本文以北京地铁典型站台和隧道为原型,采用三维数值方法研究了正常运行及火灾条件下地铁空间的空气环境,并采用现场测试和模型实验对部分模拟结果的可靠性进行了对比分析。论文的主要工作包括：采用瞬态数值模拟方法研究了地铁列车运动所形成的活塞风对典型岛式站台空气环境的影响、屏蔽门和空调系统与活塞效应对站台空气环境的综合作用,同时在地铁站台进行了现场测试。研究结果表明列车通过会引起站台局部区域流速超过5m／s,并有超过4℃的明显温升。全封闭式屏蔽门能够增大隧道内活塞风井的换气量。半封闭式安全门能够有效降低乘客候车区域的活塞风速,同时各出入口和隧道活塞风井的空气流量和流动方向没有十分明显的变化；利用稳态数值模拟和模型实验研究了不同火源设置和热释放率条件下纵向通风对控制隧道烟气流动的作用、临界通风速度的变化规律、临界通风条件下隧道顶部最高烟气温度和火源上方回流烟气温度与临界通风速度变化趋势之间的关系,将模拟结果与实验结果和既有研究成果进行了对比分析。研究表明火源条件设定对于数值模拟结果有显著影响,对于热释放率较小的火灾,采用单纯热源模型预测临界通风速度较安全。临界通风状态时,数值模拟预测的下游烟气温度高于实验值。分阶段采用三维瞬态数值模拟研究了活塞效应所形成的非均匀初场对隧道中火灾烟气流动特性的影响,模拟结果显示如果地铁列车因为火灾停在隧道中,在短时间内列车运动所造成的惯性气流会对火灾烟气扩散有显著的影响,应当在制订火灾安全方案中加以考虑。