0 引言

随着我国经济的快速发展，车流量不断增大，为城市交通运行带来了一定压力，为缓解交通拥堵的现状，政府会不断进行城市道路改善与重建。但对于山体城市重庆，本身地势起伏大、平地少、山路多，部分已有商业建筑群的选址位于原有城市道路的交通枢纽位置，给城市道路改建工作带来很大困难[1]，此种情况下为兼顾商业发展和道路改善问题，会考虑使新建道路下穿原有商业建筑群的方案。重庆市某商业区的五栋塔楼和附属建筑位于城市中心地段，该位置是重庆市道路交通由南到北、由东到西的必经之地，原有道路为逆时针单行环车道，借助该地块再次开发的契机，愈将逆时针单行环车道改为双向4车道，同时在该地块内部增设“十字平交”道路来分流过境交通，如图1所示。

  

图1 十字平交通道平面图Fig.1 The plan of vertical cross channel

此种十字平交通道和商业建筑群相结合的新型综合体工程，其内部的人流量和车流量十分巨大，而人流越密集的地方，火灾隐患越大，一旦发生火灾事故，造成的人员伤亡和财产损失都是不可估量的[2]，因此需要采取必要的消防措施来增强其消防安全性。

目前很少有学者研究过十字平交道路内穿商业建筑群这种新型工程在火灾情况下的烟气运动形式和烟控方式；国内外很多学者仅对常见公路、地铁等隧道内火灾发展和烟控问题进行了较充分的研究，如Bettis等[3]在一隧道内进行了全尺寸火灾实验，研究了火源热释放速率和临界风速之间的影响作用关系；Vauquelin和Wu[4]运用全尺寸实验研究和CFD数值模拟研究相结合的方法研究了隧道宽度的改变对纵向烟气控制的影响，最后得出隧道不同宽高比对应的临界最小风速。张娜[5]以单洞双向的鹧鸪山隧道为例，采用局部实验研究和数值模拟相结合的手段研究该隧道半横向式通风网络，得出隧道内烟气在不同风速条件下的扩散分布情况。潘屹[6]根据火灾过程中三大守恒定律提出火灾烟气运动的湍流理论模型，并将其运用到浙江括苍山隧道中进行模拟分析，得到隧道内的火灾烟气密度、温度场、速度场等的分布规律，对比分析不同排烟方案的排烟效果，得到适合该研究隧道的最佳排烟方式和烟控策略。

根据地勘资料，本工程区水位年变化幅度为1.00～3.00m。据汉台区近年来的水位变化幅度，确定场地抗浮水位标高为499.79m。本工程地下室约12.00m，底板高程约506.70m，故本工程可不用考虑施工降水及抗浮水位的问题。其他工程若地下水位较高，需考虑地下室的整体抗浮以及大开洞、汽车坡道、下沉庭院等处不利区域的局部抗浮问题。为解决抗浮问题，可根据实际情况选择增加顶板覆土、增加底板配重、设置抗浮桩和抗浮锚杆等抗浮措施[6，7]。

本文以重庆市中心两路口地段的十字平交通道为例，采用FDS数值模拟研究方法，对通道内火灾情况下的烟气运动和不同烟控方式进行模拟分析，对比不同防排烟策略的烟控效果和各自所需提供的最小临界风速；旨在为类似工程应用和实验研究提供一定的参考。

为进一步改进和完善该工艺技术和装备，解决产业化相关的工程技术问题，在以上工艺基础上，攀枝花钢铁(集团)公司与北京有色金属研究总院、贵阳铝镁设计院、长沙矿冶研究院和自贡东升钛黄厂等单位联合进行了工艺改进研究，并于2003年在自贡东升钛黄厂完成了千吨级规模工业试验。新工艺简化了前磁选流程，平均TiO2回收率提高到98.8%；增加了弱氧化工序，产品粉化率降至14%左右，并解决了细料母液过滤困难及母液盐酸无法回收等问题。

1 研究对象

  

图2 工程框架图Fig.2 The Engineering frame diagram

十字平交道路下穿城市商业建筑群，使其成为包覆在商业辅楼内部的市政主干道，穿越商业辅楼的两条通道长度分别为240 m和144 m，道路路幅较宽为双向六车道，道路两侧有人行道和商业店面，宽度约为24 m，高度约为10 m，如图2所示。由于受到重庆城市地形和商业塔楼位置的影响，商业辅楼内远离环线疏散楼梯的人员均需借助十字平交通道到达安全出口，因此保证十字平交通道至少两条出口完全不受烟气侵袭对提高人员疏散的安全性具有十分重要的意义。

2 数值模拟研究

2.1 模拟模型的建立

后阴即肛门，为大肠的下口，又称魄门、谷道。魄门为粕之通道，魄门即粕门，饮食糟粕由此排出体外，所以称为魄门。

1.通风模式一：在辅通道十字交叉口南侧中间位置布置四台射流风机，风机尺寸为1.2 m×1.2 m，风机间横向间距为4 m，风向如图3所示。

  

图3 模式一模拟模型Fig.3 Simulation model of mode one

图7给出通风模式一作用下，火灾规模为5 MW时，X-32处烟气层高度和烟流量。可以看到在辅通道0 m/s～10 m/s风速作用下,X-32 m处,烟气层厚度基本在3.5 m～4.5 m之间波动，过该横断面处的烟流量基本随风速增大而增大，但风速在8 m/s时和10 m/s时，烟流量基本相等。可以看到当辅通道风速为8 m/s时，主通道X-32 m处烟气层厚度并不会明显增大，流经该位置的烟流量和10 m/s对应烟流量值相等，表明风速为8 m/s时，通道内就可以达到较好的排烟效果。因此认为通风模式一作用下，主通道发生5 MW火灾时烟气得到较好控制所需的最小临界风速为8 m/s。

  

图4 模式二模拟模型Fig.4 Simulation model of mode two

3.通风模式三：在辅通道十字交叉口南北两侧中间位置均布置四台射流风机，风机尺寸为1.2 m×1.2 m，风机间横向间距为4 m，风向如图5所示。

在监狱管理局、劳教局，谢晖的“一把手”变成“一霸手”。用人提干专横跋扈，一人说了算，且对干部提升不看品德，不凭能力，不顾政绩，不问民意，只要肯送钱，就能被提拔重用。

  

图5 模式三模拟模型Fig.5 Simulation model of mode three

2.2 模拟工况

另外不同通风模式下不同风速作用必然会对通道内火灾烟气的分层结构造成不同程度的破坏，烟气分层结构遭到剧烈破坏的情况下会对人员疏散和灭火救援都造成十分不利的影响。钟委等[8]在研究纵向通风对烟气运动行为的影响时，认为25 ℃是烟气层和空气层的分界面，来分析不同风速下隧道内烟气分层结构。这里以20 MW火灾规模为例，25 ℃作为烟气层和空气层的分界面。图10给出三种通风模式对应最小临界风速作用时，主通道火源下游至十字平交路口范围内的烟气分层结构。由此可以清晰的看到通风模式一和通风模式二作用下，火源下游烟气分层结构清晰、稳定且完好；通风模式三作用下，烟气完全填充了整个主通道-X方向，火源上下游烟气遭到最剧烈的破坏。

 

表1 通风模式一模拟工况Table 1 Simulation conditions of ventilation mode one

  

场景编号火灾规模/MW通风速度/(m·s-1)Aa1～Aa55047810Ab1～Ab51006101112Ac1～Ac515081111.513Ad1～Ad52009121315Ae1～Ae5250101414.516Af1～Af530012151618

 

表2 通风模式二模拟工况Table 2 Simulation conditions of ventilation mode two

  

场景编号火灾规模/MW通风速度/(m·s-1)Ba1～Ba550477.510Bb1～Bb510069.51012Bc1～Bc5150810.51113Bd1～Bd5200101212.515Be1～Be5250101414.516Bf1～Bf53001215.51618

 

表3 通风模式三模拟工况Table 3 Simulation conditions of ventilation mode three

  

场景编号火灾规模/MW通风速度/(m·s-1)Ca1～Ca550688.511Cb1～Cb510071111.514Cc1～Cc515010131417Cd1～Cd5200141616.519Ce1～Ce5250151818.522Cf1～Cf5300162020.524

3 模拟结果及分析

3.1 三种通风模式模拟结果

辅通道三种通风模式，在确定最小临界风速值时采用同样的方法，综合分析通道内火灾烟气运动情况，主通道烟气层高度、烟流量等参数后得到。表4给出三种通风模式下各火灾规模对应的最小临界风速值。

  

图6 三种模式烟气运动Fig.6 Smoke movement of three modes

  

图7 通风模式一5 MW火灾烟气层高度和烟流量Fig.7 Smoke layer and flow rate of 5 MW fire in mode one

2.通风模式二：在辅通道十字交叉口南北两侧中间位置均布置四台射流风机，风机尺寸为1.2 m×1.2 m，风机间横向间距为4 m，风向如图4所示。

主通道内发生不同规模火灾时，在不同通风模式作用下，到达十字平交路口的烟气运动会发生变化。通风模式一、二作用下，大量烟气会沿辅通道风速方向运动，最后由辅通道排出。辅通道排出的烟气量大小由机械通风风速决定，机械通风风速越大，则更多的乃至全部烟气均从辅通道一端排出，而主通道+X方向和辅通道-Y方向完全不会受到烟气侵害。通风模式三风机相向射流作用时，辅通道内形成一股较大压力的气流，会抑制火源下游烟气在主通道内的纵向蔓延。当风速压力大到一定程度时，烟气基本被控制在主通道-X方向，辅通道和主通道+X方向仅有微量被吹散的烟气。图6以5 MW火灾为例，给出辅通道无机械通风和三种模拟不同风速作用下烟气运动情况。

 

表4 三种通风模式下最小临界风速值Table 4 Minimum critical wind speed in three ventilation modes

  

火灾规模/MW通风模式一最小临界速度/(m·s-1)通风模式二最小临界速度/(m·s-1)通风模式三最小临界速度/(m·s-1)587.58.510109.511.51511.51114201312.516.52514.51418.5301615.520.5

3.2 三种通风模式对比分析

图8给出三种通风方式作用下不同火灾规模各自对应的最小临界风速值，可以看到相同火灾规模时，通风模式一和通风模式二作用下对应的最小临界风速值相差不大，通风模式三作用下对应的最小临界风速值相对通风模式一、通风模式二明显大的多。

十字平交两通道断面均为矩形，通道宽度取24 m，高度取10 m，主通道长度为240 m，辅通道长度为144 m，通道壁面采用混凝土材料，环境温度定义为20 ℃，环境压力为一个标准大气压(101.325 kPa)。把十字平交路口的中心点定义为坐标原点，主通道看做X轴，长度为X-108到X+108，辅通道看做Y轴，长度为Y-72到Y+72，火源位于X-72 m位置，火源正上方顶棚位置每隔1 m设置一个热电偶，用于监测火源附近顶棚位置温度分布；X-32、Y+32处分别设置烟气层高度和烟流量监测设备；主通道过火源中心位置设置温度纵切片。根据重庆市自然气候条件，在主通道左侧设置1 m/s自然风速，辅通道三种通风模式具体如下：

初中数学拓展性微课程，是以现有的初中数学教材为载体，借助微课“短小精悍、形式丰富、时空自由”等多种优势，结合资源内容，系统研发思维拓展型、学法指导型、数学文化型、操作活动型数学拓展型资源的微课程(图2)，旨在拓宽数学教材的意义空间，挖掘数学独有的文化内涵，以此发展学生的思维，提升学生的数学素养.目前已经重点开发3个系列微课程.

  

图8 三种通风模式临界风速对比图Fig.8 Comparison of critical wind speed in three ventilation modes

对以上结果曲线进行拟合，得到三种通风模式对应最小临界风速值Y随火灾规模X变化关系式如表5所示。

 

表5 三种模式临界风速曲线拟合方程Table 5 Critical wind speed curve fitting equation in three ventilation modes

  

通风模式拟合方程相关度一Y=6.66+0.31XR=0.99二Y=6.17+0.31XR=0.99三Y=6.56+0.47XR=0.99

通道内不同风速作用可以不同程度地降低火源附近温度值，针对同一种火灾规模，分别对比辅通道风速为0 m/s和最小临界风速两种情况下，火源上方顶棚处最大温度的差值，以此来表明风速对火场的温降效果。图9给出不同火灾规模在三种通风模式最小临界风速作用下对火源上方顶棚处最大温降值的对比图，可以看到通风模式一和通风模式二在各自最小临界风速作用下对火源上方顶棚处温降效果基本相同，通风模式二温降值仅略大3 ℃～10 ℃不等。通风模式三对应的最小临界风速对火源上方顶棚处温降情况相比于通风模式一、通风模式二效果较差；相同火灾规模下，通风模式三对应的最大温降值比通风模式一低7 ℃～27 ℃不等，比通风模式二低14 ℃～31 ℃不等。

  

图9 三种通风模式下最小临界风速对应最大温降Fig.9 The maximum temperature reduction for the minimum wind speed in the three modes

姚坚[7]在《公路隧道内火灾温度场分布规律数值模拟分析》一文中总结了国内外专家对不同类型车辆燃烧的火灾试验热释放速率的建议值，根据汽车的不同种类，一般热释放量定义为：小型汽车5 MW，小卡车10 MW，公交车15 MW ～30 MW，油罐车为30 MW ～100 MW。结合该工程实例，十字平交道路属于市政道路，会禁止油罐车等的驶入，在定义火灾规模时，主要考虑5 MW、10 MW、15 MW、20 MW、25 MW、30 MW这6种情况。每种通风方式均设置30组模拟工况。如表1～表3所示。

  

图10 主通道火源位置烟气温度纵向分布Fig.10 Longitudinal distribution of smoke temperature in the main channel

4 结论

通过FDS模拟软件对比三种通风模式烟控效果，可以得到以下结论：

(1)辅通道三种通风模式作用下均存在最小临界风速值。

(2)火灾规模在0 MW～30 MW范围内，三种通风模式对应最小临界风速值随火灾规模的变化关系均为：Y=Y0+bX，其中b的大小取决于风机射流形式。

(3)通风模式三对应的最小临界风速最大，对火源上方顶棚附近的温降效果最差，火源上下游烟气分层结构破坏十分严重；通风模式一、二对应的最小临界风速值较小且差别不大，温降效果较好，火源下游烟气分层结构稳定且完好，因此从烟控效果来讲，通风模式一和通风模式二可以被考虑为较适宜的方式。

玉器与瓷器是极具有中国特色的产物，是古代中国物质文明与精神文明高度发展的历史见证。中国玉器诞生于8000年前，“玉”字在甲骨文中写作 ，在金文和篆文写作“王”，东汉许慎《说文解字》中说:“玉,石之美者……象三玉之连。”瓷，从瓦次声，指的是上釉的陶器。 玉器与瓷器都起源于新石器时代，先民在磨制石器的时候发现了玉料并将其加工成玉器，而瓷器是从陶器发展而来的，考古挖掘证明世界各地的先民都能独立创造陶器，但是我们的祖先却率先发明了瓷器，这与玉器文明的影响分不开。

(4)结合工程应用实际情况，通风模式一考虑在辅通道一侧中间位置安装4台射流风机，火灾情况下给予适宜的通风速度即可达到较好的烟控效果，为尽可能较少工程投资和后期设备维护等费用，本文考虑通风模式一为适用于该十字平交通道较合理的优化方式。

参考文献

[1] 周彤梅, 杨继辉.解决城市道路交通拥堵问题的方法研究[J].中国人民公安大学学报:自然科学版, 2005, 11(1): 98-100.

[2] 刘守国, 连振华.交通事故分析与防治[M].人民交通出版社, 1998.

[3] Bettis RJ, Jagger SF, Wu Y.Interim validation of tunnel fire consequence models: summary of phase 2 tests[R].HSE RLSD, Report No.IR/L/FR/92/11, Derbyshire, UK, 1993.

[4] Vauquelin O, Wu Y.Influence of tunnel width on longitudinal smoke control[J].Fire Safety Journal, 2006, 41(6): 420-426.

[5] 张娜.鹧鸪山公路隧道通风系统及火灾烟气控制研究[D].北京: 北京工业大学, 2005.

[6] 潘屹.公路隧道火灾通风排烟方式的数值模拟研究[D].成都: 西南交通大学, 2007.

[7] 姚坚.公路隧道内火灾温度场分布规律数值模拟分析[D].上海: 同济大学, 2007.

[8] Zhong W, Lv JJ, Li ZZ, Liang TS.A study of bifurcation flow of fire smoke in tunnel with longitudinal ventilation[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2013, 67: 829-835.