福田综合交通枢纽地铁火灾排烟策略研究

2018-05-10吴晓林

中国人民警察大学学报 2018年4期

吴晓林

(广东工业大学物理学院，广东深圳 518000)

0 引言

随着社会的不断发展，地铁成为城市发展必不可少的交通工具。地铁站作为交通枢纽一般空间大、结构复杂、逃生路径长，一旦发生火灾，容易导致高温浓烟流窜，并在整个空间内迅速蔓延聚集。由于站内烟气流动存在极大的危险性，将严重影响人员疏散及灭火救援行动开展。因此，地铁站的火灾排烟策略研究是极其重要的课题，能否第一时间控制烟气、排除烟气，是处置地铁火灾成败的关键。

地铁站一般都由站厅层和一个或多个站台层构成，站厅层与地面、站厅层与站台层以及站台层之间均有一定厚度的土层分隔，在各层之间形成了一定的高度差。地铁站的站台层与站厅层通常都是狭长型的建筑结构，由于建筑空间比较狭小，因此，站台周围的壁面对火灾烟气的流动会产生较大的影响。同时由于地铁站位于地面以下，其四周都被土层所包裹，空间比较封闭，对于站台层内安装有屏蔽门系统的地铁站，其站台与外界的联系通道就更少。当地铁站内发生火灾时，火灾烟气首先在起火防烟分区内积蓄，当烟气层降到挡烟垂壁以下时，就会沿楼梯向站厅层溢出。流入站厅的火灾烟气在站厅流动一段距离后将从站厅两侧地铁站出入口流向地面。整个烟气流动的过程如图1所示。

图1 无排烟措施时地铁火灾烟气

当前，国内外已经针对地铁火灾烟气的流动与控制开展了大量的研究，并取得了一定的成果。比如，分析了地铁火灾烟气特性，建立了地铁火灾特性模型，得到了地铁火灾排烟方案等。但是在目前的研究工作中，针对地铁火灾的研究工作以数值模拟计算为主，开展的地铁站实地试验非常少而简单，对地铁站实地试验和移动排烟装备的实地试验也很缺乏。本文以福田综合交通枢纽为研究对象，利用实地测试的方法，研究固定设施和移动排烟装备的排烟效果，提出可行的排烟策略，为发生此类火灾时排烟决策提供参考。

1 测试设备与方法

1.1 测试设备

本文采用的固定排烟设施为福田综合交通枢纽的设施，该系统考虑了列车正常运行时的通风与空调功能、火灾时车站和区间的防排烟功能，包括隧道通风系统、公共区通风空调系统(大系统)、设备管理用房通风空调系统(小系统)，车站设有机械通风和空调系统，区间设有通风系统。大系统设备一般集中布置于车站站厅层两端环控机房内，每端由两台组合式空调箱、两台回排风机组成，回排风机兼作排烟风机。正常情况下，大系统为站厅、站台提供冷气和通风换气，在站厅或站台火灾情况下，按预定模式自动转为排烟工况，排除烟气，最大排烟量可达260 000 m3·h-1。隧道通风系统包括车站范围内、屏蔽门外站台下排热和车行道顶部排热系统，简称UPE/OTE系统。区间隧道活塞风与机械通风系统(兼排烟系统)，简称TVF系统。固定排烟系统负责排除车站公共区、设备管理用房区、区间隧道等区域火灾产生的烟气，防止烟气蔓延，以便人员疏散。

本文使用的移动排烟装备为法国GROUPE LEADER S.A.S生产的机动排烟机MT236，排烟量约50 000 m3·h-1。

1.2 具体测试方法

在排烟层空旷地方取两个测试点，开启光源，在无烟状态下读取照度测量仪照度值，记录为照度初始值。开启热烟发烟装置，使站台充满烟雾，当照度测量仪显示数值小于30 Lux停止发烟。开始排烟时，秒表开始计时，读取照度时，应避免其他光源干扰，每60 s读出照度测量仪数值(如果空间较大，排烟时间长，可对应延长记录时间间隔)，当照度仪显示数值恢复为初始值时，停止计时，该时间为排烟所需时间。同时在排烟层取三个测试点，测试点分布在气流的主要方向，利用风速仪测出对流风速，测量时风速仪进风口应与气流方向垂直，且应避开狭小地带及拐弯处。烟气流动也是利用实验风速仪定点采集风速得到。测试过程中要求烟雾要尽可能均匀分布到整个空间，照度测量仪应设置到空旷位置，不宜靠近风口。测试结束后记录各测试点的对流风速、排烟时间、照度等数据。

1.3 测试结果

试验在面积为1 800 m2和12 560 m2的站台与站厅进行，在不同场景下，分别利用固定设施和移动设施进行排烟测试，得出多次试验的平均时间，结果如表1所示。

表1 排烟测试结果

2 地铁火灾排烟策略

2.1 利用固定排烟设施进行排烟

2.1.1 站厅层发生火灾时的排烟策略

站厅层发生火灾时，站厅楼梯口在气流的作用下将会成为气流的出入口，其结果是一部分楼梯口作为烟气向地面蔓延的通道，而另一部分楼梯口作为空气进入站厅的通道。

排烟策略：起火点在站厅层时，站厅风机排烟，站台风机送风，结合起火部位在站厅层的位置视情放下防火卷帘和挡烟垂壁，将烟气限制在一定的区域，阻止烟气向站台层及其他防烟分区流窜。如烟气较大，可以利用移动排烟装备在疏散及进攻楼梯口进行送风，另一侧出口可以设置排烟机进行排烟。排烟策略如图2所示。根据测试数据，在充实烟气的情况下，大约3 min可以将烟气排空。

图2 站厅层发生火灾时的排烟策略示意图

2.1.2 站台层发生火灾时的排烟策略

站台与站厅的连接处是地铁站内的一个重要区域，这里既是疏散通道，同时也是火灾烟气向上蔓延的通道。由于地铁站比较封闭缺少向外排烟的出口，因此在热浮力的驱动下有毒烟气将占用楼梯、扶梯等通向上层的通道，严重威胁到起火站台层人员的安全疏散。

排烟策略：站台层开启机械排烟，同时站厅层进行机械送风，在站台与站厅连接处形成向下的空气流动，将火灾烟气控制在起火站台层内。视情况在站台与站厅连接的通道处设置移动排烟机进行送风。排烟策略如图3所示。根据测试数据，在充实烟气的情况下，大约2 min可以将烟气排完。

图3 站台层发生火灾时的排烟策略示意图

2.1.3 列车在隧道区间内发生火灾时的排烟策略

当列车在隧道区间发生火灾时，由于隧道内空间狭小，新鲜空气补给慢，烟气蔓延速度快，如不及时排烟，将无法开展救援工作。根据列车运行中发生火灾时着火部位的不同，以及列车滞留在隧道内的位置，分以下三种情况：火灾发生在列车头部、火灾发生在列车尾部、火灾发生在列车中部。

2.1.3.1 当火灾发生在列车头部时，乘客从列车尾部进行疏散，隧道内排烟系统启动，疏散方向站台2进行机械送风，另一侧站台1风机进行机械排烟。排烟策略如图4所示。

图4 火灾发生在列车头部时的排烟策略示意图

2.1.3.2 当火灾发生在列车尾部时，乘客从列车头部进行疏散，疏散方向站台1进行机械送风，另一侧站台2风机进行机械排烟。排烟策略如图5所示。

图5 火灾发生在列车尾部时的排烟策略示意图

2.1.3.3 当火灾发生在列车中部时，这是一种最不利情况，应首先疏散靠近站台方向乘客。如果这时列车位置靠近站台2，则先组织乘客向站台2疏散，站台2进行机械送风，另一侧站台1风机进行机械排烟，然后再让TVF风机逆转，组织其余乘客向站台1疏散。排烟策略如图6所示。

当列车在隧道区间内发生火灾时，沿疏散方向风机开启送风模式，另一方向风机开启排烟模式。根据测试数据，在充实烟气的情况下，大约1.5 min可以将烟气排完。

图6 火灾发生在列车中部时的排烟策略示意图

2.2 利用移动排烟装备进行排烟

2.2.1 站厅层发生火灾时的排烟策略

根据着火位置，结合防烟、防火分区及疏散、救援路线，合理放下防火卷帘，将烟气控制在一定区域，并通过移动排烟机串联排烟，进攻入口、疏散出口利用排烟车进行送风，排烟出口利用排烟车进行排烟。排烟策略如图7所示。根据测试数据，在充实烟气的情况下，大约8 min可以将烟气排完。

图7 站厅层发生火灾时的排烟策略示意图

2.2.2 站台层发生火灾时的排烟策略

2.2.2.1 排烟策略1：通过站厅层出口将烟气排出。在站台层与站厅层连接处楼梯口设置排烟机进行排烟，隧道内设置排烟机向站台送风，将烟气引导至站厅层，然后按照站厅层排烟策略进行排烟。排烟策略如图8所示。根据测试数据，在充实烟气的情况下，大约7 min可以将烟气排完。

图8 站台层发生火灾时的排烟策略1示意图

2.2.2.2 排烟策略2：通过隧道区间风道将烟气排出。当站台层发生火灾时，也可以通过隧道区间风道将烟气排出。在站台层与站厅层连接处楼梯口设置排烟机向站台层送风，站台及隧道内风道设置排烟机进行排烟，将烟气引导至风亭，风亭路面烟气出口处设置排烟车，将烟气从风亭排出。排烟策略如图9所示。根据测试数据，在充实烟气的情况下，大约5 min可以将烟气排完。该策略充分利用了站台及隧道的密闭性，排烟效率优于策略1。