朱合华长大隧道数字化火灾预警疏散技术学习教案

1、会计学1朱合华长大隧道朱合华长大隧道(sudo)数字化火灾预警数字化火灾预警疏散技术疏散技术第一页，共34页。v隧道结构空间比较封闭，自然排烟困难，火灾发生(fshng)后升温速度快，易爆发成灾 v 隧道结构对外出口少，导致疏散救援工作非常困难，对于长大隧道来说，该问题尤其(yuq)严重长大隧道火灾安全问题的特点v隧道尤其是长大隧道火灾，扑救非常困难，因为消防人员进攻路线缺乏，很难接近火源扑救2第1页/共34页第二页，共34页。1996年，英法海峡隧道（全长51km）发生火灾，乘客们在浓烟和恐慌中度过了约15min，由于及时采取较合理(hl)的应急疏散措施，没有造成人员伤亡。3第2页/共34页

2、第三页，共34页。1999年，勃郎峰公路(gngl)隧道（全长11.8km）火灾中，最高温度达到1000 ,大火持续了55 h，导致41人死亡，43辆车烧毁。4第3页/共34页第四页，共34页。2000年，瑞士圣哥达公路隧道（全长16.9km）火灾(huzi)中，隧道内温度达到了1000，有11人丧生，128人失踪。5第4页/共34页第五页，共34页。v 线性火灾(huzi)探测器 如感温电缆(dinln)、感烟电缆(dinln)、火灾报警光纤等火灾自动报警系统v 点式火灾探测器 如红外线火灾探测器、双波长火灾探测器等v 闭路电视监控系统和手动报警系统 手动报警系统如紧急电话系统和报警按钮系统

3、等 隧道在运营一定时间后，受汽车排放尾气及烟尘等影响，以及隧道漏水、雷击等作用后报警系统就不能正常工作，发生误报警及火灾发生时不报警。6第5页/共34页第六页，共34页。 目前对于疏散方面的研究主要集中在人员疏散模型、疏散时间(shjin)计算以及结合外界环境的研究（包括疏散指示标志、人员安全疏散影响因素、人员步行速度等方面）。疏散研究(ynji)现状 对于隧道火灾的预防救援所采取的基本原则是“以防为主，防消结合”，所采取的措施包括设置通风排烟系统、火警系统、监控系统、灭火系统、通讯系统、疏散逃生通道以及建立疏散预案。 但是所能得到的火情信息比较有限，并且各系统的联系也并非十分紧密。所建立的疏

4、散预案也大多是条文制的预案，不够灵活，无法很好的适应火情现场的复杂情况。 7第6页/共34页第七页，共34页。v 火灾(huzi)的误报、漏报 隧道(sudo)火灾预警疏散存在的问题v 火灾现场实时信息的获取 v疏散救援预案及防灾管理体系不能适应火灾现场的复杂情况8第7页/共34页第八页，共34页。总体(zngt)思路结合火灾探测器收集到的数据实时重构隧道内火灾情况(qngkung)下的三维温度、烟气场建立火源温升曲线与火灾类型、火源热释放速率等重要火情信息间的关系根据火势的实际发展情况来选择并实时调整疏散方案，从而达到人员疏散的最合理化火情信息获取三维温度烟气场重构数字化疏散预案9第8页/共

5、34页第九页，共34页。系统(xtng)组成v 火情信息(xnx)获取子系统 通过在现场安装光纤光栅等火灾探测仪器并且对仪器所采集的数据进行分析处理，为逃生救援系统提供来自现场的各种关键信息，包括起火点数量，位置，强度，烟气扩散方向等。10第9页/共34页第十页，共34页。v三维温度(wnd)烟气场重构子系统 利用火灾探测器实测得到的数据来建立沿隧道纵向及横向的温度分布曲线，通过从一维到二维再到三维的构筑过程来仿真重现三维温度场。同时，建立烟气在隧道内的实际移动速度，有烟区大小及边界(binji)等烟气场信息。从而为正确的决策提供可靠的信息。 11第10页/共34页第十一页，共34页。v应急疏

6、散救援(jiyun)决策子系统 实时地根据隧道内火势的发展状况来实施不同的应急(yng j)疏散救援预案。当隧道内火灾发生时，由于情况紧急，不可能完全按照应急(yng j)预案的条条框框来执行，因此采用基于数字化技术的应急(yng j)预案。计算机将自动提示各部门相关人员做出应急(yng j)措施，确保救灾小组各尽其职，顺利抢险救灾。 12第11页/共34页第十二页，共34页。v 数字化虚拟现实(x n xin sh)显示子系统 基于(jy)数字化虚拟现实系统，反馈并实时显示隧道内温度场分布及烟雾的流动情况，为现场消防指挥及人员疏散提供直观的图像信息。 13第12页/共34页第十三页，共34页

7、。测得温度、烟气数据得知火源点数量、位置及热释放速率火情信息获取子系统三维温度烟气场重构子系统三维温度烟气场应急疏散救援决策子系统数字化虚拟现实显示子系统指导人员的疏散救援工作14第13页/共34页第十四页，共34页。关键技术v 火源温升曲线与火灾类型、火源热释放速率(sl)等重要火情信息间关系的建立 v 隧道(sudo)内火灾情况下三维温度场的重构 v 数字化应急疏散预案的建立15第14页/共34页第十五页，共34页。优点(yudin)v提供隧道内火灾时大量的关键信息，包括起火点数量，位置，强度，烟气扩散方向，有烟区大小(dxio)及边界等v实时性：结合火灾探测器测得的信息实时重构隧道内的三

8、维温度场，为应急疏散救援预案的决策提供依据 v有效性：根据隧道内实际的火势发展情况来选择相应的疏散救援预案，从而能够保证预案实施的有效性 v全面性：体现在系统功能的全面上，即集火灾测温报警、温度烟气场重构、应急疏散救援预案实施以及数字化虚拟现实显示等功能于一体 16第15页/共34页第十六页，共34页。研究(ynji)思路 根据隧道火灾数值模拟所得的数据以及收集过往隧道现场火灾和实验室火灾所得的数据，来拟合隧道纵向和横向的温度分布曲线。 在这些温度分布曲线中会带有一些(yxi)未知数。结合隧道内安装的火灾探测器实时实测得到的数据，反推出这些未知数，这样便得到了隧道内完整的纵向和横向温度分布曲线

9、。从而可以得知隧道内任一时刻，任一点处的温度值。17第16页/共34页第十七页，共34页。隧道(sudo)横断面竖直方向上的温度分布 借助数值模拟的方法对火灾时隧道横断面上竖直方向的温度分布形式进行了研究。利用CFD软件SMARTFIRE对隧道火灾进行了数值模拟，考虑了3个因素对火势发展的影响，分别是隧道尺寸、纵向(zn xin)通风速度以及火灾规模。采取正交试验的方法来安排试验，这是一个3因素3水平的试验，因而选用正交表L9(34) 。18第17页/共34页第十八页，共34页。 数值模拟结果显示隧道内横断面上竖直方向的温度分布形式主要(zhyo)受纵向风速以及离火源点距离的影响 。因而该温度

10、分布曲线可按不同的纵向风速和离火源点的距离来建立。19第18页/共34页第十九页，共34页。v 纵向(zn xin)风速为0m/s时 距离火源(hu yun)点30m范围以内处距离火源点30m范围以外处T -隧道内任一时刻任一点处的温度值，oCT0 -常温，20 oCTmax,t -隧道内离火源任一距离处拱顶的温度值，oCh -该点离拱顶的高度，mH -隧道的高度，m20第19页/共34页第二十页，共34页。v 纵向(zn xin)风速为1.5m/s时 距离(jl)火源点30m范围以内处距离火源点30m范围以外处v纵向风速为3.0m/s时 距离火源点30m范围以内处距离火源点30m范围以外处2

11、1第20页/共34页第二十一页，共34页。纵向风速为3.0/s时，隧道(sudo)内纵向温度分布曲线(a) 距离火源(hu yun)点30m范围以内处(b) 距离火源点30m范围以外处22第21页/共34页第二十二页，共34页。 通过对大量火灾(huzi)试验数据的整理和分析，发现隧道内纵向温度分布大致可用下式描述：隧道纵向(zn xin)温度分布T -距离火源处的温度，oC T0 -常温，20 oCTmax -火源处的温度值，oC x 距火源的距离，mLtot -温度降到常温时，距离火源的距离，m 23第22页/共34页第二十三页，共34页。疏散(shsn)通道的设置 参考目前国内外长大隧道

12、(sudo)疏散通道的设置情况，从疏散逃生的角度考虑，可采用如下几种方式：（1）建设专用的服务隧道(sudo)供疏散逃生使用（2）在运营隧道(sudo)间设立横向联络通道（包括人行横通道及车行横通道）上海长江隧道联络通道24第23页/共34页第二十四页，共34页。（3）对于采用盾构法修建的长大(chn d)隧道，也可充分利用行车道以下的空间形成纵向逃生通道，该通道通过逃生楼梯或滑梯与行车区间连接日本(r bn)东京湾海底隧道行车道板下的安全通道25第24页/共34页第二十五页，共34页。（4）对于台湾海峡隧道，如采用穿梭列车的运行模式，也可参考日本青函隧道的做法，在隧道内一定位置设立“定点”（

13、火灾时，列车停在定点位置），以进行全面的灭火救援(jiyun)、通风排烟工作青函隧道在龙飞、吉冈（斜井和竖井之间）设了两个(lin )定点26第25页/共34页第二十六页，共34页。服务于防灾救灾(ji zi)的标志、标识设置 对于长大隧道，在灾害发生后，为了便于司乘人员能够迅速、合理(hl)的疏散，在设置逃生通道等标志、标识时要充分考虑人员的逃生需要，体现“以人为本”的精神。逃生口信息提示板（奥地利Schartnerkogel隧道）27第26页/共34页第二十七页，共34页。服务于防灾救灾的标志(biozh)、标识设置 火灾发生后需禁止车辆再进入事故隧道(sudo)，可在隧道(sudo)入口

14、用激光在水幕上打出禁行的标志。火灾时隧道入口处禁止进入的信息显示28第27页/共34页第二十八页，共34页。上海长江隧道人员安全(nqun)疏散研究 借助CFD软件SMARTFIRE和疏散(shsn)软件BUILDING EXODUS，对上海长江隧道在正常运营和阻塞两种工况下发生火灾时人员的安全疏散(shsn)进行了研究。29第28页/共34页第二十九页，共34页。v 正常(zhngchng)运营工况30第29页/共34页第三十页，共34页。人员类型 人员比例（） 人员数量 1729岁的男性 15.01213050岁的男性 30.02425180岁的男性 15.01211729岁的女性 10.

15、0803050岁的女性 20.01615180岁的女性 10.080人员年龄 步行速度 1750岁 0.961.2m/s 5180岁 0.30.96m/s v人员(rnyun)类型分布v人员(rnyun)步行速度取值v人员(rnyun)反应时间察觉时间（s）确认和反应时间（s）离火源点50m范围内 301750岁的人取060s内随机分布；5180岁的人取3090s内随机分布 离火源点50m范围以外 60注：火源下游人员取值时在以上时间的基础上减少30s。 31第30页/共34页第三十一页，共34页。v 疏散模拟(mn)结果 正常运营工况下发生火灾，人员全部安全(nqun)疏散；阻塞工况下发生火灾，全部的804人中有31人未能安全(nqun)疏散，且均为离火源50m范围内的人员。32第31页/共34页第三十二页，