高压细水雾系统在地铁轨行区防灾中的应用研究

毛泽晨

（无锡地铁集团有限公司，214000，无锡∥助理工程师）

地铁是典型的地下公共建筑空间，是各种灾害易发、控制极其困难、灾害损失重大的公共场所，其中火灾成为比例最高的灾害。地铁火灾具有火灾蔓延快、浓烟积聚不散、烟气毒性大、温度上升快、消防救援和疏散困难等特点，而且地铁火灾中的人员伤亡，不是被火烧伤或烧死，而是因烟气浓重而窒息或中毒，特别是群死群伤的火灾事故，火灾烟气更是罪魁祸首。

地铁列车是地铁系统中的重要火灾危险场所，由于列车电网、电器系统故障产生电弧或火花、整流器触头在油中短路、动力电力短路等原因，导致列车起火。列车一旦发生火灾，首先须尽一切可能将火灾列车行驶至车站，以利于乘客疏散。与此同时，列车火灾产生的烟气、高温会危及列车上疏散的乘客以及站台公共区候车乘客的生命安全。

本文结合某地铁项目实际应用需要，开展了轨行区高压细水雾应用实体火灾试验，通过定性定量分析，验证了轨行区高压细水雾消烟、释毒和降温的有效性，为实际应用提供了理论基础。最后给出了高压细水雾系统设计方案，供同行借鉴和参考。

1 实体火灾试验

1.1 试验目的

通过实体火灾试验，验证地铁车站轨行区高压细水雾消烟、释毒和降温的有效性，为地铁车站轨行区高压细水雾系统的优化设计提供依据。

1.2 试验条件

1.2.1 试验空间及布置

根据某地铁工程车站屏蔽门限界图，高压细水雾喷嘴设置在屏蔽门内侧（即轨行区内，如图1所示），采用微型喷嘴的布置方式。

试验空间的长（站台长度）×宽×高约为140.0 m×8.8 m×3.8 m，包括轨道区和单侧站台。轨道区内放置一节普通A型列车车厢。列车单节厢长22 m，宽3.0m，高2.6 m。列车车厢底部距离轨道约为1.0m，模拟地铁列车在站内停车。地铁站台、轨道行车区在试验隧道中的位置见图2。

试验轨行区的屏蔽门长度为25 m，不少于3个标准门的长度。

图1 轨行区屏蔽门外侧微型喷嘴布置示意图

图2 地铁站台、轨道行车区在试验隧道中的位置

1.2.2 火灾模型

轨行区设置高压细水雾是对列车火灾烟气实现降温释毒和消烟作用，为人员逃生创造安全、可靠的环境。本次试验采用下列火灾模型：起火点位于车厢内地板中间位置，距离车门3 m；火源类型为松木、泡沫塑料和海绵组成堆垛火；设计火源功率约为1 MW。火源采用93#汽油引燃。引燃油盘尺寸为500 mm×500 mm×20 mm，引燃油量为100 ml。

1.2.3 试验要求

（1）屏蔽门打开，高压细水雾喷放后，站台侧6 min内2 m以下空间内的烟气温度不超过60℃，2 m以上空间平均烟气温度不大于200℃。

（2）屏蔽门打开，高压细水雾喷放后，站台侧烟气6 min内CO的质量分数平均值比车厢内CO的质量分数最大值降低75%以上，绝对的质量分数不大于2 000×10－6；CO2的质量分数不超过3%，氧气的质量分数不低于15%。

（3）屏蔽门打开，高压细水雾喷放后，站台侧试验小白鼠的存活率100%。

2 试验方法

2.1 高压细水雾系统设备布置

采用某知名品牌高压细水雾灭火装置，泵组最大输出压力为14.0MPa，最大输出流量为224 L／min。采用微型喷嘴沿屏蔽门外侧布置在行车隧道的屏蔽门顶部（见图3、图4），喷嘴距离屏蔽门外表面约300 mm。其中活动门处的喷嘴流量系数K＝0.113（型号：1918），喷嘴间距为0.5 m，固定门处的喷嘴流量系数K＝0.042（型号：1910），喷嘴间距为1.0m，喷嘴工作压力为10 MPa。喷嘴距离站台地面高度约3.0m。喷嘴的轴心线与铅垂线的夹角可调（5°～15°），喷射方向指向屏蔽门。

图3 地铁站台轨道行车区细水雾保护试验横截面布置示意图

图4 地铁站台轨道行车区细水雾保护试验布置俯视示意图

2.2 测量设备布置

（1）在列车车厢内与站台上部共设置K型热电偶15只（见图5），实时测量细水雾喷放前后车厢内烟气温度和站台上部的温度，分析细水雾对火灾烟气的降温作用。

（2）在列车车厢内和相邻站台内各设置1个M900烟气分析仪，实时测量烟气组分浓度、分析细水雾对火灾烟气毒性的消减作用。烟气采样器距地高1.6 m，距离屏蔽门内外0.3 m。

（3）在车箱内部设置试验白鼠箱2个，分别位于火源区和远离火源区，检测车厢内烟气毒性。在站台侧距屏蔽门0.3 m处各设置试验白鼠箱1个，检测烟气通过细水雾后的毒性。试验白鼠箱距地高度为1.8 m。

（4）在细水雾管路末端安装Y150压力表（25 MPa、2.5 MPa，1.5级），测量最不利点喷头工作压力。

图5 数据采集界面中的热电偶布置图

2.3 试验工况

（1）试验准备，开启数据采集系统，使其处于正常工作状态，录像机开始摄录。

（2）在固定可燃物底部放置引燃油盘，点燃油盘，观察并记录开始冒烟、起火时间。

（3）点火1 min后启动高压细水雾系统（手动打开区域控制阀），同时启动隧道排烟风机（车站排烟风机关闭）。

（4）点火3 min后打开屏蔽门（屏蔽门初始为关闭状态），观察并记录烟气蔓延，记录的火场温度－时间曲线、烟气浓度－时间曲线。

（5）观察并记录在试验过程中试验白鼠的活动情况，试验结束后对试验白鼠的生理健康状态进行统计。

（6）点火9 min后，采用高压细水雾灭火枪对火源实施人工灭火。

（7）启动车站排烟风机清洁试验场地。

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

（1）起火车厢内近火源2只白鼠全部死亡，判断为烟气毒死，非起火相邻车厢内2只白鼠及站台侧2只白鼠正常。

（2）烟气组分的质量分数曲线详见图6～图8。

图6 起火车厢内O2、CO和CO2的质量分数变化曲线

图7 紧邻起火车厢站台侧O2、CO和CO2的质量分数变化曲线（距地面高度1.5 m）

图8 紧邻起火车厢站台侧O2、CO和CO2的质量分数变化曲线（距地面高度2.0m）

（3）火场温度曲线详见图9～图11。

图9 起火车厢和邻近车厢内温度变化曲线

3.2 试验分析

（1）首先从图7、图8可以看出，站台侧1.5 m和2.0m高处的氧浓度在整个过程中始终保持较高的水平，有毒气体CO的去除率均达到了90%。从图7可以看出，火灾中高压细水雾喷放时车厢内的O2的质量分数还有一定回升，降低火势的同时也降低了CO和CO2的质量分数。

（2）其次通过对比起火车厢和非起火车厢屏蔽门内外侧的温度（图10、图11）可以看出站台侧最高温度不超过60℃，相比车厢内200℃以上的温度降温作用明显。

图10 非起火车厢屏蔽门内外侧温度变化曲线

图11 起火车厢屏蔽门内外侧温度变化曲线

（3）最后试验通过在屏蔽门内外侧放置了小白鼠，定性地验证了高压细水雾滴对烟气的洗刷作用。

综上所述，当列车车厢起火后到达站台进行人员疏散时，高压细水雾系统可以有效组织列车内烟雾向站台扩散。同时，细水雾滴在车厢内还有明显的卷吸作用，对提高车厢内的含氧量、减低有毒烟雾浓度也有积极作用。轨行区高压细水雾的设置对站台一侧的生命安全起到很好的防护，对列车内乘客的逃生起到积极的作用。

4 系统设计实例

某地铁项目的轨行区，分上行和下行2侧，单侧长度为115 m。

4.1 系统主要设计参数

（1）系统持续喷雾时间30 min；

（2）开式系统的响应时间不大于30 s；

（3）最不利点喷头工作压力不低于10 MPa；

（4）在轨行区的屏蔽门开门处设置K＝0.113的微型喷头，q＝1.13 L／min，微型喷头的安装间距不大于0.5 m，其他区域设置K＝0.042的微型喷头，q＝0.42 L／min，微型喷头的安装间距不大于1.0m。

4.2 系统设计结果

单侧轨行区的喷头配置为：96只K＝0.113的微型喷头，76只K＝0.042的微型喷头。开式系统流量按照防护区内同时动作喷头流量之和的1.05倍进行计算，系统设计流量为147.4 L／min，考虑10%冗余量。最不利点喷头最低工作压力为10 MPa，采用Darcy－Weisbach（达西－魏斯巴赫）公式计算，系统设计工作压力H＝12.5 MPa。

4.3 操作与控制

当进站列车发生火灾时，车控室接到火灾信号后，可立即启动轨行区的高压细水雾系统，以利于车厢人员迅速疏散、逃生。

在轨行区阀组箱内设有手动启动按钮，当进站列车发生火灾时，工作人员也可手动开启轨行区的高压细水雾系统。

应急启动：当发现进站列车发生火灾时，控制室和手动启动出现故障时可通过区域控制阀的手柄，打开控制阀启动系统喷放细行水雾。

5 结语

高压细水雾系统以其“高效降温、快速灭火、净化烟气、多次灭火、用水量小、绿色环保”等技术优势，在国内外被广泛应用于轨道交通（车站设备房及车辆）、大型数据中心、电力系统等领域。本文结合某地铁项目的实际需要，采用高压细水雾系统技术，最大程度降低列车火灾对站台公共区的火灾风险，改善维生环境，为人员疏散和消防救援创造条件，从而进一步提高整个地铁车站的综合防灾能力。

［1］［1］倪照鹏，邱培芳.对建筑物性能化防火设计与评估机制的思考［EB／OL］.（2011－07－12）［2013－11－15］.http：／／wenku.baidu.com／link？url＝Agog92－iKvkbfrG－BKPul7－q77AUKL HON10V1iWMn＿u2sqghfHKyyKzHJBbqhQaIdFbWWM7tv tazS9RJnMIWvPLilfnIWto9Ja7w9iFLrGe.

［2］李晓东.高压细水雾自动灭火系统在地铁列车中的应用［J］.城市轨道交通研究，2012（12）：108.