火灾场景下公路隧道人员疏散安全评估

规模、 消防设施的状态等等， 确定不利的火灾情况。 3． 2． 1 火灾发生的位置 选择火灾位置的原则： 疏散的人员数和距离处 认为 于最不利状态； 起火点处封闭一个疏散出口， 该疏散口不可用。 远离火灾火源行驶的车辆不需 考虑人员疏散问题， 而面向起火点行驶车辆上的人 员需要全部疏散。 建立火灾模型应尽量加大计算 范围并考虑多种因素以模拟火灾对隧道的影响 。 选择起火位置应是整个隧道火灾发生最危险的位 置， 火灾发生是随机的， 通过保证最不利情况下人 员疏散安全距离来确定隧道火灾发生位置 。 崇明越江隧道共设 8 个横通道， 每两个横通道 之间又设有三个下滑通道， 火灾发生最不利点选取 在中间段某横通道洞口附近， 导致有一个疏散通道 不能用。 3． 2． 2 火灾增长速率和最大规模 火灾热释放速率增长的快慢一般采用时间平 — —稳定的方式， 不同性质的可燃物的火灾 方增长— 增长时间常数不同。 通常汽油等易燃液体的火灾 表现为超快火， 时间常数取 0． 187 8 。 通常功率为 50 MW 的火灾达到平稳状态的时间为 516 s。 对于隧道而言， 油罐车着火最为危险， 汽油燃 烧可按照超快火设计。 根据火灾测试和各规范给 出的火灾场景， 结合上海长江隧道具体情况， 设定 最 大 火 灾 规 模 为 50 MW。 本 文 用 UDF （ User Defined Function 用户自定义函数 ） 编写火源模型， ［1 ］ 其参数见下表（ 1 ）
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引
言
要。而上海长江隧道属于超长， 大断面， 大流量的 海底隧道， 其安全疏散尤为重要。 目前， 国内外研究对火灾条件下人员安全疏散 评估已经从定性分析发展到定量分析。 本文主要 通过设定包含最不利工况的火灾场景，对各种火 灾场景下的烟气蔓延及人员疏散进行模拟分析 ， 以研究各种火灾场景下隧道内的危险临界时间和 必需安全疏散时间。 通过比较以上两个时间区间 长短，评估人员能否安全疏散， 以确定疏散路线的 合理性和机械排烟系统的有效性 。
恐慌的心理忍耐时间， 以下参数可作为危险来临时 间控制指标（ 烟层距隧道地面 1． 8 m 高度处上） （ 1 ） 温度： 允许逃生的空气温度不超过 50 ℃ 。 （ 2 ） CO 浓度： 人源自文库在 CO 体积分数为 3 × 10 － 3 mL / L。 3． 2 火灾场景的设计 为辨别危险源， 预测可能发生的火灾及其产生 ， 后果 在进行安全消防评估时需要估计火灾产生的 部位、 规模以及环境条件等， 称之为设计火灾场景。 针对不同的评估目标， 根据建筑物的具体情况和相 关统计资料， 分析火灾发生的位置、 火灾性质、 火灾
图1 Fig． 1
疏散时间的组成
Composition of evacution time
图2 Fig． 2
火灾中对人危害的主要因素
The main factors causing damage to personnels in fire
2． 3
人员疏散的影响因素
人员疏散并不是伴随着火灾发生而进行的 ， 从 ［2 ］ 火灾发生到人员疏散结束， 总的疏散时间包括 ： 报警时间 T a 、 确认和反应时间 T r 、 行动时间 T t ， 具 体如式（ 1 ） 。 Te = Ta + Tr + Tt （ 1） 3． 1 式中： T a 为火灾开始到人员知道火灾之间的时间
3． 2． 3
排烟措施
除了一般的消防措施外， 此隧道的排烟方式选 择半横向重点排烟， 排烟口的间距为 60 m， 如果发 上游启动一个排烟口， 下游启动两个排 生火灾时， 即上游和 烟口。设置发生火灾位置在最不利情况 ， 下游排烟口之间。排烟量的确定根据规范设计 50 MW 时为 150 m3 / s， 并选择了几种情况和它做出对 比， 如 不 设 排 风 机， 或 为 设 计 排 烟 量 的 50% ， 75% 等。 3． 3 3． 3． 1 公式： Te = Ts + Tt + Tq （ 2） 式中： T e 为总的疏散时间； T s 为疏散开始时间； T t 为到达 出 口 的 步 行 时 间； T q 为 排 队 通 过 出 口 的 时间。 划分出一定区域作为火灾室， 其疏散开始时间 的计算： Ts = 疏散情况的评估 火灾烟气扩散的分析 《日 本 避 难 安 全 验 证 法 》 根据 中有关的经验
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上海长江隧道人员安全疏散评估
疏散成败依赖于人员在火灾危险到来前能否 因此疏散时间及危险到来时间是判 到达安全地点， 定受灾人员能否安全疏散的主要参数 。 本文以上海崇明越江隧道为例， 采用《日本避 难安全验证法 》 提供的经验公式法以及国际公认 的计算机软件 STEPS 分别进行预测疏散时间。 为 了安全起见， 取两者的较大值作为预测结果； 同时 采用 FLUENT6． 2 CFD 分析软件进行隧道内火灾 以预测危险到来时间。 烟气的模拟计算， 崇明越江隧道全长 8． 1 km， 按双向 6 车道布 置， 江底部分每隔 830 m 在两圆形盾构隧道之间自 由设置横通道， 共设 8 座横通道。 此外， 车道路面 ， 下设安全逃生通道 每两个横通道之间设 3 个逃生 滑梯。图 3 是逃生道的横断面示意图， 其隧道内半 径为 6． 85 m， 外半径为 7． 5 m， 隧道单管内为同向 三车道， 车道宽度各为 3． 75 m， 横通道的高 2． 1 m， 宽 1． 8 m， 下滑楼梯的宽度为0． 8 m。
随着我国汽车保有量的逐年大幅增长 ， 各等级 公路的行车速度和行车密度也日益加大。 与之相 公路隧道数 适应我国公路交通事业也在不断发展 ， 量和总里数近年来持续大幅增涨 ， 公路隧道内发生 火灾的风险也必然呈上升趋势。 根据国内外隧道 火灾案例的深刻教训， 隧道内发生火灾造成的人员 伤亡远比露天公路火灾事故严重 。因此， 除了努力 发生火灾情况 采取各种消防措施应对火灾事故外 ， 下采取恰当的应急策略和正确的避难行动 ， 及时引 导受灾人员安全疏散到隧道内的安全场所非常重
段，它与探测和监控系统的性能有关。 T r 可细分 为确认阶段和反应阶段。 确认阶段是指从火灾报 警或发现火情到人员开始反应的这段时间 。 确认 阶段的开始与人员的警惕性， 即报警之前所从事的 活动， 比如工作、 玩耍、 睡眠等有很大关系。确认阶 段的时间长短在很大程度上又随着建筑物的类型 、 人员特性、 建筑物内的报警及管理系统类型的不同 而变化。反应阶段指从人员确认报警或火情并开 始反应到人员开始疏散的时间。在此阶段， 人员在 探析到火警来源、 火灾真实性和严重性后才开始寻 找并集合其他成员、 确定适合的疏散路线。如果有 不正确或误导信息， 还会因采取其它对有效疏散无 益的活动而延长反应时间。行动时间为人员从开始 撤离至到达安全地所需的时间，它取决于行程距 离，逃生路径和人员数量等，需要进行模拟分析。
图3 Fig． 3 隧道横断面疏散示意图 Cross section of tunnel in evacuation
危险极限时间指标 危险到来时间， 即火灾中的烟和热直接作用于
而使人失去正常行为能力的时间和人群不发生 人，
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李桂萍， 等： 火灾场景下公路隧道人员疏散安全评估
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第 7 卷 增刊 1 2011 年 10 月
地下空间与工程学报 Chinese Journal of Underground Space and Engineering
Vol． 7 Oct． 2011
火灾场景下公路隧道人员疏散安全评估
1 李桂萍 ， 朱 2 春， 张
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旭
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（ 1． 第三铁道勘察设计院集团有限公司 ， 上海 200063 ； 2． 华东建筑设计研究院 有限公司， 上海 200002 ； 3． 同济大学， 上海 200092 ） 要：以上海长江隧道为实例， 分析火灾工况下人员安全疏散准则及其影响因素， 从而 讨论不同条件下人员疏散的安全评估 。通过设定最不利工况的火灾场景 ，对火灾烟气蔓延及 摘 并 人员疏散进行数值模拟，得出该火灾场景下隧道内的危险临界时间和必需安全疏散时间， 进行比较分析， 从而判断隧道逃生通道设计的合理性及其机械排烟系统的有效性 。 关键词： 隧道火灾； 安全疏散； 火灾场景； 数值模拟； 合理性； 有效性 中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1673 － 0836 （ 2011 ） 增 1 － 1485 － 05
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0729 （ 修改稿） 收稿日期：2011（ ）， mail： liguiping@ tsdig． com 作者简介：李桂萍 1981女， 辽宁朝阳人， 工程师， 主要从事暖通空调的科研工作 。E-
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地下空间与工程学报
第7 卷
2 火灾工况下人员安全疏散准则及 影响因素
2． 1 人员安全疏散准则 火灾过程大体可分为起火、 火势增大、 充分发 火势减弱、 熄灭等阶段。火灾过程中， 探测到火 展、 灾并给出报警时刻， 以及火灾发展状态对人构成危 险的时刻具有重要意义。 人员疏散一般会经历察 觉火灾、 行动准备、 逃生行动、 到达安全地带四个阶 段。为了保证人员安全疏散， 必须使所有人员疏散 完毕的时间小于火灾到达危险状态的时间。 图 1 所示的疏散时间组成描述了火灾发展和安全疏散 ［1 ］ 的时间关系 。 2． 2 火灾达到危险状态的影响因素 为了正确评估火灾中人员能否安全疏散， 必须 明确火灾中有哪些因素会对人员的生命造成威胁。 众多火灾案例表明， 火灾烟气毒性、 缺氧使人窒息、 悬浮微粒以及高温和辐射热是致人伤亡的主要因素 （ 图 2） 。
Evacuation of Safe Evacuation in Road Tunnel of under Fire Scenarios
Li Guiping1 ，Zhu Chun2 ，Zhang Xu3
（ 1 ． Third Survey and Design Institute Group Corporation China Railway，Shanghai 200063 ，China； 2 ． East China Architectural Design ＆ Research Institute Co． Ltd，Shanghai 200002 ，China； 3 ． Tongji University，Shanghai 200092 ，China） Abstract： Based on Shanghai Yangtze river road tunnel，personnel safe evacuation rules and their influencing factors are analysed，and the safe evacuation evaluation method is discussed． According to the worst fire scenarios setting，the fire smoke spreading and people evacuation in the fire are simulated，then，the critical time of fire hazard and the necessary safe evacuation time in tunnnel are gained and contrasted，at last the justification of evacuation channel design and validity of smoke extraction system are affirmed． Keywords： tunnel fire； safe evacuation； fire scenarios； numerical simulation； justification； validity
表1 Table 1 汽车类型 火灾 规模 火源参数 Parameters of fire source 火灾成长 烟气生成速率 CO 比例 系数 0． 187 8 （ kg / s） 60 （ %） 2