［摘  要］ 伊朗德黑兰地铁 1 号线北延线区间线路的形式为单洞双线，且坡度最大为 50‰，事故工况下的通风组织尤为重要。本文利用 Stess 模拟软件，对典型区间事故工况下的通风模式进行了模拟计算，寻求事故工况下的通风方案和设备运行模式，以确保事故通风设计满足地铁规范对事故区间断面风速的要求。

［关键词］ 伊朗德黑兰地铁北延线; Stess 软件; 事故工况; 断面风速

 

      由于具有高效、快速、载客量大的特点，地铁已经成为了解决城市交通问题的重要手段。目前，我国已在北京、上海、广州和深圳等城市修建了多条地铁线路，随之地铁安全问题成为了影响公共安全的社会问题。地铁事故工况下隧道通风系统的设计、事故通风方案的确定以及事故区间断面风速的保证是技术人员所面临的重点和难点问题。

      目前，国内地铁区间隧道多为单洞单线，《地铁设计规范》( GB 50157-2003) 规定极端情况下地铁区间最大坡度不得超过 35‰^［1］。而伊朗德黑兰地铁 1 号线北延线工程的区间为单洞双线，区间最大坡度达到了 50‰。当列车在区间隧道内发生火灾或者阻塞时，由于烟气和空气的热压作用，区间隧道内的空气流速将受到显著影响。本文利用清华大学开发的地铁热环境模拟软件 Stess 3. 0 对伊朗德黑兰地铁 1 号线北延线工程的典型区间进行事故工况模拟分析，以确定北延线区间的事故运行模式和区间断面风速，同时验证通风设备的参数和容量。

 

      伊朗德黑兰地铁 1 号线北延线( 以下简称为北延线) 工程正线全长为8 224 m，共设地下站 7 座，车站编号分别为 S1、T1、U1、V1、W1、X1 和 Y1。其中除 Y1 为岛式站台外，其余 6 座车站均为侧式站台，站台有效长度为 140 m。最大站间距为1 351 m，最小站间距为 844 m，平均站间距为1 112 m，最大坡度为 50‰。北延线车站在 R1 站北端与既有 1 号线接轨并贯通运营。图 1 为北延线全线车站与隧道的线路示意图，图 2 为北延线全线纵断面坡度示意图。

      对于北延线各站间，U1 至 V1 的区间隧道( U1-V1) 长度为 1 337 m; 坡度为 50‰，且位于北延线海拔位置的较低端。当该区间内发生列车事故时，烟气和空气因热压作用产生的影响较为明显，故将其作为事故工况数值模拟计算的典型区间隧道。全线其它区间隧道发生列车事故工况时，可根据 U1-V1典型区间的通风模式进行组织。

 

      图 3 为北延线典型车站与隧道通风空调系统示意图。其中，以每个车站作为 1 个机械通风单位，在该车站前后各半个区间隧道内各设置 1 台区间隧道排风机( VE1 与 VE2) ，在车站两端各设置 1 台区间隧道送风机( VE3 与 VE4) ，站台设置车站空调送风机( VE5) 。另外，车站与隧道送风机均配置淋水室，每个淋水室中配备 2 台水泵，在夏季通过采用冷水喷淋的方式将室外温度较高的空气处理至较低温度，而后送至车站和隧道，以满足地铁内部热环境的需求。所有风机可逆转，正常工况下，隧道排风机VE1 与 VE2 向外排风，VE3 与 VE4 向隧道送风，VE5 向车站送风。在事故工况下，根据事故模式，确定风机正反转方向。

      U1-V1 区间隧道结构示意图见图 4。 根据事故工况下相应机械风机开启的数量与模式，可将图 4所示的事故通风模式定义为“事故通风两车站模式”。本文定义列车从 U1 站开往 V1 站方向为上行，反之为下行。

      U1、V1 车站站台、出入口与隧道的几何参数统计见表 1。U1、V1 车站送风机、隧道送风机与 U1-V1 隧道排风机参数统计见表 2。 在发生事故情况下，车站与隧道的送风机或排风机可根据事故通风模式的需要进行反转，反转风量与正转风量大小相同，且所有风机均满足事故通风耐高温的相关要求。

      网络法模拟软件 Stess 3. 0 由清华大学开发，是用于地铁热环境预测的一维计算软件，其主要功能分为 2 部分: 通风方案的模拟和对地铁运行时温度分布情况的预测。Stess 3. 0 采用新的水力网络不稳定过程算法，改进了传热计算模型，使之能适应较为复杂的隧道及车站断面形状; 同时采取了长短时间步长相结合的方法，保证了模拟的计算精度。Stess3. 0 软件能够模拟在不同运行条件下的列车运行图，从而相对准确地分析列车运行时的活塞效应^［2］。Stess 3. 0 软件先后用于北京、天津、南京和德黑兰等国内外数十条地铁线路的可行性研究、方案选比、技术经济分析和设计咨询等，均取得了较好的效果^［3-6］。

 

      1) 事故工况 1 通风方案

      在 U1-V1 区间隧道 A 段上行列车车尾或下行列车车头部位发生火灾工况的通风方案见图 5。乘客向 V1 站迎着送风方向疏散，排烟策略需要将火灾烟气控制流向 U1 站。

      2) 事故工况 2 通风方案

      在 U1-V1 区间隧道 B 段上行列车车尾或下行列车车头部位发生火灾工况的通风方案见图 6。乘客向 V1 站迎着送风方向疏散，排烟策略需要将火灾烟气控制流向区间隧道排风单元。

      列车在区间隧道阻塞时，通风方案可参照同地点火灾通风方案组织通风，各通风事故工况下风机运行方案见表 3。

      伊朗德黑兰北延线在区间隧道顶部设置感温光纤，如果列车在区间火灾，感温光纤通过温度信号判断火源位置，并发送报警信息到火灾自动报警系统( FAS) ，FAS 系 统 再 传 给 环 境 与 设 备 监 控 系 统( BAS) 指令，开启风机排烟，进入火灾模式。列车在区间故障时，司机通过电话报告给控制中心，然后控制中心通过 BAS 系统控制风机进入阻塞模式。

 

      北延线全线同一时刻有且仅有 1 组列车在某个区间隧道内发生火灾或阻塞。根据列车着火及阻塞位置的不同确定相关风机的运行模式，使乘客迎着送风方向逃生。发生事故的区间隧道断面风速应满足大于 2 m/s 且小于 11 m/s 的要求^［2］。

      1) 事故工况 1 通风方案模拟

      图 7 为应用 Stess 软件模拟计算得出的 U1-V1区间隧道 A 段列车火灾工况下的区间空气流量和隧道断面风速。由图可知，隧道 A 段火灾工况的断面平均风速为 2. 02 m/s，满足规范要求。

      2) 事故工况 2 通风方案模拟

      图 8 为应用 Stess 软件模拟计算得出的 U1-V1区间隧道 B 段列车火灾工况下的区间空气流量和隧道断面风速。由图可知，隧道 B 段火灾工况的断面平均风速为 2. 50 m/s，满足规范要求。

   

      3) 事故工况 3 通风方案模拟

      图 9 为应用 Stess 软件模拟计算出的 U1-V1 区间隧道 A 段发生列车阻塞时的区间空气流量和隧道断面风速。由图可知，列车在隧道 A 段阻塞工况的断面平均风速为 2. 20 m/s，满足规范要求。

      4) 事故工况 4 通风方案模拟

      图 10 为应用 Stess 软件模拟计算出的 U1-V1 区间隧道 B 段发生列车阻塞时的区间空气流量和隧道断面风速。由图可知，列车在隧道 B 段阻塞工况断面平均风速为 2. 80 m/s，满足规范要求。

      当列车处于阻塞工况时，由于没有火灾时大量烟气与热量散发的影响，列车对区间机械通风的局部阻力影响稍有减小。模拟结果显示，事故工况 3和 4 事故区间隧道内的空气流量、断面平均风速较事故工况 1 和 2 分别增加了 8. 9% 和 12% ，模拟结果符合实际意义，较为可信。

 

      本文通过利用 Stess 3. 0 软件对伊朗德黑兰地铁一号线北延伸线工程单洞双线、最大坡度为 50‰的 U1-V1 典型区间的事故工况进行了模拟，验证了U1、V1 及区间隧道通风单位设备参数可满足区间事故工况下断面风速大于 2. 0 m/s 的要求，并且在区间事故状态下，开启前后车站及中间隧道通风单位的两站模式能满足规范要求。

 

［1］ 北京城建设计研究总院． GB 50157-2003 地铁设计规范［S］．北京: 中国标准出版社，2003．

［2］ 北京清华大学建筑技术科学系． Stess 3. 0 地铁热环境模拟软件［G］． 北京，2002．

［3］ 韩平． Stess 软件在地铁特长区间事故模拟中的应用研究［J］．铁道设计标准，2008，( 4) : 100 ～ 101．

［4］ 朱颖心． 水力网络流动不稳态过程的算法［J］． 清华大学学报( 自然科学版) ，1989，29( 5) : 72 ～ 78．

［5］ 朱培根，张宏，何志康，等． 地铁环控节能策略研究［J］． 制冷与空调，2010，24( 5) : 80 ～ 83．

［6］ 张梅，庄旻娟，燕达，等． 某地铁站负荷模拟计算案例分析［J］． 建筑热能通风空调，2010，29( 1) : 64 ～ 68．