基于不同火灾场景的城市隧道人员疏散仿真研究

摘要

近年来城市跨区域交通出行需求增大，为完善城市交通路网，提升城市商业群的交通设施服务品质，城市公路隧道在交通建设中被大量采用。城市隧道交通具备以下交通特点，即常发性、周期性交通拥堵/阻塞，朝夕现象明显，交通流量大、人员基数多，交通合流、分流交织区段复杂等，城市隧道交通环境的封闭性又与普通道路不同，一旦发生火灾，后果极其严重。城市公路隧道火灾场景的发生概率、燃烧规模、火灾引燃发展规律、人员疏散组织等与非城市隧道有较大区别，本文采用文献资料调研、理论计算、公式推导、交通调查、随机抽样模拟、数值仿真等方法，对城市隧道燃烧规模的发生概率与多因素影响下城市隧道火灾人员疏散安全性进行研究，研究成果可为实际工程疏散安全设计参数提供依据，论文主要内容如下:　　1)通过对城市公路隧道火灾事故资料调查，统计分析得到车辆自燃原因占66.7％，车辆相撞起火原因占25.5％。从城市交通隧道车辆火灾蔓延机理理论分析，得到仅考虑一次引燃情况时，单向交通两车道隧道内不同火灾场景下可引燃的车辆数目为0辆或1辆或2辆，单向交通三车道隧道不同火灾场景下可引燃的数目为0辆或1辆或2辆或4辆。　　2)编写了基于蒙特卡洛思想的两车道隧道和三车道隧道燃烧规模发生概率的模拟代码，利用MATLAB平台实现了百万次不同工况火灾场景数值模拟，得到了两车道隧道25MW燃烧规模引燃场景的发生概率在15％以上，三车道隧道25MW燃烧规模的引燃火灾场景发生概率在20％左右。从火灾发生概率和燃烧规模两方面考虑，5MW、20MW、25MW、30MW、40MW、60MW的发生概率较高。　　3)以上6种燃烧规模分别作为火源边界条件，开展对多因素（通风因素、交通因素、隧道坡度）影响下隧道火灾人员疏散安全性的可用时间A数值模拟，分析出火灾发生时刻隧道内的通风状态是影响人员疏散可用时间的主导因素。对隧道不同横断面位置可用时间对比，得到不同火灾场景不同疏散通道间距下的可用时间安全值A，为人员疏散通道间距的设计参数研究提供数据支撑。　　4)利用专业疏散仿真软件分析了不同疏散通道间距下人员安全疏散的所需时间R，以疏散安全性指标A/R作为判定人员疏散安全性程度高低的依据，给出城市公路隧道不同火灾场景下安全疏散通道设计参数的建议值。　　利用研究结果对依托工程的火灾安全评估，得到依托工程中疏散安全参数设计安全性较高。论文结论可为同类型城市公路隧道火灾疏散安全参数设计提供参考依据。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景与意义

1．2研究现状

1．2．1隧道火灾人员疏散影响因素

1．2．2隧道火灾人员疏散可用时间

1．2．3隧道火灾人员疏散所需时间

1．2．4研究现状综述

1．3研究内容及方法

1．3．1主要研究内容

1．3．2研究方法

1．3．3研究技术路线

1．4本章小结

第二早章城市隧道火灾基本理论

2．1隧道火灾燃烧理论

2．1．1火源特性

2．1．2烟气输运特性和烟温分布规律

2．2城市隧道火灾蔓延机理

2．2．1火源辐射热模型

2．2．2烟气扩散模型

2．2．3车辆引燃模型

2．3本章小结

第三章基于蒙特卡洛法的城市隧道火灾场景分析

3．1蒙特卡洛法基本理论

3．2城市隧道火灾场景分析

3．2．1隧道火灾随机变量分析

3．2．2交通组成数据准备

3．3城市隧道燃烧规模发生概率模拟

3．3．1两车道隧道燃烧规模概率模拟

3．3．2两车道隧道不同VZ∶VD模拟结果

3．3．3三车道隧道燃烧规模发生概率模拟

3．3．4三车道隧道不同VZ∶VD模拟结果

3．4城市隧道火灾引燃模拟

3．4．1数值模拟基础

3．4．2 FDS介绍

3．4．3火灾仿真流程

3．4．4仿真建模与参数标定

3．4．5隧道火灾引燃发展模拟

3．5本章小结

第四章多因素影响下城市隧道火灾仿真与疏散边界确定

4．1隧道火场环境对人体的危害

4．1．1高温烟气

4．1．2能见度

4．1．3有毒气体

4．2人员安全疏散的判定准则

4．2．1临界条件确定

4．2．2安全疏散准则

4．3模型建立及仿真工况设计

4．3．1火源设置与测点布设

4．3．2仿真工况

4．4火灾仿真与疏散边界分析

4．4．1人员高度处高温烟气

4．4．2人员高度处能见度

4．4．3人员高度处烟气毒性

4．4．4可用时间综合分析

4．5不同燃烧规模不同断面可用时间确定

4．6本章小结

第五章城市隧道火灾人员疏散仿真

5．1仿真软件

5．1．1软件介绍

5．1．2仿真流程

5．2疏散环境设定

5．2．1疏散过程分解

5．2．2人员特征设定

5．2．3疏散门启闭时间

5．3人员疏散安全性影响因素

5．3．1客观影响因素

5．3．2主观影响因素

5．4疏散过程

5．4．1机械通风间歇期发生火灾

5．4．2机械通风换气期间发生火灾

5．5疏散结果分析

5．5．1全员疏散所需时间确定

5．5．2燃烧规模60洲疏散安全性分析

5．5．3其他燃烧规模下疏散安全性分析

5．5．4人员荷载对疏散安全性的影响分析

5．6案例工程疏散安全性评价

5．6．1工程参数

5．6．2疏散安全性分析

5．7本章小结

6．1主要研究结论

6．2主要创新点

6．3下一步工作展望

致谢

参考文献

附录

在校期间取得的学术成果