高速公路特长隧道火灾逃生路径优化与仿真道路设计研究

引言：随着我国交通建设的飞速发展，高速公路特长隧道数量日益增多。特长隧道在改善交通状况、促进区域经济发展等方面发挥了重要作用，但因其空间封闭、人员密集、疏散困难等特点，一旦发生火灾，后果不堪设想。火灾产生的高温、浓烟和有毒气体将严重威胁隧道内人员的生命安全，而合理的逃生路径设计和有效的仿真模拟对于提高人员逃生成功率至关重要。因此，开展高速公路特长隧道火灾逃生路径优化与仿真道路设计研究具有重要的现实意义。

一、高速公路特长隧道火灾特点及逃生路径现状分析

1.1 火灾特点

烟雾扩散快且范围广：特长隧道空间封闭、通风有限，火灾烟雾短时间弥漫，降低能见度，增加逃生难度。

高温危害大：火灾高温使隧道升温，致人员伤亡，损害隧道结构，影响逃生通道安全。

有毒气体浓度高：车辆燃烧释放大量有毒气体，人员吸入后有头晕、昏迷等症状，威胁生命。

救援难度大：特长隧道距离长，消防车辆和救援人员到达需时间，且隧道内空间狭窄，救援设备展开困难。

1.2 现有逃生路径存在的问题

疏散通道设置不合理：部分特长隧道疏散通道数量不足、间距大，且有被杂物堵塞情况，人员难快速找到安全出口。

指示标识不清晰：隧道内指示标识位置、清晰度、亮度存在问题，烟雾环境下人员易迷失方向。

缺乏应急照明：火灾可能致隧道停电，部分特长隧道应急照明不完善，黑暗中人员易发生踩踏事故。

与外部道路衔接不畅：隧道出口与外部道路连接设计不合理，逃生人员难迅速疏散，易造成拥堵。

二、高速公路特长隧道火灾逃生路径优化策略

2.1 合理规划疏散通道

增加疏散通道数量：根据特长隧道的长度、交通流量等因素，科学合理地增加疏散通道的数量，确保人员在火灾发生时能够快速找到安全出口。一般来说，疏散通道的间距不宜超过300 米。

优化疏散通道布局：疏散通道应尽量均匀分布在隧道两侧，避免出现疏散盲区。同时，应考虑设置横向疏散通道，将隧道两侧的疏散通道连接起来，提高疏散的灵活性。

确保疏散通道畅通：加强对疏散通道的日常管理和维护，定期清理通道内的杂物，确保通道畅通无阻。在疏散通道入口处设置明显的标识，引导人员正确使用疏散通道。

2.2 完善指示标识系统

合理设置指示标识位置：在隧道内的关键位置，如疏散通道入口、转弯处、交叉口等，设置明显的指示标识，引导人员快速找到逃生方向。指示标识应设置在人员视线容易看到的地方，高度一般以1.5 - 2 米为宜。

提高指示标识清晰度：采用反光材料制作指示标识，提高其在光线不足环境下的可视性。同时，指示标识的内容应简洁明了，易于理解，避免使用过于复杂的图形和文字。

增加指示标识亮度：在指示标识内安装照明设备，确保在火灾导致停电的情况下，指示标识仍然能够清晰可见。可以采用蓄电池供电或太阳能供电等方式，保证指示标识的正常照明。

2.3 加强应急照明设计

合理布置应急照明灯具：在隧道内均匀布置应急照明灯具，确保在火灾发生时，隧道内有一定的亮度，便于人员逃生。应急照明灯具的间距不宜超过 10米，亮度应满足人员安全疏散的要求。

选择可靠的应急照明电源：采用双电源供电方式，一路为市电，另一路为备用电源（如蓄电池、发电机等），确保在市电中断的情况下，应急照明系统能够正常工作。同时，应定期对应急照明电源进行检查和维护，保证其可靠性。

设置应急照明控制方式：应急照明系统应具备自动控制和手动控制两种方式。在火灾发生时，能够自动切换到应急照明状态；同时，也可以通过手动控制开关，随时开启或关闭应急照明灯具。

2.4 优化与外部道路的衔接

合理设计隧道出口：与外部道路平顺衔接，避免急转弯、陡坡，保障逃生车辆和人员顺利疏散；在出口附近设明显标识，引导逃生人员至安全区域。

加强外部道路交通组织：在出口附近道路设合理交通标志和标线，引导车辆有序通行，防止交通拥堵；加强与当地交警部门协作，火灾发生时及时疏导交通，确保逃生通道畅通。

三、高速公路特长隧道火灾逃生路径仿真道路设计

3.1 仿真软件选择

目前，常用隧道火灾仿真软件有 FDS（Fire Dynamics Simulator）、PyroSim 等。FDS 基于计算流体动力学（CFD），能准确模拟火灾时烟雾扩散、温度变化等情况；PyroSim 是基于FDS 开发的图形化界面软件，操作简便，适合工程应用。因此，

本文选用PyroSim 进行高速公路特长隧道火灾逃生路径仿真。

3.2 仿真模型建立

几何模型构建：依据实际特长隧道尺寸与结构，在 PyroSim 软件建三维几何模型，含隧道主体、疏散通道、通风系统等。

火灾场景设置：设定不同火灾场景，如发生位置、规模、燃烧物质等，模拟火灾发展。

人员模型设置：在模型设一定数量人员，赋予运动速度、行为特征等参数，模拟逃生行为。

边界条件设定：设定隧道进出口、通风等边界条件，确保仿真结果准确。

3.3 仿真结果分析

烟雾扩散分析：仿真可直观呈现火灾时隧道内烟雾扩散，包括浓度、速度等，据此评估逃生路径安全，为优化疏散通道与指示标识提供依据。

温度变化分析：分析火灾时隧道内温度变化，了解高温区域范围与持续时间，对高温区采取隔热措施，保障逃生通道安全。

人员疏散时间分析：计算不同场景下人员从火灾位置疏散到安全区的时间，评估逃生路径效率，优化设计以缩短疏散时间，提高逃生成功率。

四、案例分析

以某高速公路特长隧道为例，该隧道全长 4.5 公里，为双向四车道。原设计中疏散通道间距为 400 米，指示标识不清晰，应急照明亮度不足，与外部道路衔接不畅。通过采用上述优化策略对该隧道进行改造，并利用 PyroSim 软件进行仿真分析。

仿真结果表明，优化后的人员疏散时间较优化前缩短了约 35% ，烟雾对人员逃生的影响明显减小，温度过高区域的面积也有所减少。同时，通过优化与外部道路的衔接，逃生车辆和人员能够更加顺畅地疏散到安全区域，有效提高了特长隧道火灾时人员逃生的安全性和效率。

结论

本文分析高速公路特长隧道火灾特点及现有逃生路径问题，提出合理规划疏散通道、完善指示标识系统、加强应急照明设计和优化与外部道路衔接等优化策略，并用 PyroSim 软件进行仿真道路设计。案例分析显示，这些策略能提高特长隧道火灾时人员逃生的安全性与效率。未来研究可结合智能交通技术，开发智能化逃生引导系统，实时提供逃生信息。同时开展更多实际案例研究与实验验证，完善相关理论和方法，为隧道安全运营提供更有力支持。

参考文献

[1] 郭佳城 . 三车道大交通流高速公路隧道火灾人员逃生疏散研究 [D]. 西南交通大学 ，2023

[2] 毛美玲 . 高速公路隧道火灾模拟及人员安全疏散研究 [D]. 重庆交通大学 ，2024.

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