朱合华-长大隧道数字化火灾预警疏散技术

长大隧道数字化火灾预警疏散技术朱合华闫治国方银钢同济大学2010-8-18 洛阳主要内容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

21 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

31 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。

41 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55 h，导致41人死亡，43辆车烧毁。

51 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。

62 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。

72 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。

82 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

93 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

103 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。

113 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。

123 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。

133 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。

143 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

153 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

163 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

174 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。

184 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) 。

194 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。

204 火灾时隧道三维温度场重构研究纵向风速为0m/s时-4.0250

max,0-1.166-0.061-hHt

TTeTT

04.753max,0-1-0.992272.916()t

TThTT

H





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，oC

T0 -常温，20 oC

Tmax,t -隧道内离火源任一距离处拱顶的温度值，oC

h -该点离拱顶的高度，m

H -隧道的高度，m

214 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20

max,0-0.640()1.4341-t

TThh

TTHH

320

max,0-4.502()6.370()1.1240.941-t

TThhh

TTHHH

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20

max,0-0.563()1.4081-t

TThh

TTHH

320

max,0-2.860()4.922()1.2970.916-t

TThhh

TTHHH

224 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234 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

089.0518.0573.0tottot762.1846.90max0LxLxeeTT

TT

T -距离火源处的温度，oC

T0 -常温，20 oC

Tmax -火源处的温度值，oC

x –距火源的距离，m

Ltot-温度降到常温时，距离火源的距离，m

totL0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0 (T-T0)/(Tmax-T0)

L/Ltot

公路隧道 地铁隧道 铁路隧道

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