Page 202 - 捷運技術 第32期

192 丁俊智 計算流體力學(CFD)軟體於捷運工程之應用

列車在隧道內失火時，因列車失火會釋放出巨大的熱量，而造成大量的濃煙擴散，為了
使乘客能經由隧道安全逃生，目前捷運設計多利用兩端車站的隧道通風機（TVF）產生一足
夠大的風速，將煙霧控制於人員逃生路徑的相反方向以利人員逃生，此足以完全將煙霧控制
在相反方向的最小風速稱為臨界風速，目前捷運要求之最小風速為 2.5m/s，因此在隧道火災
案例模擬時主要在驗證其隧道通風機所造成之隧道風速是否符合要求，若模擬結果無法達到
要求，則需調整隧道通風機容量及數量直到合乎標準。本案例以市立體場站（G19）至南京

三民站（G21）中間隧道為例說明。
3.2.1 模擬模型及參數設定
由市立體育場站往南京三民站間隧道坡度由 0.3%後轉為 1.0059%，當列車於下行軌道車
頭失火時，隧道坡度會造成浮力效應使得火災煙塵傾向往人員逃生方向流動，此為較嚴重的
火災狀況，故選擇該狀況為模擬情境，其示意圖如圖 5 所示。數值模型之建立，本案例於 G19
站方向之邊界距車頭 131 公尺，G21 站方向之邊界距車尾 28 公尺，計算域全長 303 公尺，
模擬之坡度取大值 1.0059%。列車總長 144 公尺，列車為空心結構，車廂玻璃門窗溫度達 200℃
會破裂，且當火災發生時車尾之緊急逃生門為開啟之狀態。隧道通風機考量列車司機通報時
間於火災發生後 3 分鐘開啟，隧道通風機開啟前之隧道邊界都設定為開放邊界，當隧道通風
機啟動後，則在鄰 G19 車站之邊界採用一維模式分析結果設定為邊界條件，而鄰 G21 之邊界
則仍保持開放邊界，因為當列車燃燒時之膨脹氣體將使鄰 G19 之方向流量增大，而鄰 G21 之
方向流量減小，因此將鄰 G19 方向採用一維模式分析結果，為較保守之假設。火災最大熱釋
放率為 20 MW 且火源成長為快速成長（Fast）曲線，由於現今列車車體及附件材料大部份均
為耐燃材質，以上火源參數為相當保守之設計值。總模擬時間為 720 秒。模擬模型如圖 6 所
示。
Fire e DOWN TRACK
r
Fi Fi
Firee
r
Tr Tr a a i i n
Train
Trainn
35.0 cms 76.8 cms 10.9 cms 10.6 cms 127.7 cms
21.9 cms 53.7 cms 23.2 cms 76.8 cms F 624 R 3.64 m/s 106.3 cms 10.8 cms 10.4 cms
30.5 31.0
OFF cms G G G19 cms ON 100.1 ON OFF G2 1 ON 117.4
1
G199
9
1
G211
G21 OFF
G2
15.1 ON ON cms OPEN 117.2 cms
cms OFF ON CLOSE 29.5 cms ON ON
A
ST
ST
O
STATIONN OFFOFF
STATION OFFOFF
STATION ONON
STATIONN ONON
OFFF
OF
OF
ON
ONON
ON ST A T T I I O O N cms OFF F ST A A T T I I O N
0.4 cms 30.6 cms 1.2 cms 1.0 cms
17.1 cms 30.7 cms 30.8 cms 1.3 cms 0.9 cms 0.7 cms
19.0 cms 1.2 cms

UP TRACK

圖 5 隧道火災案例示意圖
←往 G19 站 往 G21 站→
火源

圖 6 隧道火災模型局部放大圖
3.2.2 逃生安全檢討
圖 7 為 CFD 模擬得到之隧道通風機未開啟時之隧道火災溫度分布圖。由表 3 可知列車門
窗在火災發生後 620 秒才開始破裂且僅有火源所在之車廂門窗破裂，此時列車人員應已逃離
第一車廂。由表 4 可以看出，煙塵在隧道通風機啟動前之最大擴散長度，不會超過四節車廂
之長度，當 180 秒隧道通風機啟動後，煙霧完全被限制在逃生方向的另一端上方，因此當火
災發生時，在隧道通風機開啟前後，人員的逃生路徑均為安全。由圖 8 可知隧道通風機啟動