火灾疏散模型在铁路隧道消防安全评价中的应用
Kamila C_Bov_1、Tom_Apeltauer2、Petra OK_Inov_2和Franti_ek Wald1
1捷克共和国布拉格捷克技术大学土木工程系钢和木结构系，塔库洛瓦7号，布拉格16629
2布尔诺理工大学土木工程学院，Veveri 331/95，602 00布尔诺，捷克共和国
邮箱：kamila.cabova@fsv.cvut.cz
摘要：本文介绍了数值模拟在隧道火灾动力学和人员疏散中的应用。利用软件工具火动力学模拟器对某铁路隧道的温度分辨率和烟气发展过程进行了模拟。与设计阶段常用的温度曲线相比，该模型的计算结果表明，该数值模型可以降低热烟层的温度。火灾数值模拟的输出也有助于改进隧道火灾期间人员疏散的模型。在本研究中，隧道内计算出的烟层高度在点火后10分钟内低于2.2米的水平，这被认为是安全疏散的最大限制。大范围的疏散过程模拟和火灾动力学可以提供重要安全条件的非常有价值的信息，如可用安全疏散时间（ASET）和所需安全疏散时间（RSET）。以软件出埃及记为例，总结了疏散模型的选取结果，供设计人员编制疏散方案时参考。
1.介绍
历史上，消防安全受到规定标准的限制。这些规定性规范包括许多要求，都是基于传统的火灾测试技术。使用这些代码可能会导致更昂贵和效率低下的解决方案。在许多国家，基于性能的设计被广泛认为是消防工程的自然和不可分割的演变。消防工程师或结构设计师可以利用最新研究的知识，在实践中优化他们的设计，不仅要考虑成本和生命安全，还要考虑环境影响。在消防安全工程中，自然演变与对火灾动力学的准确认识的增加有关。计算技术、数值分析和数学模型的发展也有助于改变这种方法。运用火灾与疏散模型，运用知识与计算机开发相结合的方法，对铁路隧道火灾安全进行了研究。
隧道火灾过程中，存在着受浮力影响的三维流动。此外，流速和长度尺度足够大，使得水流通常是湍流的。在火灾中，会发生燃烧过程，因此会发生化学反应，在高温下产生烟尘颗粒和燃烧产物[1]。一部分热量通过辐射传递，另一部分热量通过对流传递到隧道壁上。
隧道的安全性随着其长度的增加而增加。在铁路隧道中，由于自然通风和移动列车（称为“活塞效应”）的支持，火灾动力学受到高纵流的影响。因此，铁路隧道火灾时的流体力学问题十分复杂。然而，当采用正确的方法时，可以用数值方法求解。达成定性协议的程度随建模者和情况的不同而不同。
2. 隧道火灾模型设计
在设计阶段，消防安全根据350 m的隧道长度进行评估，该长度被认为是对人身安全具有较高风险的长度。隧道内有毒气体的温度分辨率和发展以及能见度被认为是影响隧道事故中人员安全的最重要参数。气体温度可根据温度曲线和简单的经验方程进行估算。然而，其目的是确定火灾的确切行为和隧道中有毒气体的传播，这符合实际，并找到隧道安全设备部件之间的平衡及其对改善现场交通安全的贡献。在这种情况下，最好使用数值模拟。火灾和烟雾发展的数值模拟结果有助于改进隧道火灾期间的人员疏散模型。在优化隧道安全设备要素和疏散方案的同时，数值解的使用有助于改进隧道火灾时IRS的应急程序，或评估火灾下隧道衬砌材料的性能，即使消防人员的介入导致了突然冷却。
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