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摘要：城市拥堵问题越演越烈，城市轨道交通成为解决拥堵的一剂良药。地下铁路通风和防灾成为重要问题，如何让通风设备布置对气流组织最好，更有利于烟气扩散，成为设计者需要着重考虑的问题。本文就青岛地铁2号线某车站做为实例进行模拟对比分析，给出不同地面出风亭条件更有利的布置方式。
关键词：隧道通风；气流组织；模拟
1引言
目前国内城市轨道建设中，地铁地下车站多数倾向于采用双活塞隧道通风系统，对于单峒单线隧道，双活塞通风方式一方面保证了活塞风泄压和引入新风的要求，另一方面还可使排烟和送风工况时两条线路相互影响的程度降至最低。而区间火灾工况时主要依据区间两端的隧道风机进行进风、排风来保证事故处人员不致被烟、火、雾所危害而安全撤离，对于送风的一端，如何保证气流向事故区间的运行状态。
本文结合青岛地铁2号线苗岭路站与周边建筑、地面景观的具体情况进行分析研究，本车站位于绿化带内，本线隧道通风系统采用的是双活塞隧道通风系统四风亭方案，本车站为更好利用地面绿化带风亭直接从主体出，针对此种建筑布局，对隧道通风布置方案进行深入研究和分析，对于活塞风井布置在车站两端头的情况，发现存在区间气流不畅，诱导能力不强，压力损耗大，不能达到对区间阻塞和火灾情况下的预期作用的疑问，现通过CFD软件，结合设备布置方案进行模拟仿真研究，建立模型，确定适合该种形式隧道通风的设备布置及风井位置，满足地铁车站隧道通风系统的作用。
2方案提出
对于封闭的地铁地下车站，双活塞隧道通风系统从原理上的确能够很好地解决地铁隧道通风系统中相应的功能需求，但实际设计过程中，由于地面建筑情况、地下管线以及施工对交通的影响等原因，车站站位布置对风道的布置有至关重要的影响，为了更好地进行对比，目前提出了三个方案供分析研究。方案一是隧道通风机房在主体的两端和主体平行且全部位于主体内，送风时气流朝向车站方向；方案二和方案一类似，仅改变隧道通风机出风的方向，出口气流朝向区间方向；方案三是隧道通风机房与车站垂直，设计成附属的单层形式，隧道通风机气流垂直于车站主体方向。
2.1方案一——车站两端侧出方案
机械通风一般和活塞通风平齐或并列布置，一方面可以减少风井数量对地面的影响，另外一方面还可以节约土建规模，降低造价。风道侧可以有效利用车站两端的绿地，甚至设计为双层风道，降低用地范围。
考虑到车站周边的实际情况，车站两端隧道通风机房均沿车站东北边布置，布置为短风道，两隧道风亭、新风亭和排风亭于红线处的出地面。风道布置如图1。
2.2方案二——与车站主体齐出逆流方案
与车站主体齐出逆流是指隧道通风风道的布置与隧道风风机布置平行，气流沿车站长度方向，进风方向朝向车站运动，这种情况隧道风亭及排风亭位于车站端部与隧道通风井并列布置，考虑到隧道通风机的运输及检修路径，隧道通风机房部分较主体宽6250mm左右。风道布置如图2。
图1方案一图1方案二
2.3方案三——与车站主体齐出顺流方案
该方案与车站主体齐出逆流相似，但不同的是隧道通风机的布置，若以隧道通风机气流方向朝向车站为逆流的话，那么此种布置是隧道通风机出风口朝向区间两端。活塞风井和排风井所处区域因要实施人防措施，固均要设置500mm厚的结构墙，这样可能会导致吊装设备时运输路径无法布置。活塞风孔既兼机械风孔又兼吊装孔，活塞风井位于隧道通风机房的中间位置。为了活塞风的顺畅，减少转弯的个数，使活塞风阀与活塞风孔对应布置。同样，该隧道通风机房部分的车站主体较其它部分宽约为6250mm。
通过以上优缺点的比较分析，考虑到隧道通风机的实际用途，能够在隧道发生事故时形成较为良好的推力和抽力作用，从经验判断，第三种方案车站主体齐出顺流方式通风效果更好。
4建立物理模型
根据以上几种方案的设计和分析研究，现将建立以下三种隧道通风的物理模型。
4.1模型一
风阀考虑到过面积的折损，按折损后的通风口面积进行计算，折损系数取0.8，风机出风口边界条件为速度出口边界条件，忽略风道中柱子对气流的影响，按隧道长100m，机械风孔位于中间，建立三维物理模型，具体模型简化如下图图4所示：
图6侧出风道简化模型网格划分
5数值模拟结果分析
图7侧出风道三维数值计算结果速度场
通过本次CFD数值计算进行初步模拟，发现传统的隧道通风系统气流朝向车站运动方案存在较大缺陷，当风机气流的方向朝向车站时，空气流的速度矢量是朝向车站的；当风机气流的方向朝向区间时，则相反；当隧道风机的侧向布置或机械风孔与风机出口后运动的气流不平行时，流出机械风孔的气流主要依靠风道的静压来实现，此时；与气流的运动无关。
当区间发生事故时，风机正转，气流向车站运动的体积流量权重大，在实验条件下，即在区间没有压力差的情况下，这将给人员疏散引起较大的危害，故在土建条件比较合适的条件下，顺区间布置的隧道机更有利于为隧道带来较大的速度矢量，为事故条件下区间内人员带来更多的逃生机会。
通过本次对比分析研究，可以很好地了解隧道风机在火灾等工况时气流的运动状况，对以后类似的设计方案比选时可以有更多技术数据支持。特别是在初步设计方案确定时隧道通风机的设置不仅将会影响到车站的规模、造价等，还会影响到车站投入运营后多种工况动作时的功能发挥。
参考文献：
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