淺談地鐵非火災狀態下的煙霧處置能力

陳 治

（上海地鐵第二運營有限公司，上海 200063）

0 引言

上海地鐵的消防設計規范執行力度是全國最嚴之一，環控系統的防煙、排煙設計能力充足，經排煙能力測試，一般站臺彌漫浸沒煙霧可在2 min 內排盡，站廳煙霧可在5 min 內排盡，也為乘客或工作人員的消防疏散提供了有力的保障。然而對于非火災狀態下的煙霧，如隨風道、風井進入的煙霧、設備故障產生的煙霧等，雖有一定的后續處置能力，但在正常運營的地鐵環境下，仍會造成一定范圍的恐慌，若處置疏導不及時，在大客流運營狀態下，甚至會產生嚴重安全事故。為此針對非火災狀態下的情況進行分析討論，以尋求合適的改進方案。

1 背景

若站廳、站臺、區間、設備用房突發火災，消防報警啟動消防工況，一般會停止運行近端的新風送風系統并啟動近端的排風系統，啟動遠端的新風送風系統并停止遠端的排風系統，根據不同車站的形式，具體的執行方法會有不同。同時，消防廣播啟動播放疏散信息，聲光報警器發出蜂鳴聲及警報紅光，通行閘機將全部打開以應對應急疏散，其他運行中的設備，如電梯、站臺門、照明系統等均將進入相應應急工作模式。

火災的探測主要依靠火災探測器，主要有探測高溫或者溫度劇烈變化的感溫探測器、探測達到一定濃度煙霧的感煙探測器、自然吸氣式空氣采樣探測器、探測煙霧或氣體光譜的光譜探測器、探測物體表面溫度的熔斷型探測器等，上海地鐵車站內采用最多的為感溫、感煙探測器，感溫探測器具有對溫度要求高、靈敏度差的特點，探測早期火災不如感煙探測器，但感煙探測器雖更為靈敏，但對煙霧的來源及類型無法分辨，一般均默認為火災預警。

上海地鐵某線路2019 年未發生火災事件，但發生各類煙霧或誤動作的車站系統設備火災工況聯動23 起，23 起聯動工況中，有6 起是因為設備故障或者外部煙霧進入風道造成的火災工況聯動；其余的17 起主要因為站內的清掃灰塵、人員的誤操作、潮濕環境下的報警系統自身故障、未查明原因的誤報警等。其中占總數26%的外部煙霧或設備故障造成的火災工況聯動，均會造成一定的社會影響和經濟損失，如乘客的恐慌、為處理“火災狀況”而造成的地鐵短時間的延誤、通行閘機的打開造成的票款流失等。上海地鐵秉承“安全第一、服務至上”的企業精神，一切為了乘客的基本準則，在致力于排除火災隱患降低火災風險的前提下，對于一些非火災造成的影響事件將逐步改進。

2 情景與方案

2.1 避免外來煙霧進入新風或風道引起的火災工況誤動

上海是商業繁榮的大都市，大部分地鐵車站緊鄰商業地塊或工農業地塊，風井、出入口和商業、工農業處于相鄰狀態，商業的火災煙霧、未有效處理的油煙或者路邊餐飲油煙一旦進入新風道，將以3～10 m/s 的速度依次通過新風井、新風機、空調箱、站廳、站臺送風管，煙霧大約5～10 s 即可進入公共區域，約10～20 s 即可彌漫車站，一旦煙霧彌漫車站，將造成以下后果：

（1）消防聯動報警，并發出蜂鳴警報及疏散廣播警告，此時車站管理人員、乘客無法及時獲取真實信息，車站啟動應急疏散預案，未經訓練的乘客短時內未能有效聽從指揮，極易造成擁擠、踩踏事故。

（2）為確保乘客有效疏散，消防報警的同時，檢票閘機將自動打開，便于乘客及工作人員撤離，后續工作人員將對未出站檢票的票卡進行業務變更。

（3）排煙工況在消防報警后3～10 s 內啟動，進行排煙，若煙霧源及時被阻斷，一般情況下大約30 s 可排盡站臺煙霧、5 min內可排盡站廳煙霧。

針對上述后果，消防值班人員判斷是否為真實火災最多僅有30 s 可作出反應，以避免煙霧對正常運營造成的重大危害。事實上，站廳兩端相距近200 m，結合尋找“煙霧源”、“火源”所需時間，即使是訓練有素的運動員，都無法在30 s 內做出正確的反應，因此必然會造成比較嚴重的后果及經濟損失。

解決上述問題最簡單、實效的方法是在新風井或新風道內安裝早期火警探測器，以探測室外進入地下車站的煙霧，因室外新風往往灰塵量大，容易造成探測器誤報，因此探測器宜選用主動吸氣式空氣采樣煙霧探測器或激光/LED 式紅紫外光譜火警探測器。前者原理類似常用的感煙探測器，優點是靈敏度高，并可由前置過濾器過濾去大部分空氣中粉塵顆粒，較大程度降低誤報率，還可編程，根據不同的城市環境下設置報警點閾值，避免環境污染而造成的誤報現象，缺點是安裝、保養成本相對較高；后者原理通過紅外、紫外雙光速的發、收，以判斷煙霧的情況。由于煙霧對紅外、紫外有不同的折射特性，因此可有效避免灰塵、動物、物品遮擋而造成的誤報警，并且成本低、安裝方便，缺點是環境濕度要求高、保養頻次相對較高。配置早期煙霧報警器后控制方案見圖1。

圖1 早期煙霧報警器控制方案

該控制方案下，從發現室外煙霧，至避免煙霧進入車站站廳、站臺的時間一般僅需要10.5 s，遠小于無該控制方案下煙霧進入站廳、站臺的時間，結合值班人員的有針對性的及時檢查、判斷，即使存在誤動作等情況下，也可及時恢復設備運行。

2.2 避免AHU 故障造成的煙霧進入站廳、站臺公共區域

地下車站AHU 一般稱為組合式空調箱，主要包含進風段、除塵段、換熱段、風機段、消聲段、出風段等，其中的風機段包括風機、電機等機械部件。電機通過變徑皮帶輪及傳動皮帶，減速后帶動風機葉輪。組合式空調箱的葉輪一般為離心葉輪，轉速700～1500 r/min 不等，高速運動下，傳動皮帶和葉輪軸承、電機軸承即成為了可能因摩擦而發熱的部件。啟動瞬間、皮帶安裝工藝的細微差錯、皮帶質量、老化等原因均可能造成皮帶與皮帶輪間發生位移，導致短時間內發熱甚至冒煙、著火；軸承是滾動摩擦部件，軸承的安裝工藝、質量、老化磨損等原因都可能在運轉中導致滾子與軸承圈發生高速摩擦而導致發熱，超過潤滑油燃點時，可導致著火現象發生。

無論是軸承還是傳動皮帶著火現象，其顯著特點是先冒煙，并隨時間增長煙霧變濃，較少情況會發生明火，無論是潤滑油還是皮帶造成的煙霧，均有異味重、煙色深、擴散快、有輕微毒作用等特點。一旦煙霧產生后進入車站公共區域，同樣會造成火災工況聯動、報警系統啟動、疏散廣播等影響正常運營的后果，因此，可仿照外來煙霧進入新風或風道的影響設置煙霧早期探測和制止裝置。采用主動吸氣式空氣采樣煙霧探測器或激光/LED 式紅紫外光譜火警探測器設置于組合式空調箱的出風段或消聲段內。一旦發生煙霧，無論煙霧從組合式空調箱內部生成還是來自空調箱前端、外界，煙霧送入車站公共區域都會造成不利影響，考慮到車站內的空調箱設計一般都有備用，可以設計以下控制方案（圖2）：

圖2 AHU 故障煙霧早期控制方案

由于空調箱沒有較長的風道，并且空間小，探測器探測煙霧的時間相對較快，因此在該控制方案下，從空調箱內部產生煙霧到采取措施避免煙霧進入公共區域一般僅需6.5 s，尚未對公共區域造成較大影響，并通過近端的排風機排除異味，可在短時間內恢復正常，避免煙霧擴散、彌漫在站廳站臺造成不良影響。

3 結語

上述兩種情況下的控制方案，包括軟件、硬件等安裝、調試的成本，一般可控制在10 萬元/臺套（系統）之內，按一個車站3～4 臺套系統計，成本約為三四十萬元，甚至不到1 臺組合式空調箱的采購成本，相較于煙霧對車站造成的嚴重社會影響或者安全影響具有一定的實踐意義。目前公共交通快速發展，人員密集的軌道交通地下車站的安全防范工作極其重要，既要確保一旦發生火災、恐怖襲擊等突發公共安全事件時，能保障人員生命和財產安全，同時也應該保障這些“安保”設備自身發生故障時的運營安全。如同公共區域火災探測、工況聯動一樣，對于高發故障的設備、區域，設置低成本、高效率的“故障探測”的系統，可更大程度確保運營安全，提高系統自動化、智能化水平，提高總體運營安全效率。