第3章 基于PyroSim和Pathfinder模拟的地铁区间隧道火灾扑救研究
3.1 概述
3.1.1 研究背景、目的及意义
改革开放以来，随着中国经济社会的高速发展，现代化城市建设规模不断扩大，城镇化水平稳固提高。根据国家统计局公开数据显示，截至2016年底，我国的城市数量为657个，包括4个直辖市，15个副省级城市，278个地级市以及360个县级市。城市数量的增加带来了城市人口的急剧增加，在地级以上城市中，以2015年底辖区户籍人口统计数据进行分类，100万～300万人口规模的城市数量达到121个；300万～500万人口规模的城市13个；500万以上人口的城市达13个。根据此数据，我国辖区户籍人口超过100万的城市已经到了147个，算上外来务工人口以及流动人口，城市人口数量要更大。
人口的激增给城市的规划、建设、发展带来难题，特别是在交通出行方面：交通运输量逐年增大，导致城市道路交通阻塞，行车秩序混乱，汽车耗能多、产生的废气和噪声污染环境。因此，发展一种高速、安全、有效的现代化交通运输方式成为亟待解决的世界城市建设难题。地铁具有运输体量大、运营费用低、环境污染小、综合效益高等优点，是解决城市道路交通运输问题最行之有效的方式，是现代城市公共道路交通运输极其重要的组成部分。
1863年，世界上第一条地铁在英国伦敦建成通车，全长仅有6.4km。随后几年，匈牙利、美国、德国等国家也相继结合本国实际修建地铁。数据显示，在世界各大城市中，从运营长度来看，纽约的地铁线路是最长的，其总长度超过了1000km。从客运量上来看，东京的地铁是全世界日运输数量最高的，平均每天运送超过700万人次，其次是莫斯科地铁，平均每天的运送数量也接近700万人次。根据轨道交通网统计数据，截至2017年底，世界上拥有地铁的城市已经超过200个，其位于中国的就有35个，按照现在的城市规划，2020年，还会有更多中国城市加入这一行列。
1965年7月，中国第一条地铁在北京破土动工，并于1971年投入运营，全线总长度为22.17km；1995年，上海地铁1号线一期建成通车，现在的通车里程约为20km；1980年，天津地铁1号线长建成通车，全线总长约为10km。中国的地铁建设事业虽然起步很晚，但发展却很快，现在已成为世界上建设规模最大、范围最广、速度最快的国家。
2017年我国城市地铁新增运营线路分布在南京、广州、武汉等25座城市，共44条（段）线路，运营线路总长度达到882.89km，其中厦门、石家庄、银川、贵阳、珠海均为首次开通运营的城市。截至2017年底，中国内地包括北京、广州、上海、西安等35座城市已开通运营地铁，总共171条线路，总里程达到5083.45km，车站数量为3269座。中国大陆各城市地铁交通运营线路统计，如表3.1.1所示。
表3.1.1 中国大陆各城市地铁交通运营线路统计
在地铁的规划总里程方面，北京以规划建设35条线路，1524km排在第一位，天津规划建设28条线路，1380km排在第二位，上海、广州、南京、武汉的地铁规划总里程也都超过1000km。
在地铁的运营里程方面，上海是我国地铁运营里程最长的城市，运营里程735.52km（18条线路），北京683.51km（23条线路）排名第二，广州（373.34km）、南京（363.70km）紧随其后。
在地铁的在建里程方面，北京以262.9km、12条线路排在全国第一位，广州10条线路，258.1km排在第二位。
50多年以来，我国地铁事业发展迅速，取得了傲人的成绩，在缓解城市公共交通压力，改善人民出行方式方面发挥了巨大作用，由于地铁具有占用土地和空间少、运行速度快、运输能力大、环境污染小、乘客安全舒适的优点，特别适用于土地稀缺的大城市。
但同时也应注意到，地铁在给人们出行带来便捷的同时，也伴随着很大的安全隐患问题。通过对100多年来国内外地铁在运营期间发生的意外事故进行统计，主要灾害事故类型有：火灾、水灾、列车出轨或者相撞、爆炸、毒气袭击及其他事故。表2.1.2统计了100年以来世界各地地铁灾害事故。
对表2.1.2列举的世界地铁灾害进行统计分析，见表2.1.3和图2.1.2。
由表2.1.2统计数据可知，在93起地铁灾害事故中，地铁火灾发生55起，占59.14%，高居第一。55起地铁火灾事故共造成3431人伤亡，占伤亡总数的43.02%，位居第一。由此可知地铁火灾事故是地铁灾害事故中发生起数最多，伤亡人数最多的事故。地铁车站作为地铁线路的换乘中介，是大量人员聚集的公共场所，由于其位于地下，建筑结构复杂、环境密闭、人员密集、多数人对周围环境不熟悉等特性，在突发火灾时容易造成群死群伤事故，社会影响巨大。因此地铁车站火灾和人员的紧急疏散、避难、逃生等问题越来越被重视。
地铁系统在实际运行过程中，一个很重要、很现实的问题就是地铁内部火灾的预防以及着火后的烟气控制。特别是对于地铁区间隧道，发生火灾时热烟气在一个相对封闭的空间内，很难利用现有的通风排烟设备迅速排出，火灾的通风排烟设计难度更大。
目前国内外对地铁隧道火灾的研究，集中于对区间隧道的防火性能、排烟系统设计等进行研究，针对地铁区间隧道的火灾处理、灭火战术研究还比较少见。因此，本章通过利用PyroSim和Pathfinder火灾模拟软件建立地铁区间隧道火灾模型，通过模拟试验的方法来研究地铁区间隧道火灾处理、灭火的技战术，为消防救援队伍处置地铁区间隧道火灾事故提供火灾理论依据。