《Fire》：Fire Smoke Transport in Inclined Evacuation Passages of Deep-Buried Metro Stations: A Reduced-Scale Experimental Study
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为研究深埋地铁站连续倾斜疏散通道内的火灾烟气输运特性，研究人员依据Froude相似准则（Froude similarity criterion）构建了1:15缩尺模型（reduced-scale model）。实验在名义火源功率（nominal fire so
为研究深埋地铁站连续倾斜疏散通道内的火灾烟气输运特性，研究人员依据Froude相似准则（Froude similarity criterion）构建了1:15缩尺模型（reduced-scale model）。实验在名义火源功率（nominal fire source power）为3、8和13 kW（kW）条件下开展，设置了不同的通风条件（ventilation conditions）和通道构型（passage configurations）。无通风（without ventilation）条件下，第四节倾斜段（inclined section）出口处的烟锋到达时间（smoke-front arrival time）从3 kW时的385 s（s）缩短至13 kW时的35 s。增大火源功率（fire source power）也增大了天花板（ceiling）与人员代表性高度（representative occupant height）之间的温差。自然通风（natural ventilation）降低了火源附近温度，但使烟气更早到达下游区段。在13 kW条件下，远端测量点（remote measurement point）的温度在自然通风下升高。在3 kW条件下，增加通道段数（passage sections）延迟了烟气到达通道末端的时间，而在13 kW条件下该效应有限。这些发现为深埋地铁站的防排烟设计（smoke-control design）和疏散安全评估（evacuation safety assessment）提供了实验数据。
随着中国城市轨道交通持续向深层地下化与网络互联化方向发展，深埋地铁站因其站厅层与地面出入口之间通常通过长距离、大高差的连续倾斜疏散通道（continuous inclined evacuation passages）相连，且空间布局复杂，已成为地下公共安全领域的重要关切。相较于常规浅埋车站，深埋车站在火灾场景下，热烟易在浮力（buoyancy）与通道几何结构的耦合作用下产生显著的烟囱效应（chimney effect），对人员疏散安全构成严重威胁。既往研究虽已针对常规地下空间的烟气运动、温度演变及防排烟措施展开了大量探讨，但关于由多个坡段与中间平台（intermediate platforms）连接而成的连续倾斜疏散通道，系统性的实验证据仍显不足。鉴于此，研究人员采用缩尺实验方法，深入探究了火灾烟气在该类通道内的输运规律与温度发展特性，旨在为深埋地铁站的防排烟系统设计与疏散安全评估提供基础实验数据支撑。
在技术方法方面，研究人员依据Froude相似准则（Froude similarity criterion）构建了1:15缩尺模型（reduced-scale model），以模化深埋地铁站的连续倾斜疏散通道。该缩尺模型由四个倾斜扶梯段与三个中间水平平台组成，对应全尺度原型约40 m的总垂直提升高度。实验采用柴油池火（diesel pool fire）作为火源，通过燃料质量损失法（mass loss method）确定热释放速率（heat release rate, HRR），并设置3、8、13 kW三种名义火源功率。测量系统主要包括K型热电偶（K-type thermocouples）温度监测、红外热像仪（infrared thermal camera）烟锋捕捉以及多气体检测仪（multi-gas detector），沿通道纵向间隔布置热电偶树（thermocouple trees）以获取不同高度的温度数据。实验采用控制变量法（controlled-variable approach），系统变化了火源功率、通风条件（无通风与天然通风）以及通道段数（单段、两段、四段）等关键参数。
3.1 火源功率对温度场与烟气蔓延的影响
在无通风条件下，研究人员通过对比3、8、13 kW三种火源功率下的温度时程与烟锋到达时间，系统揭示了火源功率对烟气输运的影响机制。结果表明，增大火源功率使各倾斜段内的温度均呈上升趋势，且在火源邻近区域升温尤为显著。具体而言，天花板与人员代表性高度（representative occupant height，对应全尺度1.95 m）之间的峰值温差从3 kW时的约10 °C增大至13 kW时的约20 °C，表明垂直方向温差随功率增加而加剧。在烟气蔓延方面，烟锋到达时间随火源功率增加而显著缩短，第四节倾斜段出口处的烟锋到达时间由3 kW时的385 s急剧缩短至13 kW时的35 s。此外，在3 kW低功率条件下，烟气进入后续倾斜段的时间间隔逐渐增大，显示平台穿越受空气卷吸（air entrainment）、壁面传热（heat transfer to the passage walls）及流向改变的共同制约较为明显；而在8 kW与13 kW较高功率条件下，烟气在穿越平台后迅速进入下一坡段，平台导致的延迟效应显著减弱。
3.2 通风条件对温度场与烟气蔓延的影响
研究人员选取3 kW与13 kW作为低功率与大功率代表工况，对比分析了自然通风（natural ventilation）与无通风条件下第一、四节倾斜段内特征测点的温度演变与烟锋到达时间。研究发现，自然通风显著降低了第一节近火源测点的温度，且天花板层面的降温幅度尤为突出。在13 kW工况下，无通风时天花板温度持续上升，而自然通风条件下温度趋于稳定且峰值明显降低，峰值天花板温度由约48 °C降至36 °C。然而，自然通风的效应在下游远端呈现不同特征：在第四节远端测点，尽管3 kW条件下温度受通风方式影响较小，但在13 kW条件下，自然通风反而导致天花板与人员代表性高度处的峰值温度均升高，且烟锋到达时间更早。这表明自然通风在促进火源附近冷却稀释的同时，也加速了烟气向下游区段的输运，增加了远端人员暴露于热烟的时间，其影响具有显著的位置依赖性。
3.3 通道构型对烟气蔓延的影响
在无通风条件下，研究人员对比测试了单段、两段及四段三种通道构型在3 kW与13 kW工况下的烟锋到达时间。结果显示，在3 kW条件下，烟气到达通道出口的时间分别为232 s、285 s与385 s，随着段数与平台数增加而显著延迟；而在13 kW条件下，三种构型的到达时间相近，分别为34 s、35 s与35 s，构型差异的影响十分有限。由于实验设计中通道总长度与平台数量同步增加，上述结果实际上反映了通道长度与几何构型对烟气输运的综合效应。该发现表明，在低功率火灾场景下，增加疏散通道段数与中间平台可在一定程度上延缓烟气蔓延；但在大功率条件下，浮力驱动的快速烟气输运使几何细节的阻滞作用大幅削弱。
在讨论部分，研究人员指出，温度沿程衰减可能主要源于空气卷吸与通道壁面传热，而坡道-平台过渡处（slope–platform transitions）的流向改变可能促进局部混合并改变烟气流动路径。关于通风效应，自然通风通过端部开口的空气交换强化了火源附近的冷却与稀释，但亦改变了通道内的压力分布与流动模式，导致下游烟气提前到达。此外，由于热释放速率（HRR）系基于文献燃烧参数估算而非实测，且实验仅覆盖了有限的功率范围与构型，未来研究需进一步独立变化通道长度与平台数量，并建立更精确的烟气前锋到达预测模型。
在结论方面，研究人员系统总结了以下核心发现：增大火源功率提升了通道内温度水平并显著缩短了下游出口的烟锋到达时间，无通风条件下第四节段出口到达时间由3 kW的385 s缩短至13 kW的35 s，且火源附近天花板与人员代表性高度间的温差随之增大；自然通风虽可降低火源附近温度，但导致烟气更早抵达下游区段，在13 kW条件下远端测量点峰值温度反而高于无通风工况，表明自然通风效应具有位置依赖性，防排烟评估需同时结合温度响应与烟锋到达时间综合判断；该研究提供了多段倾斜通道中烟锋到达与温度变化的实测数据，3 kW时单段与四段通道的烟气到达时间分别为232 s与385 s，而13 kW时分别为34 s与35 s，由于通道长度与平台数同步变化，该对比反映的是二者的综合效应，上述成果可为深埋地铁站疏散通道的防排烟设计与安全评估提供直接依据。
