地铁系统的运行管理是地铁工程建设中非常重要的方面,对地铁系统安全、可靠、高效地投入运行发挥重要的作用。地铁系统既涉及到正常情况下的运行管理,又涉及到异常情况下的应对策略,其中环控系统(ECS)和火灾报警系统(FAS)是保障地铁安全运行的重要环节。由于受专业领域限制,现行地铁环控系统和火灾报警系统一直处于开环运行状态,没有对通风方案,尤其是火灾通风方案的效果进行实时验证,使其有效性、适用性、可靠性、节能性都受到不同程度的影响。为解决这一问题,就必须建立能准确反映地铁系统运行与故障特点的模拟环节和符合车站空间典型特征的模拟空间,进而构建相应的环控系统与火灾报警系统闭环模拟平台,突破以往模拟系统只能检验土建结构而脱离控制方案的限制,实现对关键岗位的模拟,达到为地铁系统的运行与管理提供参考数据的目的,因此课题的研究工作对于天津地铁建设与发展具有重要的意义。本文简要介绍了地铁环控系统和火灾报警系统的功能及其模拟研究的发展现状和趋势,提出了一种将计算流体力学与控制理论相结合应用于模拟地铁环控与火灾报警系统的解决方案。概述了计算流体力学的原理与应用,包括网格划分软件GAMBIT和计算流体力学仿真软件FLUENT的简介,以及从操作员做出控制动作到FLUENT进行模拟仿真的工作流程,给出了用户自定义函数UDF的应用方法。然后阐述了WinCC的功能及其与STEP7和PLCSIM的集成使用方法。随后详细叙述了OPC技术的基础---COM/DCOM原理和OPC DA的技术规范,在此基础上开发了OPC客户端,通过客户端访问基于WinCC开发的OPC服务器,获得标签变量,并生成供FLUENT调用的C文件,从而解决了两个软件没有直接接口的问题,最终实现了WinCC和FLUENT的数据连接。在客户机上分别构建了地铁环控和火灾报警模拟系统,并在服务器上采用WinCC开发设计了系统的监控操作界面,根据流体力学原理,利用FLUENT实现对地铁环控与火灾报警系统不同环境、不同地点、不同边界条件的模拟,达到利用数值和图形反映不同工况、不同操作所产生的控制效果的目的,通过实验验证了该模拟系统的有效性和实用性。