过去几十年来,快速的经济增长以及城市化进程促进了城市交通系统的发展,地铁作为城市交通的骨干,既有效缓解了交通系统的压力,又为人们提供了一种低碳、便捷的交通方式,但地铁空间狭小、人员密集程度高、铺设的设备电器繁多等特点也带来了许多火灾防治的问题。据统计,地铁火灾事故是各种事故中的主要事故,烟气的高温以及有毒性的特点将影响人员的安全疏散甚至造成人员伤亡。为保障火灾工况下地铁车站排烟系统对烟气有效控制和排烟的能力,研究地铁排烟系统的性能影响及优化排烟效果具有重要的现实意义。大多地铁修建在地下空间,由不同深度的站厅层、站台层组成,有限的出入口及逃生通道连接着外界与地铁车站,地铁车站的结构特殊性使得火灾的烟气流动更加特殊。本文在分析地铁火灾烟气流动特性及烟气控制方法的基础上,采用理论分析、全尺寸热烟实验及数值模拟相结合的方法对地铁站台层吊顶上方的储烟仓空间占用率、吊顶镂空率、排烟口布置方向三个因素对地铁车站排烟系统性能的影响及优化进行了研究,论文的具体工作如下:首先以某双层岛式地铁车站为研究对象,进行现场全尺寸热烟实验,并对现场测量的温度、CO、CO2、热像仪数据、烟气沉降情况等数据参数进行分析,判断是否满足热烟测试指标。然后利用FDS（Fire Dynamics Simulator）建立了站台层端部区域的物理模型,采用大涡模拟技术,对地铁站台层的火灾烟气运动规律进行了研究,通过该地铁车站全尺寸热烟实验数据验证了模型的准确性,两者的相对误差在9%以内。最后通过建立地铁站台层的全尺寸数值模型研究了储烟仓空间占用率、吊顶镂空率、排烟口方向三个因素对地铁站台层排烟性能的影响程度,找出了影响人员安全疏散的各个因素的安全临界值,并得出提高排烟性能的最佳优化方案。分析某地下双层岛式地铁站台层、站厅层分别开展全尺寸热烟实验所获得的数据,利用相似计算方法把1.5MW火灾功率的烟气温度数据经比例换算后得到5MW的火灾功率下的烟气温度,分析可知5MW火灾功率下的烟气温度均满足人员安全疏散的指标。由现场烟气层沉降高度的观测可知站厅层除了楼梯口处烟气层高度下降至安全临界高度2m以下,其余各项参数均能满足火灾状况下的热烟测试安全指标;站台层除了端部屏蔽门通道处的烟气层高度下降至安全临界高度2m以下,其他指标均满足火灾状况下的热烟测试安全指标。根据开展了全尺寸热烟实验的地铁车站的实际尺寸,利用FDS火灾动力学软件搭建了全尺寸模型,且模型的火源功率大小与实体实验的火灾功率1.5MW一致,通过对比分析了全尺寸热烟实验测得的疏散路径内测点的温度与同样位置测点的模拟计算所得的温度,得到了两者的分布规律基本相符合,温度的相对误差在1%～9%内,验证了所搭建数值模型的准确性。对于储烟仓的空间占用率,按照管线设备均匀布满在地铁车站储烟仓空间内且烟气无法穿过管线设备的最不利条件来进行储烟仓空间占用的物理划分,通过模拟计算8种工况得到了地铁站台层的吊顶上方储烟仓的储烟有效空间越大,越有利于提高烟气层高度以及排烟效率。地铁站台层储烟仓空间占用率的安全临界值为40%,地铁车站储烟仓的空间占用率的相关设计应不宜超过该安全临界值。在储烟仓空间占用率40%的基础上,分别搭建并计算25%、30%、40%、50%的镂空率大小的格栅装饰吊顶物理模型,分析可得地铁站台层的吊顶镂空率越大,吊顶对烟气的阻碍作用越小,越有利于烟气顺利进入储烟仓并从排烟口排出。25%镂空率大小的吊顶对烟气的阻碍作用较大,仅部分烟气进入储烟仓,降低储烟仓的有效储烟量。为保障人员安全疏散,将烟气控制在安全高度2m以上,在地铁站台层储烟仓空间占用率为40%的时候,镂空率的大小推荐在40%及以上。在地铁站台层的储烟仓空间占用率为40%、吊顶镂空率为40%的基础上,通过设置并计算向下排烟口、侧排烟口、向上排烟口三种不同方向的排烟口模型,分析可知侧排烟口及向上排烟口的排烟口布置形式均优于向下排烟口的布置形式,且侧排烟口及向上排烟口的排烟效果近似。在地铁站台层的储烟仓占用率为40%、吊顶镂空率为40%的最不利情况下,侧排烟或向上排烟的排烟口布置形式均能将烟气控制在2m以上安全高度。得出地铁站台层排烟系统的排烟性能优化方案为:地铁站台层的储烟仓空间占用率不宜超过40%,吊顶镂空率不宜小于40%,排烟口布置形式为侧向排烟或向上排烟,以上条件能满足人员安全疏散的各项指标。通过对比分析5MW的火灾功率工况结果与全尺寸热烟实验1.5MW火灾功率基础上的优化方案结果,得到火灾功率1.5MW下的结论对于设计工况下的5MW火灾功率作用下的优化方案仍然适用,同时可通过减小储烟仓的空间占用率或增大镂空率的方式来保证烟气始终不对人员的安全疏散构成威胁。说明全尺寸热烟实验（1.5MW）工况下的烟气蔓延等参数变化规律仍然可用于实际工程的评价,为低火灾功率的热烟实验效果的扩大化研究提供参考。本文提供了研究排烟性能优化的思路与方法,所得结果对于地下地铁车站的排烟系统优化设计以及实际工程应用具有一定的参考价值。