高壓細水霧系統在地鐵軌行區防災中的應用研究

毛澤晨

（無錫地鐵集團有限公司，214000，無錫∥助理工程師）

地鐵是典型的地下公共建筑空間，是各種災害易發、控制極其困難、災害損失重大的公共場所，其中火災成為比例最高的災害。地鐵火災具有火災蔓延快、濃煙積聚不散、煙氣毒性大、溫度上升快、消防救援和疏散困難等特點，而且地鐵火災中的人員傷亡，不是被火燒傷或燒死，而是因煙氣濃重而窒息或中毒，特別是群死群傷的火災事故，火災煙氣更是罪魁禍首。

地鐵列車是地鐵系統中的重要火災危險場所，由于列車電網、電器系統故障產生電弧或火花、整流器觸頭在油中短路、動力電力短路等原因，導致列車起火。列車一旦發生火災，首先須盡一切可能將火災列車行駛至車站，以利于乘客疏散。與此同時，列車火災產生的煙氣、高溫會危及列車上疏散的乘客以及站臺公共區候車乘客的生命安全。

本文結合某地鐵項目實際應用需要，開展了軌行區高壓細水霧應用實體火災試驗，通過定性定量分析，驗證了軌行區高壓細水霧消煙、釋毒和降溫的有效性，為實際應用提供了理論基礎。最后給出了高壓細水霧系統設計方案，供同行借鑒和參考。

1 實體火災試驗

1.1 試驗目的

通過實體火災試驗，驗證地鐵車站軌行區高壓細水霧消煙、釋毒和降溫的有效性，為地鐵車站軌行區高壓細水霧系統的優化設計提供依據。

1.2 試驗條件

1.2.1 試驗空間及布置

根據某地鐵工程車站屏蔽門限界圖，高壓細水霧噴嘴設置在屏蔽門內側（即軌行區內，如圖1所示），采用微型噴嘴的布置方式。

試驗空間的長（站臺長度）×寬×高約為140.0 m×8.8 m×3.8 m，包括軌道區和單側站臺。軌道區內放置一節普通A型列車車廂。列車單節廂長22 m，寬3.0m，高2.6 m。列車車廂底部距離軌道約為1.0m，模擬地鐵列車在站內停車。地鐵站臺、軌道行車區在試驗隧道中的位置見圖2。

試驗軌行區的屏蔽門長度為25 m，不少于3個標準門的長度。

圖1 軌行區屏蔽門外側微型噴嘴布置示意圖

圖2 地鐵站臺、軌道行車區在試驗隧道中的位置

1.2.2 火災模型

軌行區設置高壓細水霧是對列車火災煙氣實現降溫釋毒和消煙作用，為人員逃生創造安全、可靠的環境。本次試驗采用下列火災模型：起火點位于車廂內地板中間位置，距離車門3 m；火源類型為松木、泡沫塑料和海綿組成堆垛火；設計火源功率約為1 MW。火源采用93#汽油引燃。引燃油盤尺寸為500 mm×500 mm×20 mm，引燃油量為100 ml。

1.2.3 試驗要求

（1）屏蔽門打開，高壓細水霧噴放后，站臺側6 min內2 m以下空間內的煙氣溫度不超過60℃，2 m以上空間平均煙氣溫度不大于200℃。

（2）屏蔽門打開，高壓細水霧噴放后，站臺側煙氣6 min內CO的質量分數平均值比車廂內CO的質量分數最大值降低75%以上，絕對的質量分數不大于2 000×10－6；CO2的質量分數不超過3%，氧氣的質量分數不低于15%。

（3）屏蔽門打開，高壓細水霧噴放后，站臺側試驗小白鼠的存活率100%。

2 試驗方法

2.1 高壓細水霧系統設備布置

采用某知名品牌高壓細水霧滅火裝置，泵組最大輸出壓力為14.0MPa，最大輸出流量為224 L／min。采用微型噴嘴沿屏蔽門外側布置在行車隧道的屏蔽門頂部（見圖3、圖4），噴嘴距離屏蔽門外表面約300 mm。其中活動門處的噴嘴流量系數K＝0.113（型號：1918），噴嘴間距為0.5 m，固定門處的噴嘴流量系數K＝0.042（型號：1910），噴嘴間距為1.0m，噴嘴工作壓力為10 MPa。噴嘴距離站臺地面高度約3.0m。噴嘴的軸心線與鉛垂線的夾角可調（5°～15°），噴射方向指向屏蔽門。

圖3 地鐵站臺軌道行車區細水霧保護試驗橫截面布置示意圖

圖4 地鐵站臺軌道行車區細水霧保護試驗布置俯視示意圖

2.2 測量設備布置

（1）在列車車廂內與站臺上部共設置K型熱電偶15只（見圖5），實時測量細水霧噴放前后車廂內煙氣溫度和站臺上部的溫度，分析細水霧對火災煙氣的降溫作用。

（2）在列車車廂內和相鄰站臺內各設置1個M900煙氣分析儀，實時測量煙氣組分濃度、分析細水霧對火災煙氣毒性的消減作用。煙氣采樣器距地高1.6 m，距離屏蔽門內外0.3 m。

（3）在車箱內部設置試驗白鼠箱2個，分別位于火源區和遠離火源區，檢測車廂內煙氣毒性。在站臺側距屏蔽門0.3 m處各設置試驗白鼠箱1個，檢測煙氣通過細水霧后的毒性。試驗白鼠箱距地高度為1.8 m。

（4）在細水霧管路末端安裝Y150壓力表（25 MPa、2.5 MPa，1.5級），測量最不利點噴頭工作壓力。

圖5 數據采集界面中的熱電偶布置圖

2.3 試驗工況

（1）試驗準備，開啟數據采集系統，使其處于正常工作狀態，錄像機開始攝錄。

（2）在固定可燃物底部放置引燃油盤，點燃油盤，觀察并記錄開始冒煙、起火時間。

（3）點火1 min后啟動高壓細水霧系統（手動打開區域控制閥），同時啟動隧道排煙風機（車站排煙風機關閉）。

（4）點火3 min后打開屏蔽門（屏蔽門初始為關閉狀態），觀察并記錄煙氣蔓延，記錄的火場溫度－時間曲線、煙氣濃度－時間曲線。

（5）觀察并記錄在試驗過程中試驗白鼠的活動情況，試驗結束后對試驗白鼠的生理健康狀態進行統計。

（6）點火9 min后，采用高壓細水霧滅火槍對火源實施人工滅火。

（7）啟動車站排煙風機清潔試驗場地。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

（1）起火車廂內近火源2只白鼠全部死亡，判斷為煙氣毒死，非起火相鄰車廂內2只白鼠及站臺側2只白鼠正常。

（2）煙氣組分的質量分數曲線詳見圖6～圖8。

圖6 起火車廂內O2、CO和CO2的質量分數變化曲線

圖7 緊鄰起火車廂站臺側O2、CO和CO2的質量分數變化曲線（距地面高度1.5 m）

圖8 緊鄰起火車廂站臺側O2、CO和CO2的質量分數變化曲線（距地面高度2.0m）

（3）火場溫度曲線詳見圖9～圖11。

圖9 起火車廂和鄰近車廂內溫度變化曲線

3.2 試驗分析

（1）首先從圖7、圖8可以看出，站臺側1.5 m和2.0m高處的氧濃度在整個過程中始終保持較高的水平，有毒氣體CO的去除率均達到了90%。從圖7可以看出，火災中高壓細水霧噴放時車廂內的O2的質量分數還有一定回升，降低火勢的同時也降低了CO和CO2的質量分數。

（2）其次通過對比起火車廂和非起火車廂屏蔽門內外側的溫度（圖10、圖11）可以看出站臺側最高溫度不超過60℃，相比車廂內200℃以上的溫度降溫作用明顯。

圖10 非起火車廂屏蔽門內外側溫度變化曲線

圖11 起火車廂屏蔽門內外側溫度變化曲線

（3）最后試驗通過在屏蔽門內外側放置了小白鼠，定性地驗證了高壓細水霧滴對煙氣的洗刷作用。

綜上所述，當列車車廂起火后到達站臺進行人員疏散時，高壓細水霧系統可以有效組織列車內煙霧向站臺擴散。同時，細水霧滴在車廂內還有明顯的卷吸作用，對提高車廂內的含氧量、減低有毒煙霧濃度也有積極作用。軌行區高壓細水霧的設置對站臺一側的生命安全起到很好的防護，對列車內乘客的逃生起到積極的作用。

4 系統設計實例

某地鐵項目的軌行區，分上行和下行2側，單側長度為115 m。

4.1 系統主要設計參數

（1）系統持續噴霧時間30 min；

（2）開式系統的響應時間不大于30 s；

（3）最不利點噴頭工作壓力不低于10 MPa；

（4）在軌行區的屏蔽門開門處設置K＝0.113的微型噴頭，q＝1.13 L／min，微型噴頭的安裝間距不大于0.5 m，其他區域設置K＝0.042的微型噴頭，q＝0.42 L／min，微型噴頭的安裝間距不大于1.0m。

4.2 系統設計結果

單側軌行區的噴頭配置為：96只K＝0.113的微型噴頭，76只K＝0.042的微型噴頭。開式系統流量按照防護區內同時動作噴頭流量之和的1.05倍進行計算，系統設計流量為147.4 L／min，考慮10%冗余量。最不利點噴頭最低工作壓力為10 MPa，采用Darcy－Weisbach（達西－魏斯巴赫）公式計算，系統設計工作壓力H＝12.5 MPa。

4.3 操作與控制

當進站列車發生火災時，車控室接到火災信號后，可立即啟動軌行區的高壓細水霧系統，以利于車廂人員迅速疏散、逃生。

在軌行區閥組箱內設有手動啟動按鈕，當進站列車發生火災時，工作人員也可手動開啟軌行區的高壓細水霧系統。

應急啟動：當發現進站列車發生火災時，控制室和手動啟動出現故障時可通過區域控制閥的手柄，打開控制閥啟動系統噴放細行水霧。

5 結語

高壓細水霧系統以其“高效降溫、快速滅火、凈化煙氣、多次滅火、用水量小、綠色環保”等技術優勢，在國內外被廣泛應用于軌道交通（車站設備房及車輛）、大型數據中心、電力系統等領域。本文結合某地鐵項目的實際需要，采用高壓細水霧系統技術，最大程度降低列車火災對站臺公共區的火災風險，改善維生環境，為人員疏散和消防救援創造條件，從而進一步提高整個地鐵車站的綜合防災能力。

［1］［1］倪照鵬，邱培芳.對建筑物性能化防火設計與評估機制的思考［EB／OL］.（2011－07－12）［2013－11－15］.http：／／wenku.baidu.com／link？url＝Agog92－iKvkbfrG－BKPul7－q77AUKL HON10V1iWMn＿u2sqghfHKyyKzHJBbqhQaIdFbWWM7tv tazS9RJnMIWvPLilfnIWto9Ja7w9iFLrGe.

［2］李曉東.高壓細水霧自動滅火系統在地鐵列車中的應用［J］.城市軌道交通研究，2012（12）：108.