張穎 張彪 侯佳麗

摘 要：為了研究地鐵區(qū)間隧道內(nèi)列車中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散受煙氣的影響，以 A 型車為例，運(yùn)用 FDS 軟件模擬火災(zāi)煙氣對乘客疏散的影響。研究結(jié)果表明，列車內(nèi)部火災(zāi)煙氣對人員的主要危害指標(biāo)為溫度，疏散平臺處火災(zāi)煙氣對人員的主要危害指標(biāo)為可見度。

關(guān)鍵詞：地鐵;列車中部火災(zāi);人員疏散;煙氣;可見度;氧含量

中圖分類號：U231.96

0 引言

GB/T 33668-2017《地鐵安全疏散規(guī)范》將行駛方向上的列車首末節(jié)之間的車輛起火定義為列車中部火災(zāi)。列車中部火災(zāi)的提出是區(qū)間人員疏散工作的細(xì)化，有利于保障疏散乘客的安全。但傳統(tǒng)的通風(fēng)排煙模式無法滿足列車中部火災(zāi)時(shí)在區(qū)間內(nèi)進(jìn)行疏散的要求。列車中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，車內(nèi)乘客被著火點(diǎn)分為車頭側(cè)和車尾側(cè)2部分疏散人群，疏散人員向遠(yuǎn)離火源的車頭和車尾

2個(gè)方向進(jìn)行疏散。此時(shí)在任何一側(cè)進(jìn)行排煙，都會造成該側(cè)乘客疏散不利。為了研究此火災(zāi)場景下火災(zāi)煙氣對人員疏散的影響，用火災(zāi)模擬軟件FDS（ Fire Dynamics Simulator）模擬無通風(fēng)排煙模式下火災(zāi)煙氣對乘客疏散的影響。

1 模型建立

1.1 列車模型

列車模型選用A型車，6節(jié)編組，車輛編號由左至右分別為1～6號，其中，1號、6號車為單司機(jī)室車輛，車廂長23.6m，寬3m，高3.8m，車內(nèi)能夠站立人的有效長度為21.88 m，有效寬度為2.75m，有效高度2.1m。2號、3號、4號、5號車為無司機(jī)室車輛，車廂長22m，寬3 m，高3.8 m，內(nèi)部能夠站立人的有效長度為21.03m，有效寬度為2.75 m，有效高度2.1 m。每節(jié)列車5對車門，車門尺寸為1.3 m×1.8 m（寬×高）。每節(jié)車輛載員座席56人，定員310人。列車模型如圖1所示。

1.2 區(qū)間隧道模型

我國車站間距在城市中心區(qū)和居民稠密地區(qū)宜為1km，因此本文區(qū)間隧道的模型長度選用1km。隧道為單線盾構(gòu)圓形隧道， 斷面直徑5.5m ，疏散平臺寬度為700mm。隧道模型如圖2所示。

2 模擬參數(shù)

FDS是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）開發(fā)的一種通用火災(zāi)模擬軟件，其通過數(shù)值方法求解Navier-Stokes方程來分析燃燒過程中煙氣和熱傳導(dǎo)的過程。

2.1 火源設(shè)定

火源設(shè)置于列車中部3號車廂與4號車廂的連接處，火源尺寸為1m×1m×1m（長×寬×高），火源類型為t 2火，火源熱釋放速率與時(shí)間的關(guān)系為Qf = αt 2，其中火災(zāi)增長系數(shù)α為0.04689，火災(zāi)發(fā)展等級為快速火，火源最大熱釋放速率為Qmax = 10MW 。

2.2 危險(xiǎn)性判定

根據(jù)國內(nèi)外火災(zāi)事故、火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)果來看，煙氣是威脅人員安全的主要因素。當(dāng)煙氣層某些參數(shù)增大到一定值時(shí)，便會對人員構(gòu)成危害。本文選取煙氣中能對人員健康造成直接危害的溫度和毒性作為安全評價(jià)指標(biāo)。當(dāng)煙氣層降到人眼特征高度以下，煙氣溫度高于110℃時(shí)，高溫?zé)煔鈱ㄟ^直接燒傷或吸入熱煙氣對人員造成傷害?？紤]到列車內(nèi)部空間封閉以及疏散平臺處疏散環(huán)境復(fù)雜，本文增加車廂內(nèi)氧含量指標(biāo)和可見度指標(biāo)，見表1。

2.3 疏散時(shí)間

從火災(zāi)發(fā)生到乘客開始疏散的時(shí)間T1決定了乘客在疏散平臺進(jìn)行疏散時(shí)火勢的大小、煙氣的多少、環(huán)境溫度的高低以及有毒氣體的濃度等，T1越大則疏散平臺開始疏散時(shí)煙氣對于乘客的危險(xiǎn)性越大。從火災(zāi)發(fā)生到乘客開始疏散的時(shí)間T1可分為火災(zāi)發(fā)生到列車被迫停車和車門開啟2個(gè)階段。根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，地鐵列車的旅行速度不宜低于35km/h，對于1km長的隧道需要103s的運(yùn)行時(shí)間?？紤]正常運(yùn)營時(shí)列車的開門時(shí)間不大于19s，則T1≤103s+19s≤122s。本文選取T1的最大值122 s作為疏散時(shí)間進(jìn)行模擬。

2.4 疏散方式

目前國內(nèi)區(qū)間隧道乘客疏散的方式有以下3種。

（1）我國早期建設(shè)的地鐵發(fā)生事故后，由于列車車廂間不貫通，乘客通過乘客門下車至第三軌電絕緣保護(hù)罩上，乘客扶著列車或隧道壁步行至最近車站。典型代表為北京早期地鐵。

（2）通過列車端頭門下車后步行到最近車站。此種疏散方法的列車車廂之間全部貫通，列車發(fā)生事故?？吭趨^(qū)間后，乘客通過列車端頭門下車至軌道，步行至最近車站。典型代表為香港地鐵。

（3）通過側(cè)向疏散平臺進(jìn)行疏散。在地鐵區(qū)間內(nèi)設(shè)置側(cè)向疏散平臺，列車發(fā)生事故?？吭趨^(qū)間后，乘客通過乘客門下車至與列車地板同一高度的疏散平臺進(jìn)行疏散。

本文采用應(yīng)急疏散平臺的方式進(jìn)行疏散，人員數(shù)量按每節(jié)車輛超員310人計(jì)算，共1860人。有關(guān)學(xué)者通過對地鐵車站行人的攝像觀測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出了地鐵出行的人員比例及疏散速度，見表2。

3 模擬計(jì)算分析

3.1 列車車廂內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)指標(biāo)對乘客影響分析

列車車廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，火源附近的溫度和一氧化碳濃度逐漸升高，氧含量逐漸降低。通過FDS對車廂內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬，得到列車車廂內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)范圍隨時(shí)間的變化曲線，如圖3所示。

由圖3可以看出，列車車廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，火源位置處3種危險(xiǎn)指標(biāo)達(dá)到危險(xiǎn)值的時(shí)間分別為62.7s（溫度指標(biāo)）、165s（毒性指標(biāo)）和179s（氧含量指標(biāo)）。隨著火勢的發(fā)展和煙氣的蔓延，火災(zāi)的危險(xiǎn)范圍逐級擴(kuò)大，其中溫度指標(biāo)的蔓延速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毒性指標(biāo)和氧含量指標(biāo)。在T1 = 122s時(shí)間內(nèi)，僅有溫度指標(biāo)達(dá)到了危險(xiǎn)值，其危險(xiǎn)范圍半徑為3m，對車廂內(nèi)乘客的危害較小。由此可知，列車在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)后，可以繼續(xù)行駛到相鄰車站進(jìn)行疏散，此時(shí)車內(nèi)乘客應(yīng)遠(yuǎn)離著火區(qū)域。

3.2 疏散平臺處火災(zāi)危險(xiǎn)指標(biāo)對人員疏散影響分析

火災(zāi)發(fā)生122s后列車被迫停車并開啟車門進(jìn)行疏散，車內(nèi)乘客通過疏散平臺側(cè)的車門進(jìn)行疏散。其中1號、2號、3號車廂內(nèi)的乘客和4號、5號、6號車廂內(nèi)乘客分別向遠(yuǎn)離火源的2個(gè)不同方向進(jìn)行疏散。通過FDS對疏散平臺范圍內(nèi)的火災(zāi)環(huán)境進(jìn)行模擬，得出火災(zāi)煙氣對乘客疏散的影響，見圖4。

由圖4可以看出，3種危險(xiǎn)指標(biāo)首先在距離火源最近的一個(gè)車門處到達(dá)人體耐受極限，時(shí)間分別為452s（毒性指標(biāo)）、126s（溫度指標(biāo)）、164s（可見度指標(biāo)）。其中毒性指標(biāo)到達(dá)人體耐受極限的時(shí)間最晚，影響范圍約為18.5m，對人員疏散無影響;在距火源30m范圍內(nèi)溫度指標(biāo)到達(dá)人體耐受極限的時(shí)間稍晚于乘客離開該區(qū)域的時(shí)間，對人員疏散有潛在威脅;在20m范圍內(nèi)可見度指標(biāo)指標(biāo)對人員疏散無影響，在20m到350m范圍內(nèi)可見度對人員疏散影響較大，在350m之后可見度指標(biāo)對人員疏散無影響。

4 結(jié)論及建議

（1）地鐵列車中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在火源最大熱釋放速率為10MW情況下，列車?yán)^續(xù)行駛122s（含開門時(shí)間19s）后被迫?？吭趨^(qū)間疏散乘客。列車內(nèi)部火災(zāi)煙氣對人員的主要危害為溫度指標(biāo)，疏散平臺處火災(zāi)煙氣對人員的主要危害為可見度指標(biāo)。

（2）地鐵列車發(fā)生火災(zāi)后，列車車廂內(nèi)火災(zāi)煙氣對乘客的危害指標(biāo)主要為溫度，其危害范圍隨時(shí)間逐漸增加。因此，列車在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)后，在未失去動力的情況下，應(yīng)快速行駛到相鄰車站組織疏散，此時(shí)車內(nèi)乘客應(yīng)遠(yuǎn)離著火區(qū)域。

（3）通過疏散平臺進(jìn)行疏散時(shí)的開始階段溫度指標(biāo)對人員疏散有潛在威脅，時(shí)間T1越長，車廂內(nèi)火災(zāi)煙氣溫度越高，列車開門后疏散平臺處溫度指標(biāo)的影響范圍越大。

（4）通過疏散平臺進(jìn)行疏散，可見度指標(biāo)不會直接對疏散人員的身體構(gòu)成危害，但會影響人員的疏散速度，增大人員疏散難度。因此，應(yīng)在疏散平臺的外邊緣設(shè)置警示燈具，以降低可見度對人員疏散的影響。

（5）被迫?？吭趨^(qū)間的列車中部火災(zāi)，火災(zāi)煙氣未對疏散人員的身體構(gòu)成直接危害。因此，縱向通風(fēng)排煙可待某一疏散方向的人員全部疏散至安全區(qū)域后啟動，啟動時(shí)間可根據(jù)圖4中的疏散時(shí)間曲線確定。

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收稿日期 2019-06-19

責(zé)任編輯 朱開明