某濱海城市地鐵試運(yùn)營(yíng)前地下站臺(tái)熱煙測(cè)試評(píng)價(jià)

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(tái)的熱煙測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)投入試運(yùn)營(yíng)前相關(guān)防災(zāi)設(shè)施在模擬火災(zāi)情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)及聯(lián)動(dòng)情況、站臺(tái)內(nèi)煙氣蔓延和流動(dòng)狀況等進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該車站相關(guān)防災(zāi)設(shè)施在火災(zāi)事故時(shí)滿足相關(guān)指標(biāo)要求，通風(fēng)排煙系統(tǒng)可以達(dá)到排煙目的。同時(shí)，樓扶梯開(kāi)口下行風(fēng)速平穩(wěn)有效，能夠避免煙氣對(duì)疏散出入口及站廳等的侵襲，可保證人員迎風(fēng)安全疏散。通過(guò)熱煙測(cè)試，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)防災(zāi)設(shè)施存在的隱患，在一定程度上能夠降低火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)的人員傷亡。因此，熱煙測(cè)試可以作為地鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)防災(zāi)措施有效性的驗(yàn)證和評(píng)估方法之一。

關(guān)鍵詞：熱煙測(cè)試 模擬火災(zāi) 煙源 煙氣蔓延 通風(fēng)排煙

中圖分類號(hào)：U23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（b）-0101-04

與公共汽車、出租車和客運(yùn)輪渡等交通方式相比，地鐵具有快速高效、綠色環(huán)保、運(yùn)量大、準(zhǔn)時(shí)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，不僅成為現(xiàn)代城市建設(shè)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(guī)模龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、人員密集、空間較封閉的局限性易引發(fā)事故[1]?；仡櫴澜绲罔F發(fā)展史和事故教訓(xùn)，火災(zāi)事故往往造成的損失最大，其中煙氣導(dǎo)致人員死亡的數(shù)量最多[2]。因此，一旦發(fā)生火災(zāi)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(guān)鍵。通風(fēng)排煙系統(tǒng)理論上能夠?qū)煔膺M(jìn)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(yùn)營(yíng)前安全驗(yàn)收的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

熱煙測(cè)試[3-4]是利用受控的火源和煙源，在實(shí)際建筑中模擬真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)景而進(jìn)行的煙氣測(cè)試。該測(cè)試以火災(zāi)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過(guò)加熱無(wú)毒人造煙氣，使熱煙在浮力作用下向上蔓延?；跓釤煖y(cè)試原理，通過(guò)觀察及測(cè)試煙氣在建筑物內(nèi)的蔓延情況，可以評(píng)價(jià)通風(fēng)排煙系統(tǒng)的排煙性能、相關(guān)防災(zāi)設(shè)施（火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、事故照明、疏散通道和疏散指示等）的實(shí)際運(yùn)作效能以及整個(gè)系統(tǒng)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(zhǎng)約28 km，共設(shè)置22座車站（全為地下車站），分兩期工程建設(shè)。此次熱煙測(cè)試主要針對(duì)第二期工程，該工程線路里程約11 km，設(shè)置7座車站，除1座車站為雙島四線結(jié)構(gòu)外，其余車站均為島式結(jié)構(gòu)（地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層）。車站主體耐火等級(jí)為一級(jí)，按相關(guān)規(guī)定設(shè)置了各類防災(zāi)安全措施。綜合考慮上述7座車站的防災(zāi)設(shè)置情況（詳見(jiàn)表1），并經(jīng)管理和施工單位認(rèn)可，選擇A站站臺(tái)開(kāi)展熱煙測(cè)試試驗(yàn)。A站站臺(tái)層由設(shè)備管理用房區(qū)、乘車區(qū)及軌道區(qū)三部分組成，站臺(tái)寬度10 m，站臺(tái)兩端布置有降壓變電所、車站控制室、照明配電室等設(shè)備管理用房及衛(wèi)生間等。中部為乘車區(qū)，并設(shè)有通往站廳層的樓梯、自動(dòng)扶梯和垂直電梯等設(shè)施，具體情況詳見(jiàn)圖1。

2 熱煙測(cè)試方法和測(cè)試裝置

熱煙測(cè)試的火源采用濃度為95%的乙醇池火?；鹪从?個(gè)燃燒油盤構(gòu)成，單個(gè)油盤內(nèi)部尺寸均為841 mm（長(zhǎng)）×595 mm（寬）×130 mm（深），4個(gè)油盤燃燒可產(chǎn)生1.5 MW的穩(wěn)定火源功率。油盤旁邊設(shè)置煙氣發(fā)生箱，內(nèi)置煙餅陰燃產(chǎn)生示蹤白煙，通過(guò)導(dǎo)煙圓管注入火羽流加以混合卷吸，產(chǎn)生白色煙羽流，如圖2所示。

為避免火源對(duì)其正上方頂部設(shè)施灼燒破壞，特設(shè)置鋼質(zhì)保護(hù)罩，保護(hù)罩四周開(kāi)放、頂棚鋼板封閉，罩內(nèi)形成2.5 m（長(zhǎng)）×2 m（寬）×2 m（高）的燃燒空間。為評(píng)價(jià)站臺(tái)層在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣能否通過(guò)站內(nèi)排煙系統(tǒng)有效排出，需著重觀測(cè)站臺(tái)層的煙氣蔓延特性和樓扶梯開(kāi)口處下行風(fēng)速等指標(biāo)。因此，在站臺(tái)層設(shè)置4個(gè)熱電偶樹(shù)（與火源的距離詳見(jiàn)圖1），每個(gè)熱電偶樹(shù)設(shè)置5個(gè)熱電偶，每個(gè)熱電偶的間距由上至下呈由密到疏的特點(diǎn)，最低點(diǎn)高度為1.5 m（人眼高度），由上到下依次編號(hào)為1～5號(hào)。同時(shí)，在樓扶梯位置設(shè)置風(fēng)速測(cè)量裝置，并采用紅外熱成像儀觀測(cè)采集火源及其附近的壁表溫度變化情況，隨時(shí)監(jiān)控測(cè)試過(guò)程中是否會(huì)對(duì)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)造成破壞。

3 熱煙測(cè)試結(jié)果分析

3.1 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)情況

測(cè)試開(kāi)始后，18 s時(shí)刻煙感探頭報(bào)警，23 s時(shí)刻站臺(tái)火災(zāi)工況聯(lián)動(dòng)模式啟動(dòng)，空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉，站臺(tái)公共區(qū)大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)、隧道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)正常開(kāi)啟，站廳閘機(jī)全開(kāi)，照明轉(zhuǎn)入應(yīng)急照明模式?；馂?zāi)緊急工況廣播和警鈴隨后開(kāi)啟，廣播聲音清晰明確。

3.2 煙氣蔓延情況

測(cè)試過(guò)程中，煙氣被火源加熱，迅速隨熱羽流上升并沖擊站臺(tái)頂部，然后轉(zhuǎn)入水平蔓延狀態(tài)。測(cè)試初期煙氣層主要集中在站臺(tái)空間的上部，人體特征高度（1.5 m）沒(méi)有受到煙氣侵?jǐn)_；測(cè)試中期火源高度升高，煙氣層在上部空間進(jìn)一步蔓延，人體特征高度同樣沒(méi)有受到煙氣侵?jǐn)_，如圖3（a）所示；測(cè)試后期火源功率減小、煙氣減少；測(cè)試全過(guò)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(cè)試結(jié)束，受樓扶梯下行風(fēng)向和擋煙垂壁的作用，煙氣沒(méi)有進(jìn)入樓扶梯，也沒(méi)有通過(guò)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(shù)T1的溫度變化情況如圖4所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，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(nèi)，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(guò)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(shù)測(cè)量結(jié)果完全吻合。

另外，對(duì)圖1中的熱電偶樹(shù)T2～T4也進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明T2～T4各監(jiān)測(cè)位置處的溫度都較低。除火源附近的T1外，站臺(tái)疏散路徑1.5 m高度及以上煙氣層溫度均不超過(guò)16 ℃，均滿足相關(guān)判定指標(biāo)要求。綜上所述，火災(zāi)時(shí)站臺(tái)層的熱煙氣對(duì)人員危害較小。

3.4 樓扶梯開(kāi)口下行風(fēng)速

站臺(tái)模擬火災(zāi)情況下，當(dāng)通風(fēng)排煙系統(tǒng)啟動(dòng)后，樓扶梯開(kāi)口處的向下風(fēng)速會(huì)有顯著的升高，然后趨于平穩(wěn)。采用AVM-05電子風(fēng)速儀對(duì)樓扶梯開(kāi)口處下行風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量記錄，結(jié)果詳見(jiàn)圖6。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測(cè)試火源位于站臺(tái)中間區(qū)域時(shí)，站臺(tái)兩端樓扶梯開(kāi)口的平均風(fēng)速均較大，分別達(dá)到2.6 m/s和2.8 m/s，站臺(tái)中部的樓扶梯口處平均風(fēng)速相對(duì)較低，約2.2 m/s，均滿足相關(guān)安全評(píng)價(jià)規(guī)范[5]中的熱煙測(cè)試性能判定指標(biāo)（≥1.5 m/s），且可以有效阻止煙氣向站廳層擴(kuò)散。然而，在熱煙測(cè)試過(guò)程中設(shè)備間存在輕微漏煙現(xiàn)象，建議對(duì)設(shè)備間的封堵進(jìn)行全面排查。

4 結(jié)論

熱煙測(cè)試開(kāi)始以后，18 s時(shí)刻煙感探頭報(bào)警，23 s時(shí)刻站臺(tái)火災(zāi)工況聯(lián)動(dòng)模式啟動(dòng)，空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉，站臺(tái)公共區(qū)大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)、隧道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)正常開(kāi)，站廳閘機(jī)全開(kāi)，照明轉(zhuǎn)入應(yīng)急照明模式。車站站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，相關(guān)防災(zāi)設(shè)施能夠滿足判定指標(biāo)要求。因此，可以得到如下結(jié)論。

（1）站臺(tái)火災(zāi)情況下，地鐵火災(zāi)探測(cè)報(bào)警、通風(fēng)排煙系統(tǒng)、應(yīng)急照明的模式切換及其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)時(shí)間均在1 min內(nèi)，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）在可用安全疏散時(shí)間（6 min）內(nèi)，除火源附近外，站臺(tái)疏散路徑1.5 m高度及以上煙氣層溫度均不超過(guò)16 ℃，整個(gè)測(cè)試過(guò)程中煙氣高度始終在1.5 m以上，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。樓扶梯開(kāi)口下行風(fēng)速為2.2～2.8m/s，可保證煙氣不向站廳層蔓延，站臺(tái)層的熱煙氣對(duì)人員危害較小。

（3）熱煙測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)對(duì)火源附近可能造成灼燒或熱輻射危害的區(qū)域采取必要的防護(hù)，可以避免對(duì)建筑造成損壞。同時(shí)，采用低殘留物、近中性pH值的煙源不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

（4）熱煙測(cè)試過(guò)程中設(shè)備間存在輕微漏煙現(xiàn)象，說(shuō)明設(shè)備間的封堵存在一定問(wèn)題，建議對(duì)設(shè)備間的封堵進(jìn)行全面排查，從而達(dá)到防患于未然的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 史聰靈，鐘茂華，涂旭煒，等.深埋地鐵車站火災(zāi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析[M].北京：科學(xué)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(zāi)煙氣流動(dòng)特性及控制方法研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007.

[4] 史聰靈，鐘茂華，胥旋，等.某地鐵車站站臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)煙氣實(shí)驗(yàn)[A].沈陽(yáng)：國(guó)際安全科學(xué)與技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2012.

[5] AQ 8007-2013，城市軌道交通試運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)價(jià)規(guī)范[S].