吳曉林

(廣東工業(yè)大學 物理學院，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，地鐵成為城市發(fā)展必不可少的交通工具。地鐵站作為交通樞紐一般空間大、結構復雜、逃生路徑長，一旦發(fā)生火災，容易導致高溫濃煙流竄，并在整個空間內迅速蔓延聚集。由于站內煙氣流動存在極大的危險性，將嚴重影響人員疏散及滅火救援行動開展。因此，地鐵站的火災排煙策略研究是極其重要的課題，能否第一時間控制煙氣、排除煙氣，是處置地鐵火災成敗的關鍵。

地鐵站一般都由站廳層和一個或多個站臺層構成，站廳層與地面、站廳層與站臺層以及站臺層之間均有一定厚度的土層分隔，在各層之間形成了一定的高度差。地鐵站的站臺層與站廳層通常都是狹長型的建筑結構，由于建筑空間比較狹小，因此，站臺周圍的壁面對火災煙氣的流動會產(chǎn)生較大的影響。同時由于地鐵站位于地面以下，其四周都被土層所包裹，空間比較封閉，對于站臺層內安裝有屏蔽門系統(tǒng)的地鐵站，其站臺與外界的聯(lián)系通道就更少。當?shù)罔F站內發(fā)生火災時，火災煙氣首先在起火防煙分區(qū)內積蓄，當煙氣層降到擋煙垂壁以下時，就會沿樓梯向站廳層溢出。流入站廳的火災煙氣在站廳流動一段距離后將從站廳兩側地鐵站出入口流向地面。整個煙氣流動的過程如圖1所示。

圖1 無排煙措施時地鐵火災煙氣

當前，國內外已經(jīng)針對地鐵火災煙氣的流動與控制開展了大量的研究，并取得了一定的成果。比如，分析了地鐵火災煙氣特性，建立了地鐵火災特性模型，得到了地鐵火災排煙方案等。但是在目前的研究工作中，針對地鐵火災的研究工作以數(shù)值模擬計算為主，開展的地鐵站實地試驗非常少而簡單，對地鐵站實地試驗和移動排煙裝備的實地試驗也很缺乏。本文以福田綜合交通樞紐為研究對象，利用實地測試的方法，研究固定設施和移動排煙裝備的排煙效果，提出可行的排煙策略，為發(fā)生此類火災時排煙決策提供參考。

1 測試設備與方法

1.1 測試設備

本文采用的固定排煙設施為福田綜合交通樞紐的設施，該系統(tǒng)考慮了列車正常運行時的通風與空調功能、火災時車站和區(qū)間的防排煙功能，包括隧道通風系統(tǒng)、公共區(qū)通風空調系統(tǒng)(大系統(tǒng))、設備管理用房通風空調系統(tǒng)(小系統(tǒng))，車站設有機械通風和空調系統(tǒng)，區(qū)間設有通風系統(tǒng)。大系統(tǒng)設備一般集中布置于車站站廳層兩端環(huán)控機房內，每端由兩臺組合式空調箱、兩臺回排風機組成，回排風機兼作排煙風機。正常情況下，大系統(tǒng)為站廳、站臺提供冷氣和通風換氣，在站廳或站臺火災情況下，按預定模式自動轉為排煙工況，排除煙氣，最大排煙量可達260 000 m3·h-1。隧道通風系統(tǒng)包括車站范圍內、屏蔽門外站臺下排熱和車行道頂部排熱系統(tǒng)，簡稱UPE/OTE系統(tǒng)。區(qū)間隧道活塞風與機械通風系統(tǒng)(兼排煙系統(tǒng))，簡稱TVF系統(tǒng)。固定排煙系統(tǒng)負責排除車站公共區(qū)、設備管理用房區(qū)、區(qū)間隧道等區(qū)域火災產(chǎn)生的煙氣，防止煙氣蔓延，以便人員疏散。

本文使用的移動排煙裝備為法國GROUPE LEADER S.A.S生產(chǎn)的機動排煙機MT236，排煙量約50 000 m3·h-1。

1.2 具體測試方法

在排煙層空曠地方取兩個測試點，開啟光源，在無煙狀態(tài)下讀取照度測量儀照度值，記錄為照度初始值。開啟熱煙發(fā)煙裝置，使站臺充滿煙霧，當照度測量儀顯示數(shù)值小于30 Lux停止發(fā)煙。開始排煙時，秒表開始計時，讀取照度時，應避免其他光源干擾，每60 s讀出照度測量儀數(shù)值(如果空間較大，排煙時間長，可對應延長記錄時間間隔)，當照度儀顯示數(shù)值恢復為初始值時，停止計時，該時間為排煙所需時間。同時在排煙層取三個測試點，測試點分布在氣流的主要方向，利用風速儀測出對流風速，測量時風速儀進風口應與氣流方向垂直，且應避開狹小地帶及拐彎處。煙氣流動也是利用實驗風速儀定點采集風速得到。測試過程中要求煙霧要盡可能均勻分布到整個空間，照度測量儀應設置到空曠位置，不宜靠近風口。測試結束后記錄各測試點的對流風速、排煙時間、照度等數(shù)據(jù)。

1.3 測試結果

試驗在面積為1 800 m2和12 560 m2的站臺與站廳進行，在不同場景下，分別利用固定設施和移動設施進行排煙測試，得出多次試驗的平均時間，結果如表1所示。

表1 排煙測試結果

2 地鐵火災排煙策略

2.1 利用固定排煙設施進行排煙

2.1.1 站廳層發(fā)生火災時的排煙策略

站廳層發(fā)生火災時，站廳樓梯口在氣流的作用下將會成為氣流的出入口，其結果是一部分樓梯口作為煙氣向地面蔓延的通道，而另一部分樓梯口作為空氣進入站廳的通道。

排煙策略：起火點在站廳層時，站廳風機排煙，站臺風機送風，結合起火部位在站廳層的位置視情放下防火卷簾和擋煙垂壁，將煙氣限制在一定的區(qū)域，阻止煙氣向站臺層及其他防煙分區(qū)流竄。如煙氣較大，可以利用移動排煙裝備在疏散及進攻樓梯口進行送風，另一側出口可以設置排煙機進行排煙。排煙策略如圖2所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約3 min可以將煙氣排空。

圖2 站廳層發(fā)生火災時的排煙策略示意圖

2.1.2 站臺層發(fā)生火災時的排煙策略

站臺與站廳的連接處是地鐵站內的一個重要區(qū)域，這里既是疏散通道，同時也是火災煙氣向上蔓延的通道。由于地鐵站比較封閉缺少向外排煙的出口，因此在熱浮力的驅動下有毒煙氣將占用樓梯、扶梯等通向上層的通道，嚴重威脅到起火站臺層人員的安全疏散。

排煙策略：站臺層開啟機械排煙，同時站廳層進行機械送風，在站臺與站廳連接處形成向下的空氣流動，將火災煙氣控制在起火站臺層內。視情況在站臺與站廳連接的通道處設置移動排煙機進行送風。排煙策略如圖3所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約2 min可以將煙氣排完。

圖3 站臺層發(fā)生火災時的排煙策略示意圖

2.1.3 列車在隧道區(qū)間內發(fā)生火災時的排煙策略

當列車在隧道區(qū)間發(fā)生火災時，由于隧道內空間狹小，新鮮空氣補給慢，煙氣蔓延速度快，如不及時排煙，將無法開展救援工作。根據(jù)列車運行中發(fā)生火災時著火部位的不同，以及列車滯留在隧道內的位置，分以下三種情況：火災發(fā)生在列車頭部、火災發(fā)生在列車尾部、火災發(fā)生在列車中部。

2.1.3.1 當火災發(fā)生在列車頭部時，乘客從列車尾部進行疏散，隧道內排煙系統(tǒng)啟動，疏散方向站臺2進行機械送風，另一側站臺1風機進行機械排煙。排煙策略如圖4所示。

圖4 火災發(fā)生在列車頭部時的排煙策略示意圖

2.1.3.2 當火災發(fā)生在列車尾部時，乘客從列車頭部進行疏散，疏散方向站臺1進行機械送風，另一側站臺2風機進行機械排煙。排煙策略如圖5所示。

圖5 火災發(fā)生在列車尾部時的排煙策略示意圖

2.1.3.3 當火災發(fā)生在列車中部時，這是一種最不利情況，應首先疏散靠近站臺方向乘客。如果這時列車位置靠近站臺2，則先組織乘客向站臺2疏散，站臺2進行機械送風，另一側站臺1風機進行機械排煙，然后再讓TVF風機逆轉，組織其余乘客向站臺1疏散。排煙策略如圖6所示。

當列車在隧道區(qū)間內發(fā)生火災時，沿疏散方向風機開啟送風模式，另一方向風機開啟排煙模式。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約1.5 min可以將煙氣排完。

圖6 火災發(fā)生在列車中部時的排煙策略示意圖

2.2 利用移動排煙裝備進行排煙

2.2.1 站廳層發(fā)生火災時的排煙策略

根據(jù)著火位置，結合防煙、防火分區(qū)及疏散、救援路線，合理放下防火卷簾，將煙氣控制在一定區(qū)域，并通過移動排煙機串聯(lián)排煙，進攻入口、疏散出口利用排煙車進行送風，排煙出口利用排煙車進行排煙。排煙策略如圖7所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約8 min可以將煙氣排完。

圖7 站廳層發(fā)生火災時的排煙策略示意圖

2.2.2 站臺層發(fā)生火災時的排煙策略

2.2.2.1 排煙策略1：通過站廳層出口將煙氣排出。在站臺層與站廳層連接處樓梯口設置排煙機進行排煙，隧道內設置排煙機向站臺送風，將煙氣引導至站廳層，然后按照站廳層排煙策略進行排煙。排煙策略如圖8所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約7 min可以將煙氣排完。

圖8 站臺層發(fā)生火災時的排煙策略1示意圖

2.2.2.2 排煙策略2：通過隧道區(qū)間風道將煙氣排出。當站臺層發(fā)生火災時，也可以通過隧道區(qū)間風道將煙氣排出。在站臺層與站廳層連接處樓梯口設置排煙機向站臺層送風，站臺及隧道內風道設置排煙機進行排煙，將煙氣引導至風亭，風亭路面煙氣出口處設置排煙車，將煙氣從風亭排出。排煙策略如圖9所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約5 min可以將煙氣排完。該策略充分利用了站臺及隧道的密閉性，排煙效率優(yōu)于策略1。

圖9 站臺層發(fā)生火災時的排煙策略2示意圖

2.2.3 列車在隧道區(qū)間內發(fā)生火災時的排煙策略

在疏散方向站臺設置排煙車向隧道送風，隧道內沿疏散反方向設置排煙車進行排煙，利用移動排煙機將煙氣引導至風亭，排煙車將煙氣從風亭排出(以列車頭部著火情況為例，其余情況參考固定排煙設施排煙策略)。排煙策略如圖10所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實煙氣的情況下，大約3 min可以將煙氣排完。

圖10 隧道區(qū)間內發(fā)生火災時的排煙策略示意圖

3 結論

3.1 起火點在站廳層時，站廳風機排煙，站臺風機送風，視情放下防火卷簾和擋煙垂壁，可進行有效排煙。當固定設施破壞時，可以在進攻入口、疏散出口

利用排煙車進行送風，排煙出口利用排煙車進行排煙。

3.2 站臺層內發(fā)生火災時，站臺層風機排煙，站廳層風機送風，可進行有效排煙。固定設施失效時，可在站臺層與站廳層連接處樓梯口設置排煙機向站臺層送風，站臺及隧道內風道設置排煙機進行排煙，將煙氣引導至風亭，風亭路面煙氣出口處設置排煙車，將煙氣從風亭排出。

3.3 當列車在隧道區(qū)間內發(fā)生火災時，沿疏散方向風機送風，另一方向風機排煙，可進行有效排煙。固定設施失效時，在疏散方向站臺設置排煙車向隧道送風，隧道內沿疏散反方向設置排煙車進行排煙，利用移動排煙機將煙氣引導至風亭，排煙車將煙氣從風亭排出。

參考文獻：

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