福田綜合交通樞紐地鐵火災(zāi)排煙策略研究

吳曉林

(廣東工業(yè)大學(xué) 物理學(xué)院，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，地鐵成為城市發(fā)展必不可少的交通工具。地鐵站作為交通樞紐一般空間大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、逃生路徑長，一旦發(fā)生火災(zāi)，容易導(dǎo)致高溫濃煙流竄，并在整個空間內(nèi)迅速蔓延聚集。由于站內(nèi)煙氣流動存在極大的危險性，將嚴(yán)重影響人員疏散及滅火救援行動開展。因此，地鐵站的火災(zāi)排煙策略研究是極其重要的課題，能否第一時間控制煙氣、排除煙氣，是處置地鐵火災(zāi)成敗的關(guān)鍵。

地鐵站一般都由站廳層和一個或多個站臺層構(gòu)成，站廳層與地面、站廳層與站臺層以及站臺層之間均有一定厚度的土層分隔，在各層之間形成了一定的高度差。地鐵站的站臺層與站廳層通常都是狹長型的建筑結(jié)構(gòu)，由于建筑空間比較狹小，因此，站臺周圍的壁面對火災(zāi)煙氣的流動會產(chǎn)生較大的影響。同時由于地鐵站位于地面以下，其四周都被土層所包裹，空間比較封閉，對于站臺層內(nèi)安裝有屏蔽門系統(tǒng)的地鐵站，其站臺與外界的聯(lián)系通道就更少。當(dāng)?shù)罔F站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)煙氣首先在起火防煙分區(qū)內(nèi)積蓄，當(dāng)煙氣層降到擋煙垂壁以下時，就會沿樓梯向站廳層溢出。流入站廳的火災(zāi)煙氣在站廳流動一段距離后將從站廳兩側(cè)地鐵站出入口流向地面。整個煙氣流動的過程如圖1所示。

圖1 無排煙措施時地鐵火災(zāi)煙氣

當(dāng)前，國內(nèi)外已經(jīng)針對地鐵火災(zāi)煙氣的流動與控制開展了大量的研究，并取得了一定的成果。比如，分析了地鐵火災(zāi)煙氣特性，建立了地鐵火災(zāi)特性模型，得到了地鐵火災(zāi)排煙方案等。但是在目前的研究工作中，針對地鐵火災(zāi)的研究工作以數(shù)值模擬計(jì)算為主，開展的地鐵站實(shí)地試驗(yàn)非常少而簡單，對地鐵站實(shí)地試驗(yàn)和移動排煙裝備的實(shí)地試驗(yàn)也很缺乏。本文以福田綜合交通樞紐為研究對象，利用實(shí)地測試的方法，研究固定設(shè)施和移動排煙裝備的排煙效果，提出可行的排煙策略，為發(fā)生此類火災(zāi)時排煙決策提供參考。

1 測試設(shè)備與方法

1.1 測試設(shè)備

本文采用的固定排煙設(shè)施為福田綜合交通樞紐的設(shè)施，該系統(tǒng)考慮了列車正常運(yùn)行時的通風(fēng)與空調(diào)功能、火災(zāi)時車站和區(qū)間的防排煙功能，包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)、公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(大系統(tǒng))、設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(小系統(tǒng))，車站設(shè)有機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，區(qū)間設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)。大系統(tǒng)設(shè)備一般集中布置于車站站廳層兩端環(huán)控機(jī)房內(nèi)，每端由兩臺組合式空調(diào)箱、兩臺回排風(fēng)機(jī)組成，回排風(fēng)機(jī)兼作排煙風(fēng)機(jī)。正常情況下，大系統(tǒng)為站廳、站臺提供冷氣和通風(fēng)換氣，在站廳或站臺火災(zāi)情況下，按預(yù)定模式自動轉(zhuǎn)為排煙工況，排除煙氣，最大排煙量可達(dá)260 000 m3·h-1。隧道通風(fēng)系統(tǒng)包括車站范圍內(nèi)、屏蔽門外站臺下排熱和車行道頂部排熱系統(tǒng)，簡稱UPE/OTE系統(tǒng)。區(qū)間隧道活塞風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)(兼排煙系統(tǒng))，簡稱TVF系統(tǒng)。固定排煙系統(tǒng)負(fù)責(zé)排除車站公共區(qū)、設(shè)備管理用房區(qū)、區(qū)間隧道等區(qū)域火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣，防止煙氣蔓延，以便人員疏散。

本文使用的移動排煙裝備為法國GROUPE LEADER S.A.S生產(chǎn)的機(jī)動排煙機(jī)MT236，排煙量約50 000 m3·h-1。

1.2 具體測試方法

在排煙層空曠地方取兩個測試點(diǎn)，開啟光源，在無煙狀態(tài)下讀取照度測量儀照度值，記錄為照度初始值。開啟熱煙發(fā)煙裝置，使站臺充滿煙霧，當(dāng)照度測量儀顯示數(shù)值小于30 Lux停止發(fā)煙。開始排煙時，秒表開始計(jì)時，讀取照度時，應(yīng)避免其他光源干擾，每60 s讀出照度測量儀數(shù)值(如果空間較大，排煙時間長，可對應(yīng)延長記錄時間間隔)，當(dāng)照度儀顯示數(shù)值恢復(fù)為初始值時，停止計(jì)時，該時間為排煙所需時間。同時在排煙層取三個測試點(diǎn)，測試點(diǎn)分布在氣流的主要方向，利用風(fēng)速儀測出對流風(fēng)速，測量時風(fēng)速儀進(jìn)風(fēng)口應(yīng)與氣流方向垂直，且應(yīng)避開狹小地帶及拐彎處。煙氣流動也是利用實(shí)驗(yàn)風(fēng)速儀定點(diǎn)采集風(fēng)速得到。測試過程中要求煙霧要盡可能均勻分布到整個空間，照度測量儀應(yīng)設(shè)置到空曠位置，不宜靠近風(fēng)口。測試結(jié)束后記錄各測試點(diǎn)的對流風(fēng)速、排煙時間、照度等數(shù)據(jù)。

1.3 測試結(jié)果

試驗(yàn)在面積為1 800 m2和12 560 m2的站臺與站廳進(jìn)行，在不同場景下，分別利用固定設(shè)施和移動設(shè)施進(jìn)行排煙測試，得出多次試驗(yàn)的平均時間，結(jié)果如表1所示。

表1 排煙測試結(jié)果

2 地鐵火災(zāi)排煙策略

2.1 利用固定排煙設(shè)施進(jìn)行排煙

2.1.1 站廳層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略

站廳層發(fā)生火災(zāi)時，站廳樓梯口在氣流的作用下將會成為氣流的出入口，其結(jié)果是一部分樓梯口作為煙氣向地面蔓延的通道，而另一部分樓梯口作為空氣進(jìn)入站廳的通道。

排煙策略：起火點(diǎn)在站廳層時，站廳風(fēng)機(jī)排煙，站臺風(fēng)機(jī)送風(fēng)，結(jié)合起火部位在站廳層的位置視情放下防火卷簾和擋煙垂壁，將煙氣限制在一定的區(qū)域，阻止煙氣向站臺層及其他防煙分區(qū)流竄。如煙氣較大，可以利用移動排煙裝備在疏散及進(jìn)攻樓梯口進(jìn)行送風(fēng)，另一側(cè)出口可以設(shè)置排煙機(jī)進(jìn)行排煙。排煙策略如圖2所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約3 min可以將煙氣排空。

圖2 站廳層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略示意圖

2.1.2 站臺層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略

站臺與站廳的連接處是地鐵站內(nèi)的一個重要區(qū)域，這里既是疏散通道，同時也是火災(zāi)煙氣向上蔓延的通道。由于地鐵站比較封閉缺少向外排煙的出口，因此在熱浮力的驅(qū)動下有毒煙氣將占用樓梯、扶梯等通向上層的通道，嚴(yán)重威脅到起火站臺層人員的安全疏散。

排煙策略：站臺層開啟機(jī)械排煙，同時站廳層進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，在站臺與站廳連接處形成向下的空氣流動，將火災(zāi)煙氣控制在起火站臺層內(nèi)。視情況在站臺與站廳連接的通道處設(shè)置移動排煙機(jī)進(jìn)行送風(fēng)。排煙策略如圖3所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約2 min可以將煙氣排完。

圖3 站臺層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略示意圖

2.1.3 列車在隧道區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略

當(dāng)列車在隧道區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時，由于隧道內(nèi)空間狹小，新鮮空氣補(bǔ)給慢，煙氣蔓延速度快，如不及時排煙，將無法開展救援工作。根據(jù)列車運(yùn)行中發(fā)生火災(zāi)時著火部位的不同，以及列車滯留在隧道內(nèi)的位置，分以下三種情況：火災(zāi)發(fā)生在列車頭部、火災(zāi)發(fā)生在列車尾部、火災(zāi)發(fā)生在列車中部。

2.1.3.1 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在列車頭部時，乘客從列車尾部進(jìn)行疏散，隧道內(nèi)排煙系統(tǒng)啟動，疏散方向站臺2進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，另一側(cè)站臺1風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙。排煙策略如圖4所示。

圖4 火災(zāi)發(fā)生在列車頭部時的排煙策略示意圖

2.1.3.2 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在列車尾部時，乘客從列車頭部進(jìn)行疏散，疏散方向站臺1進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，另一側(cè)站臺2風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙。排煙策略如圖5所示。

圖5 火災(zāi)發(fā)生在列車尾部時的排煙策略示意圖

2.1.3.3 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在列車中部時，這是一種最不利情況，應(yīng)首先疏散靠近站臺方向乘客。如果這時列車位置靠近站臺2，則先組織乘客向站臺2疏散，站臺2進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，另一側(cè)站臺1風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙，然后再讓TVF風(fēng)機(jī)逆轉(zhuǎn)，組織其余乘客向站臺1疏散。排煙策略如圖6所示。

當(dāng)列車在隧道區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，沿疏散方向風(fēng)機(jī)開啟送風(fēng)模式，另一方向風(fēng)機(jī)開啟排煙模式。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約1.5 min可以將煙氣排完。

圖6 火災(zāi)發(fā)生在列車中部時的排煙策略示意圖

2.2 利用移動排煙裝備進(jìn)行排煙

2.2.1 站廳層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略

根據(jù)著火位置，結(jié)合防煙、防火分區(qū)及疏散、救援路線，合理放下防火卷簾，將煙氣控制在一定區(qū)域，并通過移動排煙機(jī)串聯(lián)排煙，進(jìn)攻入口、疏散出口利用排煙車進(jìn)行送風(fēng)，排煙出口利用排煙車進(jìn)行排煙。排煙策略如圖7所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約8 min可以將煙氣排完。

圖7 站廳層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略示意圖

2.2.2 站臺層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略

2.2.2.1 排煙策略1：通過站廳層出口將煙氣排出。在站臺層與站廳層連接處樓梯口設(shè)置排煙機(jī)進(jìn)行排煙，隧道內(nèi)設(shè)置排煙機(jī)向站臺送風(fēng)，將煙氣引導(dǎo)至站廳層，然后按照站廳層排煙策略進(jìn)行排煙。排煙策略如圖8所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約7 min可以將煙氣排完。

圖8 站臺層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略1示意圖

2.2.2.2 排煙策略2：通過隧道區(qū)間風(fēng)道將煙氣排出。當(dāng)站臺層發(fā)生火災(zāi)時，也可以通過隧道區(qū)間風(fēng)道將煙氣排出。在站臺層與站廳層連接處樓梯口設(shè)置排煙機(jī)向站臺層送風(fēng)，站臺及隧道內(nèi)風(fēng)道設(shè)置排煙機(jī)進(jìn)行排煙，將煙氣引導(dǎo)至風(fēng)亭，風(fēng)亭路面煙氣出口處設(shè)置排煙車，將煙氣從風(fēng)亭排出。排煙策略如圖9所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約5 min可以將煙氣排完。該策略充分利用了站臺及隧道的密閉性，排煙效率優(yōu)于策略1。

圖9 站臺層發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略2示意圖

2.2.3 列車在隧道區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略

在疏散方向站臺設(shè)置排煙車向隧道送風(fēng)，隧道內(nèi)沿疏散反方向設(shè)置排煙車進(jìn)行排煙，利用移動排煙機(jī)將煙氣引導(dǎo)至風(fēng)亭，排煙車將煙氣從風(fēng)亭排出(以列車頭部著火情況為例，其余情況參考固定排煙設(shè)施排煙策略)。排煙策略如圖10所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在充實(shí)煙氣的情況下，大約3 min可以將煙氣排完。

圖10 隧道區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時的排煙策略示意圖

3 結(jié)論

3.1 起火點(diǎn)在站廳層時，站廳風(fēng)機(jī)排煙，站臺風(fēng)機(jī)送風(fēng)，視情放下防火卷簾和擋煙垂壁，可進(jìn)行有效排煙。當(dāng)固定設(shè)施破壞時，可以在進(jìn)攻入口、疏散出口

利用排煙車進(jìn)行送風(fēng)，排煙出口利用排煙車進(jìn)行排煙。

3.2 站臺層內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，站臺層風(fēng)機(jī)排煙，站廳層風(fēng)機(jī)送風(fēng)，可進(jìn)行有效排煙。固定設(shè)施失效時，可在站臺層與站廳層連接處樓梯口設(shè)置排煙機(jī)向站臺層送風(fēng)，站臺及隧道內(nèi)風(fēng)道設(shè)置排煙機(jī)進(jìn)行排煙，將煙氣引導(dǎo)至風(fēng)亭，風(fēng)亭路面煙氣出口處設(shè)置排煙車，將煙氣從風(fēng)亭排出。

3.3 當(dāng)列車在隧道區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，沿疏散方向風(fēng)機(jī)送風(fēng)，另一方向風(fēng)機(jī)排煙，可進(jìn)行有效排煙。固定設(shè)施失效時，在疏散方向站臺設(shè)置排煙車向隧道送風(fēng)，隧道內(nèi)沿疏散反方向設(shè)置排煙車進(jìn)行排煙，利用移動排煙機(jī)將煙氣引導(dǎo)至風(fēng)亭，排煙車將煙氣從風(fēng)亭排出。

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