卜直以来,地铁通风的,,,模拟大都关注的是紧急状况下的通风情况,有关站台通风形式对站台热环境影响的模拟相对较少。事实上,一个经过优化的较好的站台通风设计,能够降低初投资,减少能源消耗,保证安全、舒适的乘车环境,从而影响整个地铁系统的建设投资和运行效益,,本课题就是以评价优化天津地铁侧式站台通风设计为主线,应用,,,模拟的方法,分别对站台通风的初步设计、建议设计建立三维几何模型,采用标准,,,湍流模型作为物理模型,,,展数值模拟。实施现场测试,采集模拟计算所需的边界条件,测量模拟验证所需的站台速度场分布。研究发现,尽管地铁站台上的流动十分复杂,如果采用合理的假设,可以得到较为准确的车站的速度场与温度场,在一定假设条件下,标准,一占湍流模型可以用来模拟预测地铁车站复杂的气流流动,本课题当中所采用的验证模拟有效性的准则,也可以为其他“瞬态简化为稳态”的相关模拟作借鉴,现场测试所采用的方法,更可以推广到相类似的实测场合。同时,本课题最直接的成果是提出了天津地铁侧式站台的建议通风方式,并适当讨论了壁面温度对站台温度场的影响,送风角度对站台速度、温度场的影响等等。这些研究成果对于侧式站台通风方式的设计、评价和优化,部有真接的现实意义。此外,作为『,式模拟前的算例,还对宾馆典型客房的一种气流组织形式进行了相关模拟,可以为相关工程设计人员、数值模拟计算人员所借鉴。
原始人类在穿越非洲大陆以及在横跨欧洲大陆时留下的痕迹,表明了人类对迁徙的
内在渴望。不久,原始人学会了在雪橇上运送重物。公元前,,,,年,美索不达米皿地
区的居民发明了车轮,随后即是两轮马车,虽然早期的车轮做的很宽,以便运送重物,
人们不久便认识到有必要做出一种很蛏固、更光滑的表面,使之有利于运输。随着货运
量的增加,人们又转向了四轮车,并且修建的道路也更直更好,能通到更远的地方。最
第一条穿越城区而过的铁路, 同时也是世界上的第一条地铁, “大都会”号,于
,,,,年,月,,日在伦敦开通。列车是在地下运行,但它们却是由蒸汽机驱动的。尽管
由于冒烟的发动机在地下部分运行时造成环境很不舒适, “大都会”号还是立即获得了
成功。它是如此之成功以至伦敦不久便丌始扩建地铁使之通向迅速扩大的新的城区部
最初“大都会”的通风问题是由表面是格栅的“通,,,孔”送风,给乘客以舒适的感
觉来解决的。几年后, 中部伦敦地铁公司安装了名为“臭氧发生器” ,空气净化器,的
装置。它能将新鲜的空气吸入车站内,但这种装置对被吹入的空气中加入的臭氧量过多,
在伦敦进行的更近一些的尝试,还包括将隧道中的空气用功率强大的风扇从特别设
计的风管中排出去,新鲜空气经车站入口、楼梯间和通风竖井引入。另外,还将隧道内
的列车作为一种主要的通风方式,为增加这种“活塞效应”的通风作用,新鲜空气在进
“大都会”号, 即以后的伦敦地铁,在电力机车引入时又遇到了新的问题。 由于电
力机车的功率很大,放出的热量更多,新鲜空气在被强制引入车站月台的同时,也要被
强制送入隧道内, 以防止由于这种大功率发动机造成温度日益升高。散热量的增加的同
正在伦敦人为他们的世界第一条地铁而庆祝的时候, ,,,,,, ,, ,,,,,一位来自美
国密歇根州的人,深深被地铁的优点所吸引,他参加了,,,,年“大都会”号的揭幕仪
式,并决心为纽约市也修建一条类似的地下交通系统。但是遗憾的是他的提议没有被纽
约市议会接受,提案被搁置在一边。但是, ,, ,,,,提出了第一份在早期地铁设计中有
关环境考虑的设想。该方案包括一个由美国工程师,, ,, ,,,,,,,,提出的地铁换气的问
题。他在,,,,年提出了有关纽约地铁的早期构思。 ,,,,,,,,的设想由设在街道两旁的
煤气灯灯柱中间的管子来通风,这些灯柱之间间隔约,,,英尺,耸立在地铁通过的街道
两旁。这样,又过了很多年, ,, ,,,,的计划才真正得以付诸实施。当纽约地铁于,,,,
年动工修建时,对于隧道和车站的强制通风并未给予特别的考虑。设计人员认为人行道
上的格栅通风口和列车在隧道中运行所产生的活塞风,就能提供足够的通风空气。
,,,,年,,月,纽约的第一条地铁开通运行。但是开通不到一年, 由于地面通风口
不足而引起的地铁内温度过高的问题变得严重起来。为增加通气量,车站的顶部设置了
事实上,纽约地铁并不是北美第一条地铁,波士顿地铁开通于,,,,年,它是北美
最早的地铁。在通常情况下,给地铁的通风问题几乎完全是依靠列车的“活塞效应”来
建成于,,,,年的芝加哥地铁, 以及,,,,年开通的加拿大多伦多地铁早期都是采
用“活塞效应”来通风的。采用这种方法,早期芝加哥车站的气温保持在,,,,,,℃之
中, 以安装机械式强制通风设备作为最终解决措施。尽管自然通风好像能够保持一定的
车站、隧道热环境,但是,活塞效应被利用的程度是和早期地铁运行情况、土建结构有
密切的关系。客流量小,隧道阻塞比大,机车功率小,散热量少,轨道以单线单洞居多
等等,这些因素造成了地铁内部比较大的活塞风量,较小的热湿负荷, 因此,采用自然
通风有时大致能够满足需要。但是也有例外,美国的克利夫兰地铁的阻塞比只有,, ,,,
列车前方所推动的空气柱几乎是可以忽略的,站台的任何部分都不存在可以起到通风作
用的空气流动。因此,它的通风是依靠安置于距站台约,,,米处的一台轴流风机来解决的。
速度发展,主要表现在车速的提高, 同向行驶列车之间距离的缩短,能够提供更大的客
运量,而机车的功率和速度的增加成正比平方关系,除非采用能量循环装置,否则,这
些能量都将转化为热能排放到地铁中,在一些新建和现存的地铁中,车厢内的空调成为
了必需品,这种情况造成了地铁所产生的热量大量增加,使的地铁空气和周围四壁的温
度都迅速上升, 同时,双线,多线轨道日益增多,隧道阻塞比变小,活塞风量减小,其
作为自然通风的价值也就减小,另一方面,人们对地下环境舒适程度的要求越来越高。
因此,总上所述,现代新建地铁都采用机械通风系统, 同时考虑活塞效应的影响,对于
,,,,年,月,日, 中国第一条地铁一北京地铁一期工程正式破土动工,揭开了中
第一阶段是从六十年代中期丌始, 以北京地铁为代表,一期工程从苹果园至火车
站,全线,,, ,公里,设,,座车站,于,,,,年,,月,同通车。这是我国依靠自己力量,
在,,个月内建成的第一条地铁,年均进度为,, ,,公里,这极大地鼓励了中国的地铁建
设者, 同时激发了天津、上海、广州等城市,丌始积极筹划,搞起了地铁试验段工程,
为大规模工程启动准备条件。但是由于各种社会原因,地铁建设未能持续发展,几乎停
第二阶段是中国改革开放之后。 国内经济迅速发展,与境外交往日益频繁, 国外
地铁的技术信息不断传入,随着国内城市建设的大好形势,又唤起了地铁建设的信一,,, 。
上海、广州着手工程可行性研究,直至九十年代初,上海地铁、广州地铁相继开工,其
他城市也紧锣密鼓开始筹备和研究,全国十多座城市要建地铁或轻轨,掀起了国内地铁
第三阶段是,,,,年开始,从抓建设标准,抓车辆和设备国产化为新的启动点, 以
降低地铁造价为目标, 以上海三号线和深圳一号线为依托项目,探索我国地铁建设发展
之路,并借此拉动国民经济主要产业的发展,推动高新科技的发展,为地铁建设事业带
来了生机和希望。现在许多城市又重整旗鼓,纷纷重新研究、 申报立项,争取工程尽快
目自,, 已经建成并有地铁运营的城市有,北京、天津、上海、广州、香港和台湾。
南京、武汉、长春、沈阳、大连、杭州、成都和西安等城市都正在准备上马轨道交通。
深圳地铁正在兴建当中。 国内的四个地铁系统,香港、台湾除外,总长仅,,公里,巴
黎地铁超过,,,公里,韩国首都地铁网络已增长至总长,,,公里, “ ,, 由此可见, 中
国地铁的发展起步不晚,但是速度不快,地铁建设的发展潜力是巨大的。因此,为我们
天津地铁是中国第二条的地铁,始建于,,,,年,月, ,,,,年,,月建成通车。 由
西站车站至新华路车站,既有线共,个站,全长,, ,,,公里。随着天津经济的快速发展,
既有的地铁线路已经不能满足拥有上千万人口的天津交通的需要。经国务院批准,天津
地铁一号线工程项目已于,,,,底动工,计划,,,,年底竣工。该项目投资,,, ,,亿元,
其范围包括刘园至西站和新华路至双林新建段、西站至新华路既有线改建段、双林车辆
段、刘园停车场、海光寺控制中心以及相应的运营设备和设施,全长,,, ,公里“ ,。该
线路的建成,必将解决天津居民出行难、乘车难问题,根据文献“ ,预测,近期,,,,年
仅地铁一号线客流将达到,, ,,亿人次,年,远期,,,,年将达到,, ,,亿人次,年,,具有
拉动内需、发展天津经济、节省旅行时间、激活沿线土地开发综合利用等多方面的重大
台通风方式的模拟、评价与分析, 目的是找到满足站台通风需要、适合既有车站土建结
构、经济技术上可行的优化的系统,为天津地铁既有站台的改造提出合理可行的建议。
营口道一新华路,全长,, ,,,公罩,平均站距,, ,,,,,。既有线除西站外其余几个站的
环控布置方式类似,其中西北角为弧形站,其余站为直线站或局部弧形,本课题将以西
南角车站作为典型车站进行模拟分析,另外,本课题关注的是地铁运行近期的设计,非
远期的设计, 以下不再重述。关于既有线改造后站台的通风方式,铁道部第三勘测设计
院、天津市市政工程设计研究院,上海市隧道工程轨道交通设计研究院、等单位分别提
既有站台结构尺寸为,长×宽×高,,,, ,×,,, ,×,, ,,,为典型双线侧式站台,其
车站无机械排风系统,排,,,靠乘客出入口排出,在车站的两端各有一个送风口朝
向垂直于列车与轨道方向送风,送风打到对面隧道墙上,然后向两边扩散,送风口在图
,,, 由于预测客流量将有很大增加,原来车站的尺寸过小,在改建的设计中,地铁
站台的长宽高尺寸都加大了。改建后的站台见图,一,。其中站台的尺寸为,长×宽×
由于受,,有结构空间的限制,既有车站高度允许的条件下环控通风系统就利用车
站顶部空间设置送风道,否则就在车站端部进行集中送风,站台板下空间作为回,排风
道,均匀排风,构成站送、站排的通风形式“ ,。 由于西南角车站的站台高度较小,,, ,
如果设置单一顶部风道的话,取风管风速为,,,, ,“ ,,风管宽度为一侧整个站台宽度
,,,那么单侧风管其最小高度为, ,,, ,,÷,,÷,,,, ,,,这样风管下面距站台板只有,
, ,—, ,,,, ,,,考虑为风管法蓝、风口等附件留出,, ,,,的空间,那么站台板上净
高只有, ,, ,,—,, ,,,,, ,,,这个高度是比较低的, 即使这样,还没有考虑设置站台顶
灯。根据以上情况,铁三院的初步设计为,每个车站每一端各设两个风机房,一个作为
送风机房,一个作为排风机房,每一机房内设有一台风机,两台风机为一组分别负责半
个车站的送排风,每侧站台两端各设置一间静压室,负责站台的纵向式通风,每个车站
共四个静压室,每个静压室面向铁道丌一个格栅风口,负责面向列车的送风,起到冷却
车身的作用,站台板下共设有,,个回,排风口,负责整个站台的排风,及时排走机车制
该院的初步设计方案大体上与铁三院相,司, 即丌式运行时采用站送站排的通风方
式。只是沿站台纵向送风的风口尺寸大小不同,铁三院的方案为, ,, ,×,, ,,,市政院
在其初步设计方案中提到,既有车站,,,管自,置有困难的车站,可采用站台板下送,
综上几种设计方案,我们看到, 由于铁三院采用的站台纵向通风方式,纵向送风
的风速比较大,再加上既有站台的层高比较低,这样从经验上判断,可能造成站台上某
些地方的风速过大,另外, 由于站台比较长,站台有效长度约,,,米,,单端纵向风口
负责送风的范围为,,米,长度很大,这一“贴附射流”中间又要经过乘客出入,,,,经
验上判断, 出入口的气流可能将影响到这一贴附气流,可能造成送风到达不了两个乘客
口之间的区域,形成“盲区” 。另外,站端的这种纵向通风也可能起到诱导作用,使得
过多的高热污浊的隧道风进入站台,影响站台的环境。在市政院的初步设计报告中,对
这一通风方式的缺点有所叙述, 由于站台层净高只有,,,在车站机械通风系统开式运行
情况下,射流风口下边缘距地面只有,, ,米左右,在接近风口附近停留的乘客会有吹风
感…。尽管上海院建议了一种完全不同的通风方式,在环控系统的初步设计中,他们
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百万的投入,每一点小的更动,都可能导致实际建设上的巨大变化。地铁一旦建成,将要运行几十年以至上百年, 因此,在真正实施建设之前,对各种方案进行科学可靠的分析比较,计算模拟,模型试验是十分必须的。
本课题恰恰就是针对不同的侧式站台通风气流组织方式,进行科学模拟计算与实测,力求对他们进行预测、评价、甄选、优化,从而提出一种技术上可行、经济上合理、满足乘客舒适性要求的优化的站台气流组织方式。
具体来说就是,建立既有车站站台整体的三维几何模型,针对站台气流的特点,采用合适的物理模型,模拟、分析、描述站台气流的特点,对铁三院提出的初步设计方案进行评价,提出新的建议方案,优化站台的通风设计。
值得注意的是有关地铁站台通风的这些数值模拟通常关注的是”紧急状况”下的通风模拟, 比如发生站台火灾、有毒气释放等情况。评价的中心话题往往是在紧急情况下站台通风系统的反应动作能力、系统的安全可靠性等等。有关地铁在正常运行当中,站台热流场相关内容的,,,模拟相对来说较少。相关研究不多,是有一定原因的。一般情况下,乘客在地铁站台停留的时间短,乘客对空气物理状态舒适度反应,也是短时间的, 因此,有些文献明确指明,地铁站台的温度和速度标准可以适当降低,站台空气速度的大小甚至可以没有上限,只要不产生”吹起灰尘、撩起衣裙”速度就可以接受。 ”地下铁道设计规范” “”中也明确说明, ”既然乘客在站厅和站台厅的时间特别短,只是通过和短暂停留,为了节约能源,只考虑乘客由地面进入地下铁道车站有较凉快的感觉,满足于。短暂舒适’就可以了。人们对温度变化有明显感觉得温差为,,,以上, 因此站厅的计算温度比室外计算温度低,℃,就能满足‘暂时舒适’ 的要求。 ”所以, 以上对站台风速、温度尺度的放宽,在一定程度上使得人们对站台热环境的关注降低。
对于天津地铁来说,如果要实现建设现代化地铁的目标,实现一流的乘客乘车环境,丕望查堂堡生堂篁鲨塞 笙二兰坚竺型塑竺堕墨,塑窒竺墨竺, , , ,鉴
同时最大可能的降低能源消耗,就必须对站台通风系统进行科学的评价和优化。不合理的通风系统设计,将在很大程度上影响建设初投资、地铁运营的效益以及将来整个地铁系统的发展。
准确的模拟预测需要准确地设置,,,计算的边界条件。对于实际的地铁通风状况进行研究,离不开全面的现场测试。 自从地铁诞生以来,测试工作几乎,直没有停过,获得了许多很有价值的数据。关于地铁站台的通风状况,也有一些科研人员通过建立站台的微观模型进行过相关研究, 比如, ” ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,—,,,,,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,” “,,等等。剥,于天津地铁来说,现场测试是十分必要的,如果能够建立合适得微观模型,进行通风实验,会更有助于通风的研究, 因为本课题时间、经费的有限,只采取了现场测试的方法。888集团官网入口
