侯團增

(港鐵軌道交通(深圳)有限公司　廣東深圳　518109)

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地下島式車站站臺熱煙測試評價研究

侯團增

(港鐵軌道交通(深圳)有限公司廣東深圳518109)

采用全尺寸熱煙試驗方法，在深圳地鐵上梅林站地下島式站臺南端進行機械排煙試驗。利用區(qū)間TVF(隧道風機)、U/O(車站排熱風機)對站臺進行輔助排煙，并將TVF并聯(lián)，對一送兩排模式、兩送兩排模式進行排煙測試；根據(jù)模式內容開啟屏蔽門、端門，測試各種模式的排煙效果，觀察各種防排煙模式下站臺煙氣運動情況和設備的工況，并測量和記錄風速等數(shù)值。結果表明，利用區(qū)間隧道風機輔助排煙，能夠增加樓梯口風速，但由于對流場的擾動破壞煙氣分層，使站臺煙氣充填區(qū)域增大，導致煙氣橫向流動，不利于煙氣排放。

城市軌道交通；熱煙測試；一送兩排；兩送兩排；風機并聯(lián)；上梅林站

1　上梅林地鐵站簡介

深圳上梅林地鐵站主體為半地下4層島式車站，分為站頂設備層、站廳層、設備層、站臺層，其中站廳層為地面層。車站總長169.7 m,總寬29.1 m，站臺寬10.8 m，有效站臺長度為176.3 m。車站總建筑面積為68 882.9 m2，其中站廳層建筑面積為3 166.1 m2，站臺層建筑面積為2 780.5 m2，變電所層建筑面積為380.6 m2，地面夾層面積為302.4 m2，車站出入口及天橋通道面積為929.5 m2。附屬用房區(qū)域的車站控制室、等候室、計算機房、休息室、站長室、公安警務室、AFC票務室、維護辦公室、走廊部分的吊頂形式為礦棉纖維板，公共區(qū)吊頂形式為鋁合金格柵或鋁合金面板，公共區(qū)、出入口吊頂高度距地面3.06 m，附屬用房吊頂高度為2.8 m，其他機電設備用房及管理用房區(qū)域無吊頂。車站站臺地面至頂(混凝土面)高5.12 m，站臺地面至吊頂水平面高3.06 m。站臺中部擋煙垂壁底部距站臺地面4.15 m,站臺中部擋煙垂壁高0.97 m。站臺地面至排煙/排風口底部4.10 m。屏蔽門寬2 m，高2.15 m。站臺端門寬1.1 m，高2.15 m。站臺全采用封閉樓扶梯，北端扶梯高2.65 m，寬3.9 m；南端扶梯高2.7 m，寬4.0 m；中部樓梯高2.5 m，寬1.85 m。車站分別設有A號、B號、C號、D號4個出入口并設有9個防火分區(qū)，其中設備層3個防火分區(qū)，站臺層南北共2個防火分區(qū)，站頂設備層與站廳南北各為2個防火分區(qū)。車站公共區(qū)防排煙分區(qū)有3個,其中站臺層有2個，為站臺Z2-1區(qū)火災工況(南端)模式號3000、站臺Z2-2區(qū)火災工況(北端)模式號3001；站廳層有1個防火分區(qū)，為站廳Z1-1火災工況模式號3002。依據(jù)GB 50116—98《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》，車站保護對象等級定為一級(如圖1所示)。

圖1　上梅林站模型

2　實驗設計

2.1火源與煙氣發(fā)生裝置

測試參照國際上通用的熱煙測試標準AS 4391—1999SmokeManagementSystems-HotSmokeTest[1]。測試系統(tǒng)包括燃燒盤、發(fā)煙裝置、其他相關保護措施和測量裝置,其中燃燒盤為2個油盆，尺寸為840 mm(長)×595 mm(寬)×130 mm(高)，面積為0.5 m2，單個油盆燃燒的熱釋放速率約為0.35 MW。用95%的工業(yè)甲醇作為燃料，煙餅為發(fā)煙材料，每次用煙餅1 kg，如圖2所示[2-9]。

圖2　煙氣發(fā)生裝置及保護裝置

2.2模擬測試內容

如圖1所示，假定站臺南端發(fā)生火災，2站臺頭端距頭端墻13.26 m的位置點燃煙餅，待煙氣自動觸發(fā)煙感探測器并報警后，啟動防排煙模式。按測試需求啟動隧道風機進行輔助排煙，根據(jù)模式內容開啟屏蔽門、端門，測試各種模式的排煙效果、設備的工況，并測量和記錄風速等數(shù)值。為有效地觀察排煙系統(tǒng)控制煙氣流向及沉降情況、提供可用安全疏散時間等，本次實驗特意將起火點設在站臺南端，開啟隧道風機輔助防排煙模式后可觀察煙氣向站臺北端流動的情況。正常情況下南端著火，就近向南端排，不經(jīng)過站臺北端。

安全性指標分析：1)FAS(火災報警系統(tǒng))與MCS(主控系統(tǒng))中的車站疏散系統(tǒng)、EMCS(環(huán)控系統(tǒng))中的防排煙系統(tǒng)的聯(lián)動是否符合要求；2)排煙系統(tǒng)運行模式和排煙量應能確保樓扶梯開口處形成1.5 m/s的向下氣流；3)排煙系統(tǒng)運行模式和排煙量應該確保煙氣被控制在起火層內，站廳、設備管理用房、區(qū)間隧道不能有竄煙的情況，控制煙氣不能蔓延；4)防排煙模式運行下，6 min內煙氣能否有效地控制在1.5 m(人眼高度)以上位置；5)應保證在遠期高峰小時發(fā)生火災的情況下，6 min內將一列車乘客、站臺上候車的乘客及工作人員全部撤離站臺，通風排煙系統(tǒng)設計方案應能保證人員安全疏散。

2.3設定火災模式

將TVF、U/O風機并聯(lián)，組織風機氣流由車站站臺南端向北吹，煙氣由北端風井排出，在一送兩排、兩送兩排的模式下分別開啟屏蔽門、端門進行測試，如表1所示。

2.4測試步驟

1) 點燃煙餅，待煙霧自動觸發(fā)煙感探測器報警后，聯(lián)動啟動EMCS防排煙系統(tǒng)、MCS車站疏散系統(tǒng)， OCC環(huán)調收到FAS火警信息后將TVF、U/O風機并聯(lián)啟動，對一送兩排、兩送兩排模式下的站臺進行排煙測試。根據(jù)模式內容開啟屏蔽門、端門，測試各種模式的排煙效果，觀察各種防排煙模式下站臺煙氣運動情況，現(xiàn)場人員測試設備的工況，并測量和記錄風速等數(shù)值。

表1　防排煙系統(tǒng)運行模式

2) 在南、北扶梯口斷面X軸1 000 mm、0 mm、-1 000 mm，Y軸700 mm、1 500 mm、2 400 mm共9個部分測試點位風速后取平均風速(見圖3)。中部樓梯口處斷面X軸0 mm，Y軸700 mm、1 500 mm、2 400 mm共3個部分測試點位風速后取平均風速。根據(jù)開啟的模式不同，分別在站臺南端130屏蔽門、201屏蔽門，北端101屏蔽門、230屏蔽門處隧道內斷面X軸0 mm，Y軸700 mm、1 500 mm、2 800 mm、4 200 mm共4個部分測試點位風速后取平均風速(見圖4)，然后分別在1站臺頭、尾端端門，2站臺頭、尾端端門斷面X軸0 mm，Y軸600 mm、1 200 mm、1 800 mm共3個部分測試點位風速后取平均風速(見圖5)。

圖3　南、北扶梯口測試點位斷面

圖4　屏蔽門處隧道內測試點位斷面

圖5　端門測試點位斷面

3) 啟動隧道風機進行輔助排煙，觀察上梅林站、蓮花北站、民樂站區(qū)間隧道的排煙情況，手持一臺DV跟隨記錄，另外在站臺南端、北端、站廳各放一臺DV固定記錄排煙過程。

4) 測試完畢，測試成員清點工具并清理現(xiàn)場，將風機、風閥、端門、屏蔽門等設備復位。

2.5實驗現(xiàn)象

對站臺南、北扶梯口斷面9個部分的點位，中部樓梯口處斷面3個部分的點位，站臺南、北端屏蔽門處隧道內斷面4個部分的點位，站臺頭、尾端端門3個部分的點位進行測試后取平均風速。對站臺進行9次熱煙實驗，系統(tǒng)聯(lián)動完成時間稍有不同，F(xiàn)AS聯(lián)動過程不超過40 s，MCS收到火警信號后成功聯(lián)動廣播、閘機、疏散信息、導向標識不超過9 s，EMCS收到火警信號后成功啟動防排煙模式不超過48 s，TVF、U/O風機成功啟動時間53 s，通風排煙系統(tǒng)及其他系統(tǒng)聯(lián)動時間在1 min之內，滿足GB 50157—2003《地鐵設計規(guī)范》的要求，可以為火災發(fā)生時逃生爭取寶貴時間(見表2)[10]。

2.6煙氣運行情況

1) 3000模式。點火后，煙氣快速上竄到站臺頂部聚集，239 s后有少量煙氣沉降到人眼高度。站臺北端沒有竄煙現(xiàn)象，煙氣能保持在南端(點火位置)，未蔓延到北端。設備層冷凍機房有竄煙現(xiàn)象，并啟動排煙模式。

表2　上梅林站熱煙測試時間記錄

2) 2.1模式。點火后246 s沉降到3 m高度，377 s后有少量煙氣下沉至站臺0.8 m位置，約1%的煙氣流動至站臺北端。

3) 2.2模式。93 s開啟屏蔽門后，站臺南、北兩端距離中間端墻4～8 m的位置區(qū)域排煙較慢，站臺中部及扶、樓梯口位置排煙的速度較快。開啟TVF、U/O風機67 s后，煙氣從南端流動到北端，不是從站臺直接流動過去的，而是從隧道進入的。站臺大量煙氣是從站臺中部屏蔽門處排入隧道內，這是因為煙氣在站臺中部時，被南端扶梯向下的氣流風速壓至隧道內，而后又從站臺北端尾部屏蔽門處重新進入站臺，最后從站臺北端最尾部屏蔽門、端門處排出。

4) 2.3模式。開啟側與不開啟側排煙無太大差別。228 s時煙氣在3 m的位置，但開啟TVF、U/O風機1 min 30 s后，煙氣到達北端，不像從站臺直接蔓延過來的，是從隧道進入北端站臺的。13 min 53 s時煙氣已基本排完，只有少量余煙。

5) 2.4模式。站臺樓、扶梯口排煙較快，站臺兩端(頭、尾)排煙較慢，有少量煙氣聚集。沒開啟TVF、U/O風機前，煙氣能有效控制在3 m位置。3 min 10 s開啟TVF、U/O風機后，煙氣快速下沉到站臺，并向北移動。8 min 9 s時能看到煙氣從南端向北端移動，且南端的煙已排干凈。

6) 在兩送兩排模式與一送兩排模式下，煙氣運動無太大差別，只在排煙時間上快30～110 s。

7) GB 50157—2003《地鐵設計規(guī)范》19.1.19中規(guī)定：在發(fā)生火災的情況下必須在6 min之內將一列車乘客、站臺上候車的乘客及工作人員全部撤離站臺。這就意味著站臺內的機械排煙必須保證在300 s之內將煙氣層高度保持在危險高度以上，然而，試驗的結果表明，站臺內的排煙系統(tǒng)不能完全實現(xiàn)這一目標。

2.7實驗風速結果分析

1) 在站臺火災情況下，開啟4臺TVF、U/O風機后，樓、扶梯開口向下氣流風速為：一送兩排模式平均風速2.19 m/s，兩送兩排模式平均風速2.48 m/s，可有效防止煙氣進入站廳層(見表3)。

表3　上梅林站熱煙測試點位平均風速記錄　m/s

2) 3000模式下，樓、扶梯口向下氣流風速未達到地鐵設計規(guī)范風速≤1.5 m/s的要求，這些不完善因素需要進一步分析原因，并采取對策。

3) 一送兩排模式下平均風速2.19 m/s，兩送兩排下平均風速2.481m/s，兩送兩排模式平均風速比一送兩排模式平均風速快0.29 m/s。

4) 一送兩排模式下，南端扶梯口平均風速2.51 m/s，兩送兩排模式下，南端扶梯口平均風速2.88 m/s，說明兩送兩排比一送兩排模式下南端扶梯口平均風速快0.37 m/s；一送兩排模式下北端扶梯口平均風速2.47 m/s，兩送兩排模式下北端扶梯口平均風速2.89 m/s，說明兩送兩排比一送兩排模式下北端扶梯口平均風速快0.42 m/s；一送兩排模式下中間樓梯口平均風速1.57 m/s，兩送兩排模式下中間樓梯口平均風速1.67 m/s，兩送兩排比一送兩排模式下中間樓梯口平均風速快0.10 m/s。

5) 一送兩排模式和兩送兩排模式下，開啟兩側屏蔽門均比開啟一側屏蔽門風速快0.3～0.5 m/s。

6) 一送兩排模式和兩送兩排模式下，開啟兩端端門比開啟一端端門風速快0.1～0.4 m/s。

7) 南端(點火位置)屏蔽門隧道內平均風速3.19 m/s，北端屏蔽門隧道內平均風速2.10 m/s，兩者相差1.09 m/s；點火位置在南端時，站臺南端端門平均風速 2.20 m/s，站臺北端端門平均風速1.20 m/s，兩者相差1.00m/s。

8) 開啟屏蔽門、端門后隧道內的平均風速大于2 m/s，滿足地鐵設計規(guī)范要求。

3　結論

1) 運行3000設計模式，火災初期煙氣層界面較明顯，煙氣能有效控制在1.5 m以上位置，利于人員疏散，但樓、扶梯口向下氣流風速不能達到設計要求，設備層、冷凍機房有竄煙情況，這是因為車站兩端由于管道特性的問題，可造成風量分配不均勻，進而造成風速低于規(guī)范值；屏蔽門的泄漏量不容忽視；設計條件與實際存在差異，設計中主要是用樓扶梯開口面積的總和除以站臺層的排煙量進行校核，但各樓梯開口面積不一致。

2) 實驗表明，開啟屏蔽門、端門，利用區(qū)間隧道風機輔助排煙后，隧道內煙氣平均風速大于2 m/s；樓、扶梯開口處向下氣流風速至少可達到2.20 m/s。測試發(fā)現(xiàn)，開啟屏蔽門、端門，利用區(qū)間隧道風機輔助排煙，能夠增加樓、扶梯口向下氣流風速，但由于對流場的擾動，破壞了煙氣分層，使站臺煙氣充填區(qū)域增大，導致煙氣橫向流動，不利于煙氣排放。

3) 站臺兩端區(qū)域的煙氣不易排放。當站臺啟動排煙后，站臺兩端區(qū)域煙氣逐漸沉降至地面，無法排出站臺而形成排煙死角?？拷鼧?、扶梯口的站臺排煙效果較好，樓、扶梯口的向下氣流將煙氣壓至站臺兩端、隧道內區(qū)域；遠離樓、扶梯口區(qū)域排煙效果較差，煙氣很快沉降到地面。在實驗過程中火災煙氣會不斷向站臺兩端流動并產(chǎn)生蓄積，排煙死角的存在實質上是由于站臺兩端沒有排風口，導致機械排煙時無法形成從站臺兩端到排煙口的流動回路。因此，在站臺兩端增加排風口即可改善排煙死角現(xiàn)象。

4) 通過開啟屏蔽門、端門，利用區(qū)間隧道風機輔助排煙，可以增加樓、扶梯口向下氣流風速，實現(xiàn)設計要求，從而為以后的設計提供參考，但過強的氣流是否會破壞煙氣分層需要研究論證。建議：站臺端門應增加自動或遠程開啟方式功能；火災事故發(fā)生時，可根據(jù)救援需要自動或遠程開啟站臺端門；火災發(fā)生時，應立即自動停止播放車站其他背景音樂(如乘扶梯安全提示音)，非應急廣播會干擾乘客疏散，站臺無雜音，可以更好地利用車控室的話筒廣播和CCTV進行指揮疏散逃生和滅火，為FAS提供優(yōu)化的方案。

[1] AS 4391—1999. Smoke management systems-hot smoke test [S].Sydney:Standards Australia (Standards Association of Australia), NSW, 1999.

[2] 史聰靈，鐘茂華，何理，等.地鐵車站及隧道全尺寸火災實驗研究(1)-實驗設計 [J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2012(6)：22-28.

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[4] 李文博.基于地鐵環(huán)境模擬(SES)的區(qū)間火災工況通風模式研究[J].城市軌道交通研究，2013，16(4)：65-68.

[5] 鐘委，紀杰，楊健鵬.含屏蔽門地鐵站煙氣控制系統(tǒng)有效性的熱煙實驗研究[J].鐵道學報，2010,32(6)：90-95.[6] 史聰靈，鐘茂華，胥旋，等.某地鐵車站站臺現(xiàn)場火災煙氣實驗[C]∥國際安全科學與技術學術研討會論文集.沈陽,2012.

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[8] 史聰靈，鐘茂華，涂旭煒，等.深埋地鐵車站火災實驗與數(shù)值分析[M].北京：科學出版社，2009.

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[10] GB 50157—2003地鐵設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2003：50-55.

(編輯：王艷菊)

Evaluation of Hot Smoke Test for Underground Island Station Platform

Hou Tuanzeng

(MTR Rail Transportation (Shenzhen) Ltd., Shenzhen Guangdong 518109)

A mechanical ventilation test was carried out with full-size hot smoke test method on the southern tip of the island platform of Shangmeilin Station. Using interval tunnel fan (TVF), station hot air discharge (U/O) on the site auxiliary exhaust and TVF fans in parallel, smoke tests by one get two rows mode, and two rows get two mode were performed. Smoke emission effects, smoke movement, wind speed and conditions of the equipment of each mode were observed, measured and recorded when the screen door and side door are open. The results show with the use of an auxiliary exhaust fan tunnel, the wind speed of stairs can be increased; but the disturbance of the flow field destroyed the smoke stratification and the platform was filled with more smoke, resulting in transverse flow of smoke, which is adverse to the emission of smoke.

urban rail transit; hot smoke test; one get two rows mode; send two rows of two modes; fan parallel; Shangmeilin Station

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.01.015

2014-02-14

2014-04-17

侯團增，男，注冊安全主任，從事軌道交通消防安全管理研究，houtuanzeng@126.com

U231.96

A

1672-6073(2015)01-0062-05