朱合华长大隧道数字化火灾预警疏散技术

主要内容1前言2隧道火灾预警疏散研究现状3基于数字化的火灾预警疏散技术4火灾时隧道三维温度场重构研究5长大隧道内人员安全疏散研究6结语11前言隧道结构空间比较封闭，自然排烟困难，火灾发生后升温速度快，易爆发成灾

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，该问题尤其严重长大隧道火灾安全问题的特点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21前言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的应急疏散措施，没有造成人员伤亡。31前言1999年，勃郎峰公路隧道（全长11.8km）火灾中，最高温度达到1000℃,大火持续了55h，导致41人死亡，43辆车烧毁。41前言2000年，瑞士圣哥达公路隧道（全长16.9km）火灾中，隧道内温度达到了1000℃，有11人丧生，128人失踪。52隧道火灾预警疏散研究现状线性火灾探测器

如感温电缆、感烟电缆、火灾报警光纤等火灾自动报警系统点式火灾探测器

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。62隧道火灾预警疏散研究现状

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。72隧道火灾预警疏散研究现状火灾的误报、漏报

隧道火灾预警疏散存在的问题火灾现场实时信息的获取

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83基于数字化的火灾预警疏散技术总体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93基于数字化的火灾预警疏散技术系统组成火情信息获取子系统

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。103基于数字化的火灾预警疏散技术三维温度烟气场重构子系统

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，有烟区大小及边界等烟气场信息。从而为正确的决策提供可靠的信息。113基于数字化的火灾预警疏散技术应急疏散救援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预案的条条框框来执行，因此采用基于数字化技术的应急预案。计算机将自动提示各部门相关人员做出应急措施，确保救灾小组各尽其职，顺利抢险救灾。123基于数字化的火灾预警疏散技术数字化虚拟现实显示子系统基于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。133基于数字化的火灾预警疏散技术测得温度、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143基于数字化的火灾预警疏散技术关键技术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关系的建立

隧道内火灾情况下三维温度场的重构

数字化应急疏散预案的建立153基于数字化的火灾预警疏散技术优点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，有烟区大小及边界等实时性：结合火灾探测器测得的信息实时重构隧道内的三维温度场，为应急疏散救援预案的决策提供依据

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

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

164火灾时隧道三维温度场重构研究研究思路

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。从而可以得知隧道内任一时刻，任一点处的温度值。174火灾时隧道三维温度场重构研究隧道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)。184火灾时隧道三维温度场重构研究

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受纵向风速以及离火源点距离的影响

。因而该温度分布曲线可按不同的纵向风速和离火源点的距离来建立。194火灾时隧道三维温度场重构研究纵向风速为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T-隧道内任一时刻任一点处的温度值，oCT0-常温，20oCTmax,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，m204火灾时隧道三维温度场重构研究纵向风速为1.5m/s时

距离火源点30m范围以内处距离火源点30m范围以外处纵向风速为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214火灾时隧道三维温度场重构研究纵向风速为3.0/s时，隧道内纵向温度分布曲线(a)距离火源点30m范围以内处(b)距离火源点30m范围以外处224火灾时隧道三维温度场重构研究

通过对大量火灾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：隧道纵向温度分布T-距离火源处的温度，oC

T0-常温，20oCTmax-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

235长大隧道内人员安全疏散研究疏散通道的设置参考目前国内外长大隧道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供疏散逃生使用（2）在运营隧道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245长大隧道内人员安全疏散研究（3）对于采用盾构法修建的长大隧道，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东京湾海底隧道行车道板下的安全通道255长大隧道内人员安全疏散研究（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”（火灾时，列车停在定点位置），以进行全面的灭火救援、通风排烟工作青函隧道在龙飞、吉冈（斜井和竖井之间）设了两个定点265长大隧道内人员安全疏散研究服务于防灾救灾的标志、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）275长大隧道内人员安全疏散研究服务于防灾救灾的标志、标识设置

火灾发生后需禁止车辆再进入事故隧道，可在隧道入口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285长大隧道内人员安全疏散研究上海长江隧道人员安全疏散研究

借助CFD软件SMARTFIRE和疏散软件BUILDINGEXODUS，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进行了研究。通风方式：射流风机诱导型纵向通风+重点排烟的通风方式疏散通道：横向疏散（每850m设一横通道）+纵向疏散（每两相邻横通道间设3个逃生楼梯，以连接公路层和公路层下方的纵向逃生通道）隧道模型：取900m长，火源位于450m处火源尺寸：长×宽×高＝5.5×2.5×3.75m（货车火灾）火灾规模：50MW，热释放速率Q＝0.1878t2计算时间：10min295长大隧道内人员安全疏散研究正常运营工况30人员类型人员比例（％）人员数量17－29岁的男性15.012130－50岁的男性30.024251－80岁的男性15.012117－29岁的女性10.08030－50岁的女性20.016151－80岁的女性10.080人员年龄步行速度17－50岁0.96－1.2m/s51－80岁0.3－0.96m/s人员类型分布人员步行速度取值人员反应时间察觉时间（s）确认和反应时间（s）离火源点50m范围内3017－50岁的人取0－60s内随机分布；51－80岁的人取30－90s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。5长大隧道内人员安全疏散研究315长大隧道内人员安全疏散研究疏散模拟结果

正常运营工况下发生火灾，人员全部