城市地铁都火灾自动报警系统网络结构研究(论文正文,成绩为“优”).doc
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1、沈阳工程学院毕业论文 摘 要 摘 要 在享受地铁交通便利、快捷、舒适的同时,应清醒地认识到由于地铁建筑既是地下工程,又是公众聚集场所,受到客流量大、运营环境特殊等因素的制约,一旦发生灾害事故,往往很难及时有效处置,容易导致人员群死群伤,并造成巨大的财产损失。本文以地铁车站为例,对地铁火灾人员疏散开展了仿真分析和应用研究。针对某地铁站的建设情况及主要消防设施的基本特性,重点分析了地铁火灾的特点,着重指出氧含量急剧下降、发烟量大、排烟排热差、人员疏散困难等地铁的火灾报警系统与地上建筑的相比,具有显著的不同同时,指明了地铁一旦发生火灾等事故,具有人员疏散和灭火救援极为困难的显著特点。根据某地铁站的不
2、同火灾场景,采用Building Exodus疏散模拟软件,模拟地铁车站内的人群疏散状况,同时考虑疏散过程中乘客之间、乘客与地铁建筑之间、乘客与火灾环境之间的相互作用。针对不同客流量和可通行出入口设定情况,分析人员安全疏散的时间特性,指出不同出入口通行能力对于人员安全疏散的影响。在此基础上,对于该地铁站换乘区设计方案的人员疏散情况进行了模拟分析,为地铁人员安全疏散对策的建立提供技术支撑。 关键词 地铁火灾,人员疏散,仿真分析- I -沈阳工程学院毕业论文 Abstract Abstract With the development of modern cities,the subway is
3、playing a more and more important role in urban transportationIt makes our life and manufacture more convenient and comfortable,but on the other hand,the subway fire as the main disaster happened quite frequentlyWe should realize that the subway station is not only the underground construction but a
4、lso the public gathering placeBecause of large passenger flow volume and special management environment,it is very difficult to effectively deal with such disasters as fires in subway stationOnce the fire takes place in the subway station,it will result in a large number of death and injury as well
5、as great property damageConcerning with a certain subway junction station,this paper carried out evacuation simulation analysis of subway fires based on simulation analysisFor the construction of a subway station and the main facilities of the basic characteristics of fire, the focus of a subway fir
6、e characteristics, highlighted the sharp decline in oxygen levels, smoke a large amount of exhaust heat is poor, the difficulty of evacuation fire alarm system subway compared with the floor construction, with significant differences at the same time, pointing out the subway in the event of fires an
7、d other accidents, evacuation and fire fighting and rescue with a very difficult distinguishing feature.Based upon execution simulation software Building Exodus,execution condition was simulated in ascertain subway station with different fire scenarios,at the same time considering mutual effect betw
8、een different passengers,passengers and subway, passengers and fire surroundings during the simulation. It is demonstrated that the discharge capacity of different outlets and inlets has great effect on safe execution according to evacuation time characteristics analysis under different passenger fl
9、ow value and setting different useful inlets and outlets Depending upon the analysis above,personnel execution simulation in the changing-line alias was analyzed,which are quite useful for the establishment of personnel safe execution strategies.Key Words :subway fire,safe evacuation,simulation anal
10、ysis - 39 -沈阳工程学院毕业论文 目录目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究本课题的意义11.2 城市地铁火灾报警系统的现状及发展趋势1第2章 地铁火灾的特点32.1 地铁火灾的特点3第3章 地铁火灾自动报警系统的构成53.1 地铁火灾自动报警系统的构成53.1.1 火灾报警控制器53.1.2 气体灭火控制器63.1.3 火灾探测器73.1.4 手动报警按钮73.1.5 声光报警器83.1.6 输入输出模块83.2 本章小结9第4章 地铁火灾自动报警系统的网络结构模式104.1 中央级主干网络的功能及网络结构104.2 车站级局域网络的功能及网络结构114.2 本
11、章小结12第5章 地铁火灾人员安全疏散仿真研究135.1 人员疏散安全评估135.1.1 安全疏散的判定标准135.1.2 必需疏散时间的计算145.1.3 可用安全疏散时间的计算185.2 人员疏散仿真模型205.2.1 功能205.2.2 原理205.2.3 Building Exodus软件简介215 .3 地铁火灾人员安全疏散仿真分析应用研究245.3.1 线路一地铁站火灾人员安全疏散仿真分析245.4本章小结34结 论35致 谢36参考文献37沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论第1章 绪论1.1 研究本课题的意义随着经济的快速发展,地铁在城市交通中的比重越来越大,随之也带来新的火灾安
12、全隐患。加强地铁场所的火灾预警和防范,合理地在地铁场所中设置火灾自动报警系统,对于保证地铁场所的火灾安全,保护地铁中人员的生命财产安全具有重要的现实意义。近年来,随着城市交通压力的日益增大,城市轨道交通(地铁)得到了大力发展。继北京、上海、广州之后,沈阳等省会城市的地铁项目已开工建设,尚有许多城市的地铁项目正在报建审批,城市地铁作为一种特殊的交通工具,以其便利、快捷得到了蓬勃发展,但由于其人员密集性、运输快捷性及地下空间等特点,对安全性的要求非常高。火灾自动报警系统作为防止和减少火灾危害,保护生命财产安全为根本目的的一种自动消防措施,在建筑防火中具有极其重要的作用。在享受地铁交通便利、快捷、舒
13、适的同时,应清楚地认识到由于地铁建筑既是地下工程,又是公众聚集场所,受到客流量大、运营环境特殊等因素的制约,一旦发生灾害事故,往往很难及时有效处置,容易导致人员群死群伤,并造成巨大的财产损失。地铁产生的安全问题日渐受到关注,如何有效地预防地铁事故和减少地铁事故所造成的损失已对地铁管理部门提出了严峻挑战地铁内高密度人群在火灾情况下的紧急疏散对于地铁安全运营极为关键,国内外相关学着在这方面开展了大量研究工作,取得了一定的研究成果。预防火灾是地铁防灾的重点,为了保证地铁的正常运行和人员的人身安全,每个地铁系统都配备了火灾监测及自动报警系统(Fire Alarm System FAS),并与地铁消防系
14、统共建防灾救灾中心,来保证城市轨道交通的安全运营。微电子技术、光电子与检测技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术和信息技术等在火灾自动报警技术领域得到了广泛应用,使得火灾探测与自动报警系统,消防设备联动控制系统,城市火灾自动监控网络近年来取得了突飞猛进的发展,因此新建城市地铁的火灾自动报警系统,在设计上也趋于网络化管理,同时与全线地铁运行的主控系统(Main Control System MCS)及环境与设备监控系统(Building Automation System BAS)对接,实现数字化、信息化管理,大大提高了城市地铁运行的可靠性。1.2 城市地铁火灾报警系统的现状及发展趋势中国国家
15、标准城市公共交通常用名词术语中,将城市轨道交通定义为:通常以电能为动力,采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称,包括地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车及悬浮列车等,可通过高架桥、地面和地下隧道运行。文中城市轨道交通系统指的是涉及到一条线路或某一区域内为保证城市轨道交通正常运营的所有固定、移动设备及场所的总和,或者认为是包括在 整个火灾自动报警监测网络系统内的所有与城市轨道交通有关的设备及场所等。城市轨道交通不管从能源节省、环境保护,还是运行速度、安全舒适等方面,都较其他公共交通方式有很大优势,因此对我国这个人多地少、资源紧缺,城市交通状况堪忧的国家,大量发展城市轨道交通是解决城市交通难题,推进
16、城市化进程,促进经济发展的最有效手段之一。我国城市轨道交通建设发展迅速,在建或准备建设的轨道交通线网总长超过4000公里,但人们体会着城市轨道交通带来便利同时,也面对各种潜在危险,火灾就是伤害比较严重的一种。20世纪90年代以来世界各国就发生了多起火灾事故。而且地铁、隧道火灾自动报警系统或多或少存在误报和漏报现象,火灾自动报警系统智能化是使探测系统能模仿人的思维,主动采集环境温度、湿度、灰尘、光波等数据模拟量并充分采用模糊逻辑和人工神经网络技术等进行计算处理,对各项环境数据进行对比判断,区别真假火灾信号,去除环境因素干扰,从而准确地预报和探测火灾,避免误报和漏报现象。目前,对于地铁系统火灾工况
17、的研究方法概括起来主要有实体试验、模型试验研究和数值模拟研究。由于地铁车站试验规模大和试验数据难以取得等限制,试验研究难度很大,因此计算机模拟就成为重要的研究手段。火灾数值模拟主要分为专家系统、网络模拟、区域模拟和场模拟四类。场模拟是基于自然界普遍成立的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应定律等,利用计算机求解连续性方程、动量方程、能量方程、组分方程以及湍流特性方程等,从而得到火灾过程中状态参数,如速度、温度、各组分浓度等的空间分布及其随时间变化,模拟的结果更准确且全面。而且地铁采用的火灾探测器有智能光电感烟探测器、红外光束对射式感烟探测器、线型感温电缆、智能型感温探测器等,隧道采用的火灾
18、探测器有观波长火焰火灾探测器、分布式光纤感温探测器和光纤光栅感温火灾探测器等。为提高探测的准确性和本身运行的安全性的复合式火灾探测器、将被动探测改为主动探测的高敏度的吸气式空气采样探测器、可视烟雾图像探测器也是地铁与隧道火灾探测技术发展和应用研究的方向。此外火灾自动报警系统存在的通讯协议不一致,网络化程度低,自我封闭,无法互联互通,发生火灾时,地铁、隧道的机电设备监控系统智能依据探测到的各种信息对火场的范围、火势的大小、烟的浓度以及火的蔓延方向等给出详细的描述,对扑救方法给出合理化建议,以实现各方面快速准确反应,最大限度地降低人员伤亡和财产损失,因此火灾自动报警系统需与地铁、隧道的机电监控系统
19、通过一定的网络协议进行互连,实现资源和信息共享,地铁、隧道火灾报警系统与城市消防信息系统也存在联网的需求,因此火灾自动报警系统将采用统一标准、开放的通讯协议,向着系统网络化方向发展。沈阳工程学院毕业论文 第2章 地铁火灾的特点第2章 地铁火灾的特点2.1 地铁火灾的特点地铁的火灾报警系统与地上建筑的相比,具有显著的不同。这是由于地铁内的环境不同于普通的地上民用建筑,地上民用建筑内空气质量较好,基本上没有剧烈的震动,可以较好地通风;而地铁内常年不见阳光,通风条件差,环境潮湿,灰尘多,各个系统的管线纵横交错,空间拥挤,当列车行使时有较大的震动,由于各系统间相互干扰,火灾报警系统始终运行在较强的电磁
20、干扰环境下。因此地铁火灾报警系统的设计更加复杂,具体分析如下。地铁内的火灾报警系统与民用建筑内的火灾报警系统亦有相同的功能,例如:火灾报警功能、报警联动功能等,但与民用建筑的火灾报警系统不同之处在于,民用建筑的火灾报警系统可以直接采用总线控制方式实现自动喷淋灭火、气体自动灭火、对消防广播的切换、电梯的控制、切断非消防电源、打开相应送风阀和排烟风机,而地铁的火灾报警系统中,消防广播的切换、气体灭火、送风及排烟的控制、消除非消防电源等联动的实现并不是直接由火灾报警系统来实现的,而是由不同专业分别进行设计,然后与火灾报警系统通过不同的接口形式来实现联动功能。这样,火灾报警系统必须与其他专业更好地配合
21、才能实现其完整的功能。地铁是通过挖掘的方法获得的建筑空间,这种隧道的相对封闭性,与地面建筑相比,发生火灾时的特点主要体现在以下几个方面:(1)氧含量急剧下降地铁火灾发生时,大量的新鲜空气难以迅速补充,致使空气中氧气含量急剧下降。使人体肌肉活动能力下降、人体四肢无力、判断能力低,易迷失方向,甚至会晕倒,失去逃生能力;窒息死亡。(2)发烟量大火灾时产生的发烟量与可燃物的物理化学特性、燃烧状态、供气充足程度有关。地铁列车的车座、顶棚及其他装饰材料大多是可燃性材料,地下隧道发生火灾时,由于新鲜空气供给不足,气体交换不充分,产生不完全燃烧反应,导致CO等有毒有烟气体的大量产生,不仅降低了隧道内的可见度,
22、同时加大了疏散人员窒息的可能性。(3)排烟排热差被岩石和土壤包裹的地下隧道,热交换十分困难。发生火灾时又不像地面建筑那样有80%的烟可以通过破碎的窗户扩散到大气中,而是聚集在建筑物内,无法扩散,易使温度骤升,较早的出现爆燃,烟气形成的高温气流会对人体产生巨大的影响。(4)火情探测和扑救困难地面建筑发生火灾时,可以直接在建筑外,从产生的火光、烟雾判断火场位置、火势大小。而地铁发生火灾时,无法直观火场,且出入口有限,而且出入口又经常是火灾时的冒烟口,消防人员难以接近着火点,扑救工作难以展开。再加上地下工程对通讯设施的干扰较大,扑救人员与地面指挥人员会有通讯联络困难,为消防扑救工作增加了障碍。(5)
23、人员疏散困难地下隧道完全靠人工照明,自然采光差,加之火灾时,依靠事故照明,能见度低。地面建筑内发生火灾时人员的逃生方向与烟气的自然扩散方向相反,而在地铁里发生火灾时,人员的逃生方向与烟气的自然扩散方向一致,烟的扩散速度一般比人步行快,所以人员疏散很困难。沈阳工程学院毕业论文 第3章 地铁火灾自动报警系统的构成第3章 地铁火灾自动报警系统的构成3.1 地铁火灾自动报警系统的构成就地铁中发生火灾时的保护对象而言,主要包括车站(普通车站、换乘站)、车辆段、变电站、行车隧道等。FAS系统由火灾报警控制器、气体灭火控制器、火灾探测器、手动报警按钮、声光报警器、各种输入输出模块及控制模块等组成。一旦火灾探
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