]公路隧道是现代交通网络的重要组成部分。由于其长、窄且半封闭的结构，隧道内的火灾发展与露天火灾有显著不同[ %%]。近年来，全球范围内纯电动汽车（BEV）的快速普及为隧道火灾安全带来了新的复杂挑战[1,2]. 全尺寸火灾试验表明，BEV火灾的峰值热释放率可超过10–15 MW，且火势蔓延极快 [3]，同时锂离子电池的燃烧会释放出对现场人员构成严重呼吸道危害的有毒物质[4,5,6]。这些特征表明，当隧道环境中发生纯电动汽车火灾时，基于传统车辆火灾数据设计的火灾模型可能会低估对人员可生存性的威胁。因此，深入了解电动汽车引发火灾的烟气扩散特性，对于基于性能的隧道通风和应急响应系统设计至关重要[7,8,9]. These characteristics suggest that design fire models derived from conventional vehicle fire data may underestimate the threat to occupant tenability when a BEV fire occurs in a tunnel environment. Consequently, a thorough understanding of the smoke spread characteristics of electric-vehicle-induced fires is essential for the performance-based design of tunnel ventilation and emergency response systems [10]. 在过去的十年中，全球纯电动汽车（BEV）车队以空前的速度增长。因此，纯电动汽车不再是隧道交通的边缘组成部分，而是日益重要的组成部分。纯电动汽车火灾事故表现出独特的特征：火灾源于锂离子电池的热失控，这种热失控在电池单元之间迅速蔓延，导致火势极快增长；全尺寸火灾测试测得的峰值热释放率超过10–15兆瓦[4,5,6]；燃烧产物除了产生大量的烟尘和一氧化碳外，还含有氟化氢（HF）等高度有毒物质[7,8,9]；而且电池在最初熄灭后数小时甚至数天仍可能复燃。 与传统内燃机车辆火灾相比，BEV火灾在四个主要方面有所不同。首先，由于电池单元之间的热失控蔓延，火势蔓延速度要快得多。其次，完全燃烧的BEV的峰值热释放率可以在相当短的时间内达到甚至超过传统燃料车辆的水平[4,5,6]. 第三，燃烧产物不同：除了一氧化碳和烟尘外，BEV火灾还会释放含氟有毒气体（如HF），据报道，电动汽车火灾释放的此类气体总量约为同类传统汽车的两倍[5,8]。第四，BEV火灾更难扑灭，且可能复燃。近期在公路隧道和开放条件下对BEV进行的全面火灾测试[4,6,9]，以及对隧道内电动汽车火灾的数值研究[11,12]，确认这些差异，并指出基于传统车辆火灾数据得出的设计火灾模型可能会低估对乘员生存能力构成的威胁。 横截面最小化的单车道公路隧道在这方面面临着独特的挑战。典型的单车道隧道，例如拉斯维加斯的LVCC隧道，全长2.7公里，一次仅允许一辆车通行。在这些隧道中，钻孔横截面仅容纳一条车道，空间仅够一辆客车（图1a)，导致横断面内没有为常规公路隧道规范所要求的消防和疏散设施留出空间，例如应急步行道、避车道和横向通道。例如，中国规范要求单车道城市地下道路匝道必须具备至少2.5米宽的连续应急停车带，这对应着约6.5米的最小铺面宽度——是此类隧道可用行车道宽度的两倍多。因此，既不能直接应用规范性条款，也不能直接套用既有的设计经验；必须通过在最不利的可信火灾和拥堵情景下进行基于性能的数值分析，来验证此类隧道在火灾条件下是否能满足疏散安全要求。 图1。案例研究隧道：（）横截面（尺寸单位为毫米）；（）纵向V型剖面。b) longitudinal V-shaped profile. 纵向通风是公路隧道中最广泛采用的排烟控制策略之一。通过建立单向气流，它能抑制烟气回流，并将危险区域限制在火源下游区域，从而为人员疏散维持上游的可生存环境[13,14]. 该策略的有效性关键取决于通风速度：速度过低无法阻止烟气向上游蔓延，而速度过高则可能加剧火势发展和湍流，将热量和有毒烟气输送到更远下游区域 [15,16]. 对于常规车辆火灾，抑制烟气回流所需的临界速度已得到广泛研究 [17,18]. 相比之下，关于在BEV火灾条件下确保上游安全疏散的最小通风速度的定量研究仍然匮乏 [11,12]. 隧道火灾的疏散安全评估通常在可用安全疏散时间（ASET）和所需安全疏散时间（RSET）框架内进行[19]。ASET定义为从起火到特定位置的环境条件变得对人员不可忍受的时间，而RSET则是人员检测到火灾、响应警报并移动到安全地点所需的时间[20]。只有当沿疏散路径的每个点上ASET都超过RSET时，才能实现安全疏散。在长隧道中，烟气扩散是一个随时间变化且空间不均匀的过程；因此有必要进行位置解析评估，将ASET和RSET计算为沿隧道纵向位置的函数，以识别容易被空间平均方法忽略的局部失效区域[21]. 在自救疏散阶段，世界道路协会（PIARC）规定了火灾发生时道路隧道内空气温度、能见度和一氧化碳浓度的允许值[22]。在本研究中，将这些允许值与车道表面上方2米高度处的计算结果进行对比，以评估隧道内的疏散和救援环境；在这一人员特征高度进行评估符合既定的工程实践[23]. 本文探讨的核心问题是，在没有防火和疏散设施（如横向通道）的单车道隧道中，是否仍能满足火灾条件下的疏散安全要求。为此，本研究针对1.5公里单车道环形隧道中段发生的15兆瓦BEV火灾，进行了烟气扩散与人员疏散的耦合数值模拟。该隧道呈V型纵向剖面，最大和最小坡度分别为4%和0.3%。采用火灾动力学模拟器（FDS）模拟四种纵向通风场景下（自然通风以及1米/秒、2米/秒和3米/秒的机械纵向通风），2米高度处的烟气温度、能见度和一氧化碳浓度。将所得的逐位置可用疏散时间（ASET）曲线与Pathfinder疏散模拟得到的所需疏散时间（RSET）值进行对比，模拟场景为最不利的满载拥堵情况，涉及105辆排队车辆中的420名人员。由于案例研究隧道仍处于规划阶段，本研究构成了一项施工前的基于性能的验证：其目的是探讨在极端情况下，即无法容纳任何防火或疏散设施时，仅使用两个洞口的纵向通风是否仍能在最不利的可信火灾和拥堵情景下满足人员疏散要求。具体目标是：
