀的开启
和关闭，实现区间隧道通风运行模式的转换，以满足区
间隧道正常、阻塞、火灾各工况的运行要求。
3．2 事故工况下设备运行方案
事故工况通常指火灾事故工况和阻塞事故工况，
两者的区别在于区间发生火灾时送风方向按着火点是
靠近列车头部还是尾部，原则是控制火焰和烟气的蔓
延方向，保证多数乘客的安全。模拟计算分析重点研
究火灾事故工况下通风设备与人员疏散配合的运行方
案，全线同一时间只考虑一个事故点，初步拟定运行方
案，并通过模拟计算分析与验证。
1)列车头部着火时：关闭着火区间两端车站迂回
风道内的迂回门，开启出站方向的车站全高安全门，关
闭进站方向的车站全高安全门，乘客进入隧道向出站
方向的车站撤离。此时，由列车进站方向的4台隧道
风机排烟，由出站方向的4台隧道风机送风，引导乘客
迎着新风撤离。
2)列车尾部着火时：乘客的撤离方向与排烟的运
行模式恰好与列车头部着火时相反。
3)列车中部车厢着火时：关闭着火区间两端车站
迂回风道内的迂回门，开启进站方向的车站全高安全
门，关闭出站方向的车站全高安全门，乘客由车头和
车尾同时进入隧道，从车头下车的乘客迎着新风迅速
向车站撤离，从车尾下来的乘客要顺着烟气流动的方
向迅速撤到联通两孔隧道的联络通道处，由联络通道
进入另一孑L隧道，迎着送风方向撤离。排烟运行方式
为：进站方向的隧道风机送风，出站方向的隧道风机
排烟。
4 模拟计算及分析
本研究仅对列车位于下行区间的车头着火工况进
行阐述，其他着火工况的计算结果与之相同。
图2为达官营站、广安门内站及其之间区问(简称
“达一广区间”)的SES节点图，此时达官营站的4台隧
道风机进行排风，靠近达一广区间侧两台风机并联对
下行区间排风，另两台风机分别对上下行区间排风；广
安门内站的4台隧道风机进行送风，靠近达一广区间
侧两台风机并联对下行区间送风，另两台风机分别对
上下行区间送风。图6为其计算结果，可以看出，只开
启该区间相邻车站隧道风机时，着火区间风速为
1．5 nr／s，不满足规范要求的2．0 m／s。由于达一广区间
较长，且该区间内存在渡线，部分上行区间内的空气通
过渡线流人下行区问，所以不能有效地提高着火区间
内的风速。为此，在下行区间内并联设置了两台射流
风机，单台射流风机风量为14．6 m ／s，出口风速为
36．8 m／s，推力为607 N。图3为改进后通风方案的
SES节点图，图7为其计算结果。从计算结果可以看
出，射流风机可以适当提高着火区间内的风速，但仍不
能满足规范要求。图4为渡线内再增设两台射流风机
后的SES节点图，图8为其计算结果。可以看出，在渡
都市快轨交通·第24卷第2期2011年4月
810
达官营站 上行
图2 达一广区间SES节点图1
广安门内站
达官营站
807
上行
图3 达一广区间SES节点图2
广安门内站
81O 81l 812
达官营站 上行
图4 达一广区间SES节点图3
广安门内站
达官营站
§j4O URBAN RAPID RAIL TRANSIT
上行
图5 达一广区间SES节点图4
广安门内站
地铁长区间事故通风模拟分析
线内设置射流风机后，可以有效提高着火区间内的风
速，但仍没有达到2 m／s的风速要求。为避免通风设备
过多，增加通风空调系统的控制难度，降低通风空调系统
运行的稳定性，放弃了继续增设射流风机的方案，将土建
专业达一广区间结构施工竖井在后期改造为区间风井，并
在该区间风井内增设了两台可逆转的隧道TvF风机。图
5为设置了区间风井后的SES节点图，图9为其计算结果。
可以看出，区间风速为2．6 m／s，满足规范要求。
达官营站 广安门内站
图6 达一广区间通风计算结果1
达官营站 广安门内站
图7 达一广区间通风计算结果2
达官营站 广安门内站
图8 达一广区间通风计算结果3
一下行
达官营站 广安门内站
图9 达一广区间通风计算结果4
5 结语
本研究通过SES仿真软件，对北京地铁7号线达
官营站一广安门内站长区间火灾工况下不同通风方案
进行了分析比较。通过计算结果可以看出，对于达一
广区间，如果列车位于下行区间靠近广安门内站的车
头着火，只依靠区间相邻车站开启隧道风机或者在区
间内增设射流风机，是难以满足火灾工况下的通风排
烟需求的；通过将区间结构施工竖井改为通风竖井并
设置机械风机，区间排烟风速就能达到2．6 m／s(此时
的风机运行模式为：达官营站4台风机及区间风井2
台风机进行排风，广安门内站4台风机进行送风)，可
以有效地控制烟气流动，引导乘客撤离。
参考文献
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design handbook：vol [M]．Washington，1997：2—27．
(编辑：郭洁)
Simulation and Analysis
0f Emergency Ventilation f0r
Long M etro Transit Tunnels
Ren M ingliang Li Yan
f Beijing General Municipal Engineering Design＆
Researeh Institute．Beijing 1 00082)
Abstract：SES(subway environmental simulation)is effective
software to SOlve subway environment problems．This article
gives a detailed in订oduction of the fire model of SES．based on
which a simulation Was carl"ied out on the different ventilation
options for the tunnel betw een Daguanying Station and
Guanganmengnei Station on Beijing metro Line 7 in which
occurred a f e accident．Simulation resuRs indicated that air
velocity in the transit tunnel on fwe Was below 2．0 rn／s when
ventilation fans on two adjacent stations were open together
with the et fan opened on the transit tunne1 cross—over．while
the air vebcity Was 2．6 rn／s when a mid—tunne1 ventilation shaft
was provided and the fan in 仃an sit tunnel an d the fans on both
stations adjacent to the订ansit tunnel were open．thereupon the
requirements of ventilation by Code Can be satisfied．
Key words：metro；fire；tran sit tunnel；emergency ventilation；
softw are SES；simulation an alysis

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