《城市地下空间防火与安全》为国家“十二五”重点图书出版规划项目、国家出版基金资助项目、上海市高校服务国家重大战略出版工程入选项目。
《城市地下空间防火与安全》全书围绕人们目前日益关注的城市地下空间防火与安全问题,较为系统地阐述了隧道火灾特性、隧道火灾应急通风与排烟、城市地下空间火灾报警与消防以及城市地下空间火灾疏散与救援等问题。全书内容丰富,反映了当前国内外城市地下空间防火安全方面的新成果与新趋势,有助于人们加深对地下空间火灾的认识,推动学科研究的深化发展和新成果的工程应用。
《城市地下空间出版工程·防灾与安全系列:城市地下空间防火与安全》系统地介绍了作者近年来在地下空间的火灾特性、应急通风与排烟、火灾报警消防及疏散救援等方面的研究成果。《城市地下空间出版工程·防灾与安全系列:城市地下空间防火与安全》的出版将有助于加深人们对地下空间防火重要性的认识,推动学科研究的继续深入,同时也有助于火灾安全领域的新方法和新技术推广应用到工程实践中,提升工程的运营安全与防火技术水平。
由于地下空间环境的封闭性和逃生救援的困难性,一旦发生火灾,将会造成严重的伤亡和巨大的社会影响与经济损失。频繁发生的地下空间火灾事故,使人们对地下空间的防火安全越来越关注,并对地下空间的使用存在一定的恐惧心理。因此,在“城市向地下走”成为一种必然趋势的大背景下,如何探索地下空间的火灾规律,如何采用新理念、新方法和新技术,以确保地下空间的高安全性,避免地下空间的火灾灾害影响,消除火灾对人们造成的负面心理效应,成为目前地下空间设计、施工及运营管理等部门迫切需要解决的问题。
本书系统地介绍了作者近年来在地下空间的火灾特性、应急通风与排烟、火灾报警消防及疏散救援等方面的研究成果。该书的出版将有助于加深人们对地下空间防火重要性的认识,推动学科研究的继续深入,同时也有助于火灾安全领域的新方法和新技术推广应用到工程实践中,提升工程的运营安全与防火技术水平。
本书主要内容包括五个方面:
(1) 第1章绪论,通过分析国内外道路隧道、地铁及地下街火灾案例,总结了其发生火灾的原因及特点;同时,介绍了国内外地下空间防火与安全的研究现状与发展趋势。
(2)第2章隧道火灾特性,分析了火灾发生时隧道内温度烟气场的特征及变化规律。同时,介绍了大断面道路隧道及高海拔道路隧道火灾的特性。
(3)第3章隧道火灾的应急通风与排烟,以重点排烟为例,探讨了隧道火灾重点排烟模式与控制策略及各关键参数对通风排烟性能的影响。
(4)第4章地下空间火灾的监控与预警,阐述了地下空间火灾探测预警技术原理、火灾监控预警系统设置及工程应用。
(5)第5章地下空间火灾的疏散救援,介绍了地下空间火灾疏散的基本原理、典型地下工程火灾疏散仿真分析、隧道动态反馈式火灾疏散救援技术及应急疏散逃生通道技术。
本书涉及的研究成果是在“十一五”国家科技支撑计划课题(编号:2006BAJ27B04、 2006BAJ27B05)、国家高技术研究发展计划(863计划,编号:2006AA11Z118)、上海市科技攻关(重点支撑)项目(编号:04dz12010、 11231201200、 13231200600)、交通运输部建设科技项目(编号:2011318499740、 2013318J02120)等资助下完成的。在项目的实施过程中得到了国家科技部、上海市城乡建设和管理委员会、上海市路政局、上海市城市建设设计研究总院、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司、上海隧道工程股份有限公司等单位的大力支持和帮助,限于篇幅,不一一列出,在此谨表示衷心的感谢。
防灾课题组(按入学先后顺序)的曾令军、强健、姚坚、刘滔、尹玫、方银钢、常岐、梁利、沈奕、唐正伟、陈正发、陈庆、郭清超、王安民、徐婕、周帅、杨成、于鹏、赵黎、董泽宁、李浩然、田野及张耀等各位研究生为本书研究成果的取得付出了辛勤的努力;在本书编写过程中,上海市城市建设设计研究总院为本书提供了丰富的工程案例资料;研究生郭清超为本书编排做了大量的工作,在此一并深表谢意。
感谢同济大学出版社对本书的出版发行所做的努力和付出,尤其是杨宁霞和季慧两位女士,衷心地感谢她们的不懈努力。
由于地下空间火灾问题十分复杂,作者对之认识水平有限,且研究工作尚处于一定的阶段,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正。
著者2014年8月于同济园
朱合华,工学博士,同济大学特聘教授、隧道及地下建筑工程学科负责人,教育部土木信息技术工程研究中心主任,教育部长江学者特聘教授和长江学者创新团队计划带头人,国家973项目首席科学家,美国弗吉尼亚理工大学访问教授,国际岩土工程联盟数据标准化委员会、国际城市地下空间联合研究中心成员,英国剑桥大学智慧基础设施中心和日本大阪地域地层环境研究所国际学术顾问,中国岩石力学与工程学会副理事长,中国土木工程学会隧道及地下工程分会副理事长,中国公路学会隧道分会副理事长,上海市土木工程学会岩土力学与工程专业委员会主任,Frontiers of Structural and Civil Engineering执行主编、《岩石力学与工程学报》和《现代隧道技术》副主编、《岩土工程学报》常务编委。曾入选上海市第六届教学名师,获科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖、中国科协“全国优秀科技工作者”称号和上海市“科技精英”提名奖。
长期从事隧道及地下建筑工程领域的教学与科研工作,主要研究方向涉及岩体破坏力学与模拟、隧道及地下结构全寿命设计理论、地下空间与工程数字化技术及防火安全。出版学术著作7部;在国内外核心学术期刊发表论文300余篇,其中SCI收录60余篇、EI收录200余篇;主编国家和行业规范1部、参编2部;获得国家发明专利授权20余项;主持研发的同济曙光系列软件被中国《公路隧道设计规范》所推荐。获国家科技进步奖二等奖1项、省部级一等奖7项,并获国际计算和实验工程与科学年会(2013)国际学术贡献奖(THH Pian Medal)。
闫治国,工学博士,同济大学土木工程学院副教授、硕士生导师,美国加州大学洛杉矶分校访问学者,国际土力学及岩土工程协会(ISSMFE)、国际岩石力学与工程学会(ISRM)及国际地下空间联合研究中心(ACUUS)会员,中国岩石力学与工程学会地下工程分会理事,中国土木工程学会隧道及地下工程分会地下空间专业委员会秘书长、隧道及地下空间运营安全与节能环保专业委员会副秘书长。主要从事隧道及地下工程防灾与结构材料自修复研究工作,主持和参与国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(973计划)、 国家高技术研究发展计划(863计划)、“十一五”国家科技支撑计划、西部交通建设科技项目、上海市科技攻关计划等项目20余项。获得国家科技进步奖二等奖1项、教育部科技进步奖一等奖1项、上海市科技进步奖三等奖1项、中国公路学会科技进步奖二等奖1项,获得全国优秀博士学位论文提名奖1项。主编和参编教材、著作等7部;发表论文50余篇,其中SCI/EI收录27篇;获得国家发明专利授权10项、实用新型专利2项、软件著作权2项,申请受理发明专利6项。
总序
前言
1 绪论
1.1 概述
1.2 地下空间火灾事故案例
1.2.1 道路隧道火灾
1.2.2 地铁火灾
1.2.3 地下街火灾
1.3 地下空间火灾原因及特点
1.3.1 道路隧道火灾
1.3.2 地铁火灾
1.3.3 地下街火灾
1.4 地下空间防火与安全现状及发展趋势
1.4.1 国内外相关的研究组织及机构
1.4.2 国内外开展的隧道及地下空间防火安全研究工作
1.4.3 相关规范、标准、导则
2 隧道火灾特性
2.1 火灾时隧道温度烟气场特征及变化规律
2.1.1 概述
2.1.2 火灾升温速率
2.1.3 火灾中达到的最高温度
2.1.4 火灾持续时间
2.1.5 降温阶段的温度变化
2.1.6 温度横向分布
2.1.7 温度纵向分布
2.1.8 影响因素分析
2.2 大断面道路隧道火灾特性
2.2.1 试验概况
2.2.2 试验结果及分析
2.3 高海拔道路隧道火灾特性
2.3.1 试验隧道概况
2.3.2 试验火灾规模及工况设置
2.3.3 试验量测项目及测点布置
2.3.4 高海拔道路隧道火灾燃烧特性
2.3.5 高海拔道路隧道火灾温度场特性
2.3.6 高海拔道路隧道火灾火焰高度变化规律
2.3.7 高海拔道路隧道火灾烟气逆流特性
3 隧道火灾的应急通风与排烟
3.1 概述
3.2 隧道火灾排烟研究现状
3.2.1 长大道路隧道火灾排烟模式
3.2.2 国内外研究现状
3.3 隧道火灾CFD数值模拟研究方法
3.3.1 几何尺寸与边界条件
3.3.2 网格划分
3.3.3 火灾场景设置
3.3.4 重点排烟评价指标
3.4 重点排烟长大道路隧道火灾排烟策略
3.4.1 开启火源一侧排烟口时火灾特性分析
3.4.2 对称开启火源两侧排烟口时火灾特性分析
3.4.3 非对称开启火源两侧排烟口时火灾特性分析
3.4.4 排烟口间距对纵断面火灾特性的影响
3.5 重点排烟模式长大道路隧道火灾烟气流动特性影响因素
3.5.1 排烟口形状对重点排烟火灾特性的影响
3.5.2 火源位置对重点排烟火灾特性的影响
3.5.3 排烟速率对重点排烟火灾特性的影响
4 地下空间火灾的报警与消防
4.1 概述
4.2 地下空间火灾探测报警方法
4.2.1 火灾探测报警原理
4.2.2 典型火灾探测器
4.3 道路隧道火灾的自动报警
4.3.1 道路隧道火灾自动报警系统
4.3.2 典型城市道路隧道火灾报警系统设计
4.4 地铁火灾的自动报警
4.4.1 地铁火灾自动报警系统
4.4.2 典型地铁工程火灾报警系统设计
4.5 道路隧道火灾的消防与灭火
4.5.1 概述
4.5.2 道路隧道消防灭火系统
4.6 道路隧道火灾报警与消防系统运行现状及改善对策
4.6.1 道路隧道火灾自动报警系统运行现状
4.6.2 道路隧道水消防系统运行现状
4.6.3 城市道路隧道火灾报警与消防系统的改善对策
5 地下空间火灾的疏散与救援
5.1 道路隧道火灾的疏散救援模式
5.2 隧道火灾动态预警及疏散救援技术
5.2.1 概述
5.2.2 基本原理及系统框架
5.2.3 火灾实时温度场
5.2.4 火灾烟气扩散范围
5.2.5 火灾热释放率
5.2.6 火源点位置
5.2.7 工程应用
5.3 地铁应急疏散逃生通道技术
5.3.1 概述
5.3.2 地铁应急疏散逃生通道技术原理
5.3.3 地铁应急疏散逃生通道疏散仿真分析
5.4 地下空间火灾疏散分析的基本原理
5.4.1 概述
5.4.2 人员疏散的计算方法
5.4.3 外界环境对人员疏散的影响
5.5 典型地下工程火灾疏散仿真分析
5.5.1 长大越江道路隧道火灾疏散仿真分析
5.5.2 地铁枢纽站火灾疏散仿真分析
5.5.3 双层越江隧道烟气流动规律与疏散逃生救援策略
参考文献
索引