某濱海城市地鐵試運營前地下站臺熱煙測試評價

李慶利++梅楠++馬培++高楊++王紅巖++趙蘭勇++李旺旺

摘 要：基于某濱海城市地鐵車站典型站臺的熱煙測試試驗，對投入試運營前相關防災設施在模擬火災情況下的運轉及聯動情況、站臺內煙氣蔓延和流動狀況等進行了分析評價。結果表明，該車站相關防災設施在火災事故時滿足相關指標要求，通風排煙系統可以達到排煙目的。同時，樓扶梯開口下行風速平穩有效，能夠避免煙氣對疏散出入口及站廳等的侵襲，可保證人員迎風安全疏散。通過熱煙測試，還可以及時發現相關防災設施存在的隱患，在一定程度上能夠降低火災事故發生時的人員傷亡。因此，熱煙測試可以作為地鐵內部結構防災措施有效性的驗證和評估方法之一。

關鍵詞：熱煙測試 模擬火災 煙源 煙氣蔓延 通風排煙

中圖分類號：U23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0101-04

與公共汽車、出租車和客運輪渡等交通方式相比，地鐵具有快速高效、綠色環保、運量大、準時等獨特優點，不僅成為現代城市建設的重要交通配置，而且也逐漸成為城市出行的主要交通方式。然而，地鐵規模龐大、系統復雜、人員密集、空間較封閉的局限性易引發事故[1]。回顧世界地鐵發展史和事故教訓，火災事故往往造成的損失最大，其中煙氣導致人員死亡的數量最多[2]。因此，一旦發生火災事故，如何控制煙氣蔓延并盡快將煙氣排出，是保證人員安全逃生的關鍵。通風排煙系統理論上能夠對煙氣進行控制并幫助人員安全逃生，故其性能是否合格是地鐵建筑投入試運營前安全驗收的一項重要內容。

熱煙測試[3-4]是利用受控的火源和煙源，在實際建筑中模擬真實的火災場景而進行的煙氣測試。該測試以火災科學為理論基礎，通過加熱無毒人造煙氣，使熱煙在浮力作用下向上蔓延。基于熱煙測試原理，通過觀察及測試煙氣在建筑物內的蔓延情況，可以評價通風排煙系統的排煙性能、相關防災設施（火災探測報警系統、事故照明、疏散通道和疏散指示等）的實際運作效能以及整個系統的綜合性能等。

1 某濱海城市地鐵線路情況

某濱海城市地鐵線路全長約28 km，共設置22座車站（全為地下車站），分兩期工程建設。此次熱煙測試主要針對第二期工程，該工程線路里程約11 km，設置7座車站，除1座車站為雙島四線結構外，其余車站均為島式結構（地下一層為站廳層，地下二層為站臺層）。車站主體耐火等級為一級，按相關規定設置了各類防災安全措施。綜合考慮上述7座車站的防災設置情況（詳見表1），并經管理和施工單位認可，選擇A站站臺開展熱煙測試試驗。A站站臺層由設備管理用房區、乘車區及軌道區三部分組成，站臺寬度10 m，站臺兩端布置有降壓變電所、車站控制室、照明配電室等設備管理用房及衛生間等。中部為乘車區，并設有通往站廳層的樓梯、自動扶梯和垂直電梯等設施，具體情況詳見圖1。

2 熱煙測試方法和測試裝置

熱煙測試的火源采用濃度為95%的乙醇池火。火源由4個燃燒油盤構成，單個油盤內部尺寸均為841 mm（長）×595 mm（寬）×130 mm（深），4個油盤燃燒可產生1.5 MW的穩定火源功率。油盤旁邊設置煙氣發生箱，內置煙餅陰燃產生示蹤白煙，通過導煙圓管注入火羽流加以混合卷吸，產生白色煙羽流，如圖2所示。

為避免火源對其正上方頂部設施灼燒破壞，特設置鋼質保護罩，保護罩四周開放、頂棚鋼板封閉，罩內形成2.5 m（長）×2 m（寬）×2 m（高）的燃燒空間。為評價站臺層在火災發生時，煙氣能否通過站內排煙系統有效排出，需著重觀測站臺層的煙氣蔓延特性和樓扶梯開口處下行風速等指標。因此，在站臺層設置4個熱電偶樹（與火源的距離詳見圖1），每個熱電偶樹設置5個熱電偶，每個熱電偶的間距由上至下呈由密到疏的特點，最低點高度為1.5 m（人眼高度），由上到下依次編號為1～5號。同時，在樓扶梯位置設置風速測量裝置，并采用紅外熱成像儀觀測采集火源及其附近的壁表溫度變化情況，隨時監控測試過程中是否會對測試現場造成破壞。

3 熱煙測試結果分析

3.1 系統聯動情況

測試開始后，18 s時刻煙感探頭報警，23 s時刻站臺火災工況聯動模式啟動，空調系統關閉，站臺公共區大系統排煙風機、隧道風機系統正常開啟，站廳閘機全開，照明轉入應急照明模式。火災緊急工況廣播和警鈴隨后開啟，廣播聲音清晰明確。

3.2 煙氣蔓延情況

測試過程中，煙氣被火源加熱，迅速隨熱羽流上升并沖擊站臺頂部，然后轉入水平蔓延狀態。測試初期煙氣層主要集中在站臺空間的上部，人體特征高度（1.5 m）沒有受到煙氣侵擾；測試中期火源高度升高，煙氣層在上部空間進一步蔓延，人體特征高度同樣沒有受到煙氣侵擾，如圖3（a）所示；測試后期火源功率減小、煙氣減少；測試全過程煙氣始終控制在1.5 m安全高度以上，如圖3（b）所示。到測試結束，受樓扶梯下行風向和擋煙垂壁的作用，煙氣沒有進入樓扶梯，也沒有通過樓扶梯口蔓延至站廳層，煙氣的蔓延范圍得到了有效的控制。

3.3 溫度

火源附近熱電偶樹T1的溫度變化情況如圖4所示。可以發現，離地面較低位置處的1.9 m和1.5 m處熱電偶溫度最高，峰值溫度約為200 ℃左右。其他高度位置溫度差異較小，最高溫度維持在40 ℃～50 ℃范圍內，這主要由于1.9 m和1.5 m處距離火源較近，受火源輻射影響較大。通過紅外熱成像儀獲得的熱成像（圖5）反映的溫度情況與熱電偶樹測量結果完全吻合。

另外，對圖1中的熱電偶樹T2～T4也進行了監測，結果表明T2～T4各監測位置處的溫度都較低。除火源附近的T1外，站臺疏散路徑1.5 m高度及以上煙氣層溫度均不超過16 ℃，均滿足相關判定指標要求。綜上所述，火災時站臺層的熱煙氣對人員危害較小。

3.4 樓扶梯開口下行風速

站臺模擬火災情況下，當通風排煙系統啟動后，樓扶梯開口處的向下風速會有顯著的升高，然后趨于平穩。采用AVM-05電子風速儀對樓扶梯開口處下行風速進行了測量記錄，結果詳見圖6。可以發現，當測試火源位于站臺中間區域時，站臺兩端樓扶梯開口的平均風速均較大，分別達到2.6 m/s和2.8 m/s，站臺中部的樓扶梯口處平均風速相對較低，約2.2 m/s，均滿足相關安全評價規范[5]中的熱煙測試性能判定指標（≥1.5 m/s），且可以有效阻止煙氣向站廳層擴散。然而，在熱煙測試過程中設備間存在輕微漏煙現象，建議對設備間的封堵進行全面排查。

4 結論

熱煙測試開始以后，18 s時刻煙感探頭報警，23 s時刻站臺火災工況聯動模式啟動，空調系統關閉，站臺公共區大系統排煙風機、隧道風機系統正常開，站廳閘機全開，照明轉入應急照明模式。車站站臺火災時，相關防災設施能夠滿足判定指標要求。因此，可以得到如下結論。

（1）站臺火災情況下，地鐵火災探測報警、通風排煙系統、應急照明的模式切換及其他系統聯動時間均在1 min內，滿足相關標準要求。

（2）在可用安全疏散時間（6 min）內，除火源附近外，站臺疏散路徑1.5 m高度及以上煙氣層溫度均不超過16 ℃，整個測試過程中煙氣高度始終在1.5 m以上，滿足相關標準要求。樓扶梯開口下行風速為2.2～2.8m/s，可保證煙氣不向站廳層蔓延，站臺層的熱煙氣對人員危害較小。

（3）熱煙測試過程中，通過對火源附近可能造成灼燒或熱輻射危害的區域采取必要的防護，可以避免對建筑造成損壞。同時，采用低殘留物、近中性pH值的煙源不會對環境造成污染。

（4）熱煙測試過程中設備間存在輕微漏煙現象，說明設備間的封堵存在一定問題，建議對設備間的封堵進行全面排查，從而達到防患于未然的目的。

參考文獻

[1] 史聰靈，鐘茂華，涂旭煒，等.深埋地鐵車站火災實驗與數值分析[M].北京：科學出版社，2009.

[2] Jukka Hietaniemi，Rajia Kallonen，Esko Mikkola.Burning characteristics of selected substances： production of heat， smoke and chemical species[J].Fire and Materials，1999，23（4）：171-185.

[3] 鐘委.地鐵站火災煙氣流動特性及控制方法研究[D].合肥：中國科學技術大學，2007.

[4] 史聰靈，鐘茂華，胥旋，等.某地鐵車站站臺現場火災煙氣實驗[A].沈陽：國際安全科學與技術學術研討會論文集[C].2012.

[5] AQ 8007-2013，城市軌道交通試運營前安全評價規范[S].