1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、课题研究意义

地铁是大型的城市公共运输系统，在我们的日常生活中也是一种非常重要的公共交通工具，它提供给人们的便利是其它交通工具所无法替代的，能够有效缓解地面交通压力。然而，一旦地铁发生灾害，由于地铁属地下建筑，建筑结构特殊，而且客流量大、人员集中，所以一旦发生火灾，特别容易造成群死群伤的严重后果。不仅会造成巨大的人员和财产损失，更会引起社会恐慌，给城市的发展造成不可挽回的损失。^[1]所以，在享受地铁带来的方便快捷服务的同时，不应该忽视地铁的安全问题。通过查阅了大量的文献资料，以下是整理的近年来全球地铁发生的几起重大灾难事故^[2]：

地铁系统构成与运营组织复杂，虽然各国均制定了消防规范，然而，对火灾原因与灾害的调查分析却没有系统的报导。几乎在所有统计的地铁火灾事故中，造成大量人员伤亡主要原因并不是烧伤，而是因为再地铁站内人员疏散不及时，导致大量人群滞留危险区域，燃烧过程中形成的烟气扩散后使站台内能见度降低，客观上增加了疏散的难度。与此同时造成被困人员心理恐慌，发生拥挤踩踏，更加阻碍了疏散速度，极易造成群死群伤事故。此外据统计，地铁火灾中地铁列车起火引起的占46%，大部分列车火灾事故发生在车厢内，尤其以前生产的地铁车厢，内部装饰材料、座椅大多是可燃材料，或由于乘客携带的易燃品，或由于机械故障、电气故障等引起的地铁车厢着火。^[3] 而目前全世界已有100多座城市开通了300多条地铁线路，总长度超过6000公里。我国自1965年7月1日在北京动工修建地铁以来的40年中，相继又在天津、香港、上海、深圳、南京和广州等六座城市开通了地铁，正式拉开了我国城市地铁建设序幕。目前，我国有13个城市已经运行或正在修建地铁。因此，开展对地铁车厢火灾烟气形成和发展过程的研究，对此进行数值模拟分析，对地铁的安全运行有非常重要的科学和现实意义。

二、国内外研究现状

对地铁火灾的研究已经在国外开展了较长时间，主要是针对列车内火灾的研究。地铁火灾主要可燃物包括列车车体的地板，窗体，墙壁及天花板材料，座椅及装饰材料，旅客携带的行李物品，地铁站内的多种可燃物等^[4]。1966年美国宾夕法尼亚州进行的地铁火灾实验中已经开始对列车内应用材料的燃烧性能进行研究，主要是评估座椅材料的安全性。^[5]从90 年代中期开始，美国国家技术与标准研究院（NIST）对列车内火灾危险度的量化作了一个系统的研究，Peacock 回顾了美国和欧洲对列车火灾所做的研究工作，其主要是根据小尺寸实验结果评估材料的火灾特性，其后进行了三个阶段的研究工作，第一阶段重点是利用小尺寸实验及锥形量热计的实验数据对列车车厢内的可燃材料的火灾危险度进行分析；第二阶段是利用家具量热计等大尺寸实验设备对列车内的一些组件进行研究，对不同列车进行了火灾危险分析；第三阶段是利用实际列车实验与前两阶段的结果进行了对比分析。^[6]

我国对地铁火灾的研究起步比较晚，目前对于已有的一些成果，我通过文献调研做出以下总结。西南交通大学的冯炼分析了地铁火灾烟气流动的物理模型和数学模型，在计算中对地铁系统进行了简化^[7]。西南交通大学的TEST程序可以模拟地铁各种正常运行环境下的空气速度、温度、湿度、隧道壁影响及列车的各运行参数及空调负荷，可预测中长期地铁内各参量的变化,并在此基础上对夏季夜间蓄冷和冬季蓄热方法对地铁系统的影响进行分析^[8]。中国科技大学火灾科学国家重点实验室开发了区域模拟软件FAC3区域模拟可以对火灾燃烧系统进行较大简化的同时，尽可能保留火灾燃烧系统的复杂性机制，从而有可能以较小的计算代价来揭示火灾系统的复杂性特征^[9]。中国上海一荷兰鹿特丹友好城市技术协议的课题成果之一的CHMES地铁环境模拟计算程序可以对地铁系统的火灾工况进行仿真模拟。^[10]上海市隧道工程轨道交通设计研究院郑晋丽曾以深圳地铁一号线和四号线为例就CHMES计算机程序模拟计算结果和环控系统初步设计中部分设计参数运用作初步分析。南京的地铁模拟环控也曾使用了该软件。对于火源功率的设定国外发达国家对于此问题的研究大都采用 5～50 MW ,且重点研究 10 MW 情况的火灾实验^[11] 。香港周允基教授在常用交通工具火灾中给出地铁火灾的热释放速率峰值约为 35 MW ,地铁车辆火灾后 25 min时相应的热释放速率变化范围在 8 ～13 MW。中国矿业大学程远平教授给出一节车厢火灾的最大热释放速率为 23.8 MW , 3节车厢火灾的最大热释放速率为 50.9 MW^[12]~[15]。清华大学陈涛等研究人员按照最不利原则 ,取该场景下的火灾热释放速率为标准场景的 1.5 倍 ,对应的热释放速率峰值为 10.2 MW ,火灾达到峰值的时间为233s^[17] 。

三、总结

本次研究针对某城地铁站发生的火灾事故，采用FDS^[16]或FLUENT^[17]软件模拟地铁站火灾烟气的发展流动规律及烟气扩散的控制方法。根据以上的文献调查，对于火源功率的设定国外发达国家对于此问题的研究大都采用 5～50 MW ,且重点研究 10 MW 情况的火灾实验，所以我们在本项研究中将拟选取10MW的情况进行模拟。若研究时间允许，我将增加其他火源功率项进行模拟。通过这项研究，争取对地铁车厢火灾的发展过程有个清晰的认识，研究烟气在不同时间段内的温度情况,以及烟气的浓度分布，揭示活塞效应所形成的非均匀场对地铁火灾烟气流动特性的影响规律。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、课题的主要研究内容

本课题主要是对地铁内发生的火灾进行数值模拟和研究。通过经验公式和地铁实测所得的数据等确定模拟研究的边界条件，针对某城地铁站发生的火灾事故，采用美国nist开发的fds(fire dynamics simulator)程序对地铁中的火灾烟气进行数值分析和模拟计算，分析当地铁列车着火情况下，研究烟气在不同时间段内的温度情况,以及烟气的浓度分布，争取揭示活塞效应所形成的非均匀场对地铁火灾烟气流动特性的影响规律。

二、课题的研究手段和路线