关于城市轨道交通环控系统研究方法的分析与探讨

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1、关于城市轨道交通环控系统研究方法的分析与探讨摘要：CFD（计算流体动力学）是近年发展较快的一种计算机辅助设计技术，其作用是各种工况下气流组织的温度、速度场的模拟仿真。当前，国外已开始将CFD逐渐应用到地下空间领域，对地下空间的空气状况进行三维模拟、分析和研究。文章对CFD技术在城市轨道交通环控系统中的应用进行了分析和探讨。关键词:城市轨道交通;环控系统;计算流体动力学城市轨道交通中的地下车站和区间隧道是一个大型、狭长、与外界联系面较小的地下空间。密集的乘客、列车和各种机电设备的运行，以及连续的照明都会产生很大的热量，不及时排除就会导致地铁内温度逐年上升。此外，地铁内各

2、种设备及列车运行引起的噪声、有害气体、列车活塞效应对车站空气环境的扰动，以及隧道内因潮湿造成的霉烂气味等都会使地下环境不断恶化。同时，当人流密集、空间狭小、密闭性高的地铁内发生事故、火灾时，人员的安全疏散和烟气的排除也是非常重要的问题。鉴于以上各种因素，必须设置环控通风系统，对车站和区间隧道内的温度、湿度、气流速度、噪声以及事故、火灾情况下人员安全疏散措施等进行全面控制。其中，有效、可靠的环控通风系统对保证地铁乘客的安全、舒适和确保设备运行及寿命是十分必要的。地铁系统是一个由车站、隧道、出入口等构成的复杂的三维网络。地铁系统的环控模拟，主要是研究地铁内的不稳定空气动力

3、学和热力学方面的问题，即地铁车站正常工况下的三维温度场、气流场分布、污染物浓度分布、平均空气年龄、人体舒适性的模拟研究以及地铁车站和隧道事故、火灾工况下的三维温度场、气流场分布、烟气流动状况等的模拟研究。目前国际上广泛认可使用、相对成熟、用于地铁环控模拟计算的软件是SubentSimulation，简称SES。该程序是由美国交通部于1975年开发的世界上第一个地铁环控计算机模拟软件。1976年，SES修改后被应用到公路隧道通风分析中；1985年，又增加了火灾的动态模拟。现在，SES已经从DOS版本升级为V（预期平均评价）等随时间的连续变化值。并且模拟得出的计算数据经处

4、理后的可视化结果是十分直观形象的，因此，它所模拟出的结果较SES软件更加直观，得到的结果也更加具体，能够为地铁环控系统设计提供充分的依据。图1为CFD模拟的输出结果，它进行的是三维计算，不但可以得到计算区域内任意时间的任意一点的各个参数值，而且可以处理成图1所示的结果，从中可以清晰地看到整个断面的温度分布情况。利用CFD通过有效空间范围的三维几何模型的建立、数据化网格的划分、差分格式的确定以及边界条件的设置，可以对地下空间的相关环境因素和参数进行模拟计算。总体而言，CFD通常包含如下几个主要环节：建立数学物理模型，数值算法求解，结果可视化。经过对结果的比较、分析，可以

5、总结归纳出影响地下空间环境控制的各种因素，从而可以有针对性地采取相应的解决措施和办法，以便对地下空间环境进行有效的控制。它能够解决SES软件解决不了的一些问题。例如，我们利用CFD通过对地铁车站火灾工况进行模拟计算，根据得出的计算数据和直观形象化的结果（图2、3）可以分析出火灾强度、火源位置、燃烧时间、烟气流动、排烟形式及排烟量等对地下车站内部空间环境的影响，由此可以制定有效的防排烟措施和人员疏散方案，保证火灾情况下地铁车站内的乘客及工作人员的安全撤离，同时为消防人员创造扑灭火灾的条件。类似这些直观形象化结果的比较和分析都是SES软件目前所不能做到的。SES软件虽然对

6、地铁的地下车站、区间隧道以及铁路、公路隧道具有较强的适用性，而CFD则可以适用于包括地铁在内的所有地下空间，具有更广泛的应用范围和领域。经过多年对地铁地下空间环境控制问题的研究以及具体工程项目设计的实践，我们认为将SES软件和CFD技术共同作为对地铁及相关的地下空间内部环境进行研究分析的手段和方法，不仅可以对地铁环境控制系统运行的实际效果进行预测，同时还可以为建设方提供准确适宜的环境控制设计方案，从而确定适宜的方案措施及系统的运行模式，保证地铁及相关地下空间的正常运营和事故状态下的有效应对措施，为地铁工程的建设运营和相关城市地下空间的开发与利用提供有力的保障。参考