范東林

（重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 401122）

0 引言

近些年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地鐵的應(yīng)用越來越多，人們出行得到極大便利的同時(shí)也產(chǎn)生了眾多的問題，其中地鐵站發(fā)生火災(zāi)的問題就亟待解決。而且地鐵站臺(tái)作為公眾聚集場(chǎng)所，一旦發(fā)生火災(zāi)那么造成的損失不可設(shè)想，因此大多數(shù)國(guó)家都對(duì)地鐵站臺(tái)隧道防排煙問題極為重視。地鐵站臺(tái)隧道防排煙問題對(duì)于保障人民生命安全、維護(hù)人民利益具有非常重要的意義。

1 地鐵發(fā)生火災(zāi)時(shí)的特點(diǎn)

地鐵隧道是指利用開挖而獲得的地下建筑空間。隧道的最外層由泥土和石塊所構(gòu)成。有內(nèi)部空間，與外界空氣通過風(fēng)井風(fēng)道連接。和地面建筑物不同，有和大氣相通的門窗，但只有和地面建筑連接的管道才作為入口和出口。由于地鐵隧道與地面建筑相比具有上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其火災(zāi)特征主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

1.1 氧氣含量急劇下降

由于地鐵內(nèi)環(huán)境相對(duì)封閉，所以當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)新鮮的空氣難以得到及時(shí)補(bǔ)充，空氣中的氧氣含量會(huì)極大降低，而當(dāng)空氣中的含氧量過低時(shí)人體機(jī)能工作效率將會(huì)極大降低，人們的生命健康安全因此也會(huì)受到很大的損傷[1]。

1.2 燃燒煙量大

火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧量與建筑建造時(shí)所采用的材質(zhì)有關(guān)，雖然目前地鐵建筑所采用的材料已經(jīng)普遍采用不燃或難燃材料，但無法避免燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量濃煙。因此如果在地下隧道內(nèi)引起大火，則因?yàn)榭諝庵械难鯘舛冗^少、氣體交換無法進(jìn)行和爆炸反應(yīng)不完全等，會(huì)形成大量的有毒氣體，如CO 等，這將會(huì)使隧道內(nèi)的能見度極大地下降，同時(shí)也極有可能導(dǎo)致疏散人員的死亡。

1.3 煙氣不能及時(shí)排出

由于地鐵被大量的巖石圍著，這會(huì)使得熱量難以交換。當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生大火時(shí)，大量的煙氣能夠通過破碎的玻璃窗排除，而封閉的地鐵環(huán)境中煙會(huì)大量聚集無法擴(kuò)散，這很容易導(dǎo)致溫度急劇上升，而煙霧形成的高速氣流也對(duì)人體健康有較大影響。如果對(duì)這些高流動(dòng)性的煙霧和有毒氣體不進(jìn)行有效控制或消除，它將在短時(shí)間內(nèi)填滿全部站廳、站臺(tái)空間，對(duì)建筑內(nèi)人員和救災(zāi)工作者的正常生活造成巨大威脅[2]。

2 目前防排煙設(shè)備情況

因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)間不同，國(guó)內(nèi)各地地鐵的通風(fēng)和排煙系統(tǒng)也各有不同。但整個(gè)事情可分成兩種。

（1）將通風(fēng)和排煙的熱損失為同一個(gè)體系，而通風(fēng)和排煙系統(tǒng)則由同一的事故風(fēng)機(jī)、出風(fēng)口、風(fēng)道和風(fēng)亭等構(gòu)成。風(fēng)機(jī)葉片可正反旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)向整個(gè)系統(tǒng)送風(fēng)或排煙。隧道和平臺(tái)內(nèi)的煙氣流向在隧洞或平臺(tái)上的水平方向。如果列車出現(xiàn)了火災(zāi)事故，通風(fēng)與排煙模式中應(yīng)保持在車站隧道出入口上空的風(fēng)機(jī)反向工作，使列車內(nèi)的煙塵從出口處正吸入風(fēng)道，并經(jīng)過風(fēng)道末端的風(fēng)亭排出到地底；當(dāng)隧道內(nèi)出現(xiàn)了火災(zāi)事故時(shí)，區(qū)域風(fēng)機(jī)逆向吸入空氣，通過站臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出壓縮空氣，使隧道內(nèi)的煙霧從火災(zāi)事故發(fā)生地流入?yún)^(qū)域出風(fēng)口，并經(jīng)過風(fēng)管從出風(fēng)口處進(jìn)入地底，再經(jīng)風(fēng)機(jī)支架末端的風(fēng)亭引至地底。

（2）排煙控制系統(tǒng)與另一個(gè)空氣通風(fēng)控制系統(tǒng)相當(dāng)獨(dú)立[3]。也就是說，整個(gè)通氣體系和排出體系都由單獨(dú)的風(fēng)機(jī)、消聲器、風(fēng)道和出風(fēng)口所構(gòu)成（排煙系統(tǒng)包括風(fēng)亭）。進(jìn)煙口和排煙口設(shè)在車站軌道上部和站臺(tái)、站廳大廳上方。在平臺(tái)中的煙流沿垂直方向流過。圖1為地鐵隧道通風(fēng)煙氣系統(tǒng)。

圖1 地鐵隧道通風(fēng)煙氣系統(tǒng)

3 地鐵內(nèi)通風(fēng)排煙設(shè)備整改建議

隧洞內(nèi)的事故通風(fēng)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有下列特征：當(dāng)旅客堵塞在區(qū)域隧洞內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能向事件發(fā)生地或迎著旅客的事故疏散方位輸入新風(fēng)。并背旅客的疏散方向通風(fēng)。但當(dāng)區(qū)域或隧道內(nèi)出現(xiàn)重大火災(zāi)事故時(shí)，迎著旅客的撤離方位運(yùn)送新風(fēng)，并能背旅客的撤離方位排煙。但當(dāng)車站內(nèi)出現(xiàn)大火時(shí)，則要及時(shí)采取措施排煙，并避免煙霧迅速向出口和車站內(nèi)擴(kuò)散，以減少其對(duì)人體安全的影響。因此一般來說，每個(gè)防排煙樓梯分區(qū)的總面積都不會(huì)大于750，而防排煙樓層范圍又不得超過防火范圍。防煙層劃分，還可利用在擋煙垂墻的屋頂下，突出高不少于500 的柱體實(shí)現(xiàn)。如針對(duì)站臺(tái)和站廳的排煙熱損失量而言，可按每分鐘每平米面積的1m3計(jì)算，而排煙設(shè)備則按同時(shí)排除在二個(gè)最大防煙分區(qū)的煙量配置，這樣就可以在大火爆發(fā)后更有效的處理煙霧。區(qū)段隧洞排煙量按單洞區(qū)段隧道設(shè)計(jì)截面的平均排煙流量不少于2m/s 推算，但最大排煙流量不能超過11m/s。列車堵塞在區(qū)段隧洞時(shí)的總送風(fēng)量，按區(qū)段隧洞斷面風(fēng)速不少于2m/s 推算，但最大風(fēng)速不能超過11m/s。而排出機(jī)組和煙氣流經(jīng)的輔助裝置如風(fēng)閥和消音單元等，溫度應(yīng)保持在150℃時(shí)能持續(xù)有效工作1h。同時(shí)，排煙口的風(fēng)速也不能超過10m/s。而且金屬管內(nèi)的風(fēng)速也不能超過20m/s。風(fēng)亭格棚的風(fēng)風(fēng)速得超過4m/s。地面進(jìn)風(fēng)風(fēng)亭宜置于空氣清潔的區(qū)域，而建筑物內(nèi)距通風(fēng)廳的入口部宜維持規(guī)定的垂直間距，一般來說應(yīng)不小于5m[4]。地下鐵道隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)宜設(shè)就地控制，車站級(jí)控制和中央級(jí)控制的三級(jí)控制系統(tǒng)。圖2 為某種地鐵長(zhǎng)大區(qū)間火災(zāi)實(shí)驗(yàn)裝置。

圖2 某種地鐵長(zhǎng)大區(qū)間火災(zāi)實(shí)驗(yàn)裝置

3.1 對(duì)通風(fēng)排煙系統(tǒng)的通風(fēng)排煙方法加以研究調(diào)節(jié)

在平臺(tái)下和隧道的上部均設(shè)置排煙管，將通風(fēng)系統(tǒng)與排煙系統(tǒng)分別布置。垂直排煙裝置旨在取代水平排煙裝置。由于從底層到頂層，對(duì)煙氣本身的擴(kuò)散規(guī)則適用，并且由于煙氣排放管中的氣體減小了在煙氣排出的范圍內(nèi)壓強(qiáng)，從而在隧道與煙氣排出中間產(chǎn)生了壓力[5]。這些"啜吸效應(yīng)"提高了煙霧流入隧道內(nèi)排煙管的速率，進(jìn)而改善了煙道抽氣效果。另外，內(nèi)排煙管還有效地把乘客和煙霧分隔，從而更好地保護(hù)了乘客的安全。

3.2 利用隧道并行特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整改造

上下行隧道的連接通道處均設(shè)置甲級(jí)防火門，將上下行隧道單獨(dú)作為消防分區(qū)；并在隧道內(nèi)設(shè)置了應(yīng)急燈光、蓄光或電池等撤離、轉(zhuǎn)移的標(biāo)志，上下隧道之間互為逃生通道。保證了在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，乘客可以迅速地從火災(zāi)隧道撤離至非火災(zāi)隧道。因此，乘客不僅可以在火災(zāi)隧道內(nèi)免受煙霧的影響，而且可以在非火災(zāi)隧道內(nèi)安全有序地逃生。

3.3 增加消防逃生演習(xí)提高安全防范意識(shí)

通過實(shí)際滅火演習(xí)活動(dòng)，在檢查了地鐵列車的消防設(shè)施和消防排煙系統(tǒng)的正常工作狀況的同時(shí)，也提高了普通民眾在火災(zāi)事故中的能動(dòng)性意識(shí)。多次開展消防演習(xí)可以極大地降低火災(zāi)真正發(fā)生時(shí)所帶來的損失。通過人為的方式向地鐵列車中排放巨大的濃煙，從而制造了因大火冒出巨大濃煙的假象，以檢驗(yàn)列車機(jī)組人員、消防人員的緊急情況反應(yīng)能力，和檢查通風(fēng)排煙系統(tǒng)的正常工作性能，同時(shí)也考察怎樣在最少的時(shí)間內(nèi)把濃煙排出，從而撤離旅客至安全區(qū)域，減小火災(zāi)所帶來的危害。

3.4 提高地鐵排煙風(fēng)機(jī)及相應(yīng)設(shè)施的耐火性能

提高了地鐵排煙設(shè)備防火特性的標(biāo)準(zhǔn)，和風(fēng)機(jī)的實(shí)用防火特性。改善了電氣線路的實(shí)際防火特性，從而使地鐵排煙風(fēng)機(jī)的總體防火特性才真實(shí)得以改善，提高了重大或特大火災(zāi)事故的現(xiàn)實(shí)需求。

4 地鐵站臺(tái)、 隧道內(nèi)的通風(fēng)與排煙存在的矛盾問題

4.1 地鐵隧道在通風(fēng)排煙方面存在嚴(yán)重問題

隧道內(nèi)排煙的基本原則，是向乘客安全撤離的方向供給反向的迎面空氣氣流。這樣，不但能夠避免煙霧和人朝同一個(gè)方向流動(dòng)，還能夠給疏散人員輸送新鮮空氣。而地鐵隧道內(nèi)火災(zāi)位置和車輛著火部位的關(guān)系，確定了乘客的撤離方法。乘客的疏散模式也決定了隧道內(nèi)的排煙組織方案。所以，在隧道內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，起火部位和客車之間的方位關(guān)系不但決定了乘客的疏散走向，還決定著事故區(qū)間內(nèi)二端車站的事故風(fēng)機(jī)的輸送和排出方式。在出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，著火部位與列出之間也具有三個(gè)方位關(guān)系，即著火部位設(shè)在客車的最前方、中部或后部。如火源在列車前方，乘客應(yīng)該撤離至列車尾部，即向后方車站疏散。后方車站的事故風(fēng)機(jī)向前方車站提供送風(fēng)，而前方站點(diǎn)的風(fēng)機(jī)則啟動(dòng)排風(fēng)，隧道內(nèi)的煙流方向和乘客疏散方向完全相反。

如果火源位于列車后部，乘客必須向車頭方向疏散，即前往前方站點(diǎn)。前站的風(fēng)機(jī)向后方車站輸送空氣，而后站的風(fēng)機(jī)則反轉(zhuǎn)排出，因此在隧道中的煙流方向和旅客疏散方向完全相反。

而一旦火勢(shì)出現(xiàn)在列車中間，列車前部的所有乘員都將被撤離至前方的站點(diǎn)。列車后部的所有旅客都被疏散至后車站。而不管列車在區(qū)間隧道中的哪里停靠，乘客也必然地會(huì)被分成二個(gè)部分疏散至隧道二端。在這種情形下，在現(xiàn)行的地鐵隧道排煙系統(tǒng)中，不管采用了什么排煙措施，隧道內(nèi)的煙流方向都應(yīng)該和部分旅客的疏散走向相同，這也將威脅同方向旅客的人身安全。

可以看出，地鐵隧道內(nèi)部的通風(fēng)和排煙系統(tǒng)現(xiàn)在有一個(gè)共同的路徑，這不可避免地會(huì)導(dǎo)致煙塵在排放到風(fēng)道之前與被分散的煙塵在同一個(gè)隧道中。這種通風(fēng)排煙方式既不科學(xué)、合理、安全、有效，原則上也不能保證隧道內(nèi)乘客的安全撤離。這并不能完全解決地鐵隧道內(nèi)部的通風(fēng)和排煙問題。

4.2 地鐵站臺(tái)樓扶梯口部向下風(fēng)速的問題

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，站臺(tái)火災(zāi)時(shí)樓扶梯口部應(yīng)具有不低于1.5m/s 的向下氣流，以確保煙氣不蔓延至站廳公共區(qū)?，F(xiàn)實(shí)案例中，基本采用的是通過加大站臺(tái)的排風(fēng)量來達(dá)到此目標(biāo)。而最樂觀的理論計(jì)算，達(dá)到該風(fēng)速也至少需要30 余萬的小時(shí)排風(fēng)量。這其中已經(jīng)自動(dòng)忽略了樓扶梯口部的實(shí)際過風(fēng)面積、站臺(tái)公共區(qū)與隧道的漏風(fēng)，這兩項(xiàng)實(shí)際影響巨大的因素。因此實(shí)際測(cè)試時(shí)常出現(xiàn)風(fēng)速不達(dá)標(biāo)的狀況。

鑒于地鐵空間的限制，再繼續(xù)在站臺(tái)內(nèi)部增加排風(fēng)量難以實(shí)現(xiàn)，因此在行業(yè)內(nèi)持續(xù)有將隧道排風(fēng)設(shè)備引入站臺(tái)排煙的想法。這一策略確實(shí)能夠非常有效的提高向下氣流的風(fēng)速并滿足需要，但將煙氣引入隧道內(nèi)而非直接排出室外，從規(guī)范符合角度來講是不合理的。因此，首要的措施應(yīng)從控制樓扶梯口部的實(shí)際過風(fēng)面積和站臺(tái)公共區(qū)與隧道的漏風(fēng)量著手。對(duì)于站臺(tái)公共區(qū)與隧道的漏風(fēng)，側(cè)重于施工質(zhì)量的進(jìn)一步提高，而控制樓扶梯口部的實(shí)際過風(fēng)面積則需要更多的封閉站臺(tái)內(nèi)樓扶梯四周的過風(fēng)部位，主要是兩側(cè)既背部。采用防火墻體對(duì)站臺(tái)的乘客體驗(yàn)感不友好，設(shè)置電動(dòng)防煙卷簾則占用更多的空間而影響使用。這一方面取決于該類設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)還需要業(yè)主就消防功能與空間裝飾效果進(jìn)行取舍。

5 結(jié)語

地鐵火災(zāi)造成巨大的破壞，并將產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)后果。因此，在做好地鐵防火措施，最大限度地減少火災(zāi)危害的同時(shí)，改進(jìn)地鐵防火排煙設(shè)計(jì)顯得尤為重要?？偟膩碚f，防火措施固然重要，但真正需要注意的是對(duì)人們安全用火防火意識(shí)進(jìn)行加強(qiáng)提升，這樣才能在極大程度上減少損失的產(chǎn)生，保障人民的生命健康財(cái)產(chǎn)安全不受損失。