李國(guó)家，李金瑤，李鈺

(1.大連交通大學(xué) 基建處，遼寧 大連 116028;2.大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連116028)*

地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援受困人員空間增氧方法

李國(guó)家1，李金瑤2，李鈺2

(1.大連交通大學(xué) 基建處，遼寧 大連116028;2.大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連116028)*

研究了利用壓縮氧氣瓶向受困人員處噴灑氧氣來(lái)提高人員獲救率的技術(shù)，并以天津地鐵下瓦房站臺(tái)發(fā)生火災(zāi)后所需氧氣量為實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算.提出的理論和措施同前幾項(xiàng)研究成果共同構(gòu)成的地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援體系可以為今后的火災(zāi)救援提供理論支持，并且為減少地鐵火災(zāi)群死群傷現(xiàn)象獻(xiàn)言獻(xiàn)策.

地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援;增氧;氧氣瓶供氧

0 引言

我國(guó)的地鐵事業(yè)正在蓬勃迅速地發(fā)展，目前已有廣州、上海、天津、南京、沈陽(yáng)等城市的地鐵建成投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，大連、無(wú)錫、青島等地鐵也在緊張的建設(shè)當(dāng)中.然而，快速的建設(shè)也會(huì)帶來(lái)弊端，這些年來(lái)，我國(guó)地鐵火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生.由于地鐵的空間相對(duì)封閉，內(nèi)部人員逃生和外部救援力量進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)都比較困難，現(xiàn)在還沒(méi)有特別有效的方法能夠降低地鐵火災(zāi)中的人員傷亡，因此尋求有效快速的救援方法減少地鐵火災(zāi)中的人員傷亡是十分迫切和必要的［1-2］.

地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援的關(guān)鍵技術(shù)主要有三點(diǎn)［3］:第一，降低火場(chǎng)及其周圍高溫;第二，地鐵火場(chǎng)及其周圍有毒氣體的凈化;第三，增加地鐵火災(zāi)發(fā)生地受困人員處的氧氣含量.對(duì)于前兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，我們已經(jīng)在此前發(fā)表的論文中進(jìn)行了比較系統(tǒng)的理論分析并進(jìn)行了FDS軟件模擬，我們得出采用高壓水噴霧滅火降溫的方法和CuCl-MgCl2溶液絡(luò)合吸收一氧化碳的方法［4-7］，并提出應(yīng)用地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援車實(shí)施救援可以大大提高救援效率的結(jié)論，地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援車也已申請(qǐng)成為專利［8］.本文就第三點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行理論分析和研究，并結(jié)合天津地鐵下瓦房站的工程實(shí)例得出結(jié)論，希望可以對(duì)今后地鐵火災(zāi)救援提供幫助.

1 地鐵火災(zāi)缺氧分析

地鐵的可燃物主要有報(bào)刊亭、商鋪、沙發(fā)、靠墊、廣告牌、燈罩以及旅客隨身攜帶的書包、衣物等.地鐵失火極易引起電力火災(zāi)或者由于本身電力系統(tǒng)故障引發(fā)火災(zāi)，此時(shí)地鐵內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，可燃物燃燒迅速消耗氧氣，大量有毒氣體產(chǎn)生，氧氣的含量會(huì)急劇的下降，可以低至人呼吸的安全限值氧含量18%，甚至?xí)档?%左右.此時(shí)的缺氧為低張性缺氧，如果氧氣含量增加人就可以繼續(xù)生存.因此如果想要維持人的生命需要向地鐵系統(tǒng)供給氧氣.并且氧氣供給前必須確保地鐵內(nèi)的溫度已經(jīng)降低至可燃物無(wú)法復(fù)燃的溫度值，避免氧氣含量增加引起二次火災(zāi).

2 增氧技術(shù)

地鐵列車發(fā)生火災(zāi)，氧氣含量降低后，外部救援人員可以將移動(dòng)式地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援車上攜帶的壓縮氧噴灑到人員聚集的地方，增加此地的含氧量，為人員生存、逃生提供條件.本文選取站臺(tái)需氧量作為研究對(duì)象的主要原因是:地鐵站臺(tái)處相對(duì)于隧道內(nèi)需氧量較大，而且通常要求列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后也應(yīng)盡量行駛到站臺(tái)處實(shí)施救援.

2.1 總需氧量

站臺(tái)需氧總量要分為兩部分計(jì)算:一是空氣中的最低含氧量;二是滿足人體呼吸所需的氧氣量.

(1)空氣中最低的含氧量

空氣中氧氣含量18%為人體的安全限值，因此本文將氧氣含量18%作為安全值進(jìn)行計(jì)算.

本文以天津地鐵1號(hào)線下瓦房站為例進(jìn)行計(jì)算.該車站由主體、出入口和通道、通風(fēng)風(fēng)道和地面風(fēng)亭等3部分組成.其中主體長(zhǎng)120 m，寬為18.2 m，站臺(tái)凈高3.35 m，站廳凈高 3.35 m.假設(shè)火災(zāi)時(shí)整個(gè)站臺(tái)的氧氣含量都降低到了零，以最危險(xiǎn)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算.

站臺(tái)的空氣量的計(jì)算公式為:

式中，V為站臺(tái)的體積，m3;a為站臺(tái)的長(zhǎng)度，m;b為站臺(tái)的寬度，m;c為站臺(tái)的凈高，m.

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，即:

維持人體正常生命的安全限值所需的氧氣量為:

(2)人體呼吸所需的氧氣量

表1為標(biāo)況下，人體呼氣、吸氣后肺泡氣中各成分百分比.天津地鐵1號(hào)線采用B型車，每列車定員1 425人.除此之外，還有站臺(tái)的候車人群，假定候車人群按最擁擠時(shí)每平米6名乘客計(jì)算［10-11］.候車臺(tái)主體長(zhǎng)80 m、寬11 m.

表1 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，人體呼氣、吸氣和肺泡氣中各成分百分比 %

在靜息狀態(tài)下，人體每分鐘需要的氧氣量的計(jì)算公式為:V氧氣=V通氣量(a－b) (2)式中，V氧氣為人體每分鐘呼吸所需要的氧氣量，單位L;V通氣量為在靜息狀態(tài)下，人體每分鐘的通氣量，單位L;a為人體吸入氣中氧氣含量的百分比;b為人體呼出氣中氧氣含量的百分比.

注:上式各變量取值皆為標(biāo)準(zhǔn)狀況下(溫度為0℃和大氣壓強(qiáng)101 325 Pa)的值.

按照人體每分鐘通氣量4 L計(jì)算，代入其余數(shù)據(jù)，即:4 × (20.96% － 16.4%)=0.182 4 L

故每個(gè)人每分鐘所需要的氧氣量為0.182 4 L，即 1.824 ×10－4m3.

滿足整個(gè)站臺(tái)所有人每分鐘呼吸所需要的總氧氣量為:

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)防火規(guī)范》［12］規(guī)定:提升高度不超過(guò)三層的車站，乘客從站臺(tái)層疏散至站廳公共區(qū)或其他安全區(qū)域的時(shí)間應(yīng)小于或等于6 min.本文也以此時(shí)間數(shù)值作為計(jì)算氧氣量的依據(jù).因此6 min內(nèi)滿足站臺(tái)和車廂內(nèi)所有人呼吸所需的氧氣量為:1.22 × 6=7.32 m3

(3)總氧氣量

天津1號(hào)線一節(jié)車廂所需的總氧氣量即為車廂的需氧量與人體的需氧量之和.即:

為了安全起見，所需氧氣量需要乘以一個(gè)安全系數(shù)1.2 ～1.5，本文選取 1.5，那么得到所需氧氣量總和為1 986.48 m3.故天津1號(hào)線下瓦房站臺(tái)所需的總氧氣量為1 986.48 m3.

2.2 氧氣瓶供氧

由于工業(yè)氧氣瓶質(zhì)量要求較低，會(huì)使鋼瓶的內(nèi)部銹蝕.并且工業(yè)氧氣當(dāng)中存在乙炔、二氧化碳、一氧化碳等對(duì)人體有害的雜質(zhì).因此地鐵火災(zāi)增氧時(shí)，選取醫(yī)用氧氣瓶較好.

根據(jù)GB/T 14194－2006《永久氣體氣瓶充裝規(guī)定》［13］如表 2.

表2 氧氣在不同充裝溫度下氣瓶的最高壓力

本文選取在20 MPa的公稱工作壓力下，充裝溫度為25℃.由上表知，在20 MPa的公稱工作壓力下，充裝溫度為25℃時(shí)，氧氣瓶的最高充裝壓力為20.3 MPa.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有:式中，P為氣體壓強(qiáng)，Pa;V為氣體體積，m3;T為氣體的絕對(duì)溫度，k;1，2分別為不同的外界情況.代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得:

因此整個(gè)站臺(tái)所需的20.3 MPa的壓縮氧氣為10.8 m3，即需要規(guī)格為1 m3的氧氣瓶11個(gè).

3 結(jié)論

(1)根據(jù)地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用氧氣瓶實(shí)施給氧救援的前提條件為:地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援車上裝載全部救援設(shè)施，利用高壓水噴霧進(jìn)行滅火降溫，降低火場(chǎng)有害氣體濃度.以免氧氣濃度提高，加大火勢(shì);

(2)本文在分析缺氧危害的基礎(chǔ)上給出了增氧的必要性，并確定用醫(yī)用氧氣瓶進(jìn)行增氧.氧氣噴灑量包括失火空間空氣中維持人員生存的最低含氧量與滿足受困人員在規(guī)定時(shí)間內(nèi)呼吸所需的氧氣量，以天津地鐵下瓦房站臺(tái)為例理論分析、計(jì)算出了整個(gè)站臺(tái)發(fā)生火災(zāi)時(shí)所需標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為1 986.48 m3，所需的 20.3 MPa下的壓縮氧為10.8 m3，可用11個(gè)1 m3的氧氣瓶供氧;

(3)氧氣瓶上安裝減壓閥，并配有汽化器和噴槍，以便將液態(tài)氧轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氧，并迅速向受困人員噴灑氧氣.氧氣瓶及其配套設(shè)施一并裝載于地鐵火災(zāi)應(yīng)急救援車內(nèi)，與其他裝備協(xié)調(diào)有序地作業(yè).

［1］馬德芹，藺安林.地下鐵道與輕軌交通［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2003.

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Increasing Oxygen Concentration for Human Trapped in Emergency Rescue of Metro Fire

LI Guo-jia1，LI Jin-yao2，LI Yu2

(1.Construction Division，Dalian Jiaotong University ，Dalian 116028，China;2.School of Civil and Safety Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China)

Based on the discovery of metro vehicle fire emergency rescue，the high-pressure water spray and elimination of carbon monoxide concentration are analyzed and calculated taking Xiawafang station of Tianjin metro as an example.Metro fire emergency rescue systems which consist of the preceding research result before and measures in this paper can provide theoretical support for metro fire rescue and offer advice for reducing tremendou shurts and injuries.

emetro fire mergency rescue;increasing oxygen;oxygen cylinder supplying oxygen

A

10.13291/j.cnki.djdxac.2014.03.017

1673-9590(2014)03-0070-03

2013-06-17

遼寧省教育廳高等學(xué)?？茖W(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(L2010089)

李國(guó)家(1967－)，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事施工技術(shù)與安全工程的研究

E-mail:liang1166@djtu.edu.cn