地铁火灾应急救援受困人员空间增氧方法

李国家，李金瑶，李钰

(1.大连交通大学 基建处，辽宁 大连 116028;2.大连交通大学 土木与安全工程学院，辽宁 大连116028)*

地铁火灾应急救援受困人员空间增氧方法

李国家1，李金瑶2，李钰2

(1.大连交通大学 基建处，辽宁 大连116028;2.大连交通大学 土木与安全工程学院，辽宁 大连116028)*

研究了利用压缩氧气瓶向受困人员处喷洒氧气来提高人员获救率的技术，并以天津地铁下瓦房站台发生火灾后所需氧气量为实例进行了计算.提出的理论和措施同前几项研究成果共同构成的地铁火灾应急救援体系可以为今后的火灾救援提供理论支持，并且为减少地铁火灾群死群伤现象献言献策.

地铁火灾应急救援;增氧;氧气瓶供氧

0 引言

我国的地铁事业正在蓬勃迅速地发展，目前已有广州、上海、天津、南京、沈阳等城市的地铁建成投产运营，大连、无锡、青岛等地铁也在紧张的建设当中.然而，快速的建设也会带来弊端，这些年来，我国地铁火灾事故时有发生.由于地铁的空间相对封闭，内部人员逃生和外部救援力量进入火灾现场都比较困难，现在还没有特别有效的方法能够降低地铁火灾中的人员伤亡，因此寻求有效快速的救援方法减少地铁火灾中的人员伤亡是十分迫切和必要的［1-2］.

地铁火灾应急救援的关键技术主要有三点［3］:第一，降低火场及其周围高温;第二，地铁火场及其周围有毒气体的净化;第三，增加地铁火灾发生地受困人员处的氧气含量.对于前两个关键技术，我们已经在此前发表的论文中进行了比较系统的理论分析并进行了FDS软件模拟，我们得出采用高压水喷雾灭火降温的方法和CuCl-MgCl2溶液络合吸收一氧化碳的方法［4-7］，并提出应用地铁火灾应急救援车实施救援可以大大提高救援效率的结论，地铁火灾应急救援车也已申请成为专利［8］.本文就第三点关键技术进行理论分析和研究，并结合天津地铁下瓦房站的工程实例得出结论，希望可以对今后地铁火灾救援提供帮助.

1 地铁火灾缺氧分析

地铁的可燃物主要有报刊亭、商铺、沙发、靠垫、广告牌、灯罩以及旅客随身携带的书包、衣物等.地铁失火极易引起电力火灾或者由于本身电力系统故障引发火灾，此时地铁内部通风系统无法正常运行，可燃物燃烧迅速消耗氧气，大量有毒气体产生，氧气的含量会急剧的下降，可以低至人呼吸的安全限值氧含量18%，甚至会降到3%左右.此时的缺氧为低张性缺氧，如果氧气含量增加人就可以继续生存.因此如果想要维持人的生命需要向地铁系统供给氧气.并且氧气供给前必须确保地铁内的温度已经降低至可燃物无法复燃的温度值，避免氧气含量增加引起二次火灾.

2 增氧技术

地铁列车发生火灾，氧气含量降低后，外部救援人员可以将移动式地铁火灾应急救援车上携带的压缩氧喷洒到人员聚集的地方，增加此地的含氧量，为人员生存、逃生提供条件.本文选取站台需氧量作为研究对象的主要原因是:地铁站台处相对于隧道内需氧量较大，而且通常要求列车在隧道内发生火灾后也应尽量行驶到站台处实施救援.

2.1 总需氧量

站台需氧总量要分为两部分计算:一是空气中的最低含氧量;二是满足人体呼吸所需的氧气量.

(1)空气中最低的含氧量

空气中氧气含量18%为人体的安全限值，因此本文将氧气含量18%作为安全值进行计算.

本文以天津地铁1号线下瓦房站为例进行计算.该车站由主体、出入口和通道、通风风道和地面风亭等3部分组成.其中主体长120 m，宽为18.2 m，站台净高3.35 m，站厅净高 3.35 m.假设火灾时整个站台的氧气含量都降低到了零，以最危险的状态进行计算.

站台的空气量的计算公式为:

式中，V为站台的体积，m3;a为站台的长度，m;b为站台的宽度，m;c为站台的净高，m.

代入相关数据，即:

维持人体正常生命的安全限值所需的氧气量为:

(2)人体呼吸所需的氧气量

表1为标况下，人体呼气、吸气后肺泡气中各成分百分比.天津地铁1号线采用B型车，每列车定员1 425人.除此之外，还有站台的候车人群，假定候车人群按最拥挤时每平米6名乘客计算［10-11］.候车台主体长80 m、宽11 m.

表1 标准状况下，人体呼气、吸气和肺泡气中各成分百分比 %

在静息状态下，人体每分钟需要的氧气量的计算公式为:V氧气=V通气量(a－b) (2)式中，V氧气为人体每分钟呼吸所需要的氧气量，单位L;V通气量为在静息状态下，人体每分钟的通气量，单位L;a为人体吸入气中氧气含量的百分比;b为人体呼出气中氧气含量的百分比.

注:上式各变量取值皆为标准状况下(温度为0℃和大气压强101 325 Pa)的值.

按照人体每分钟通气量4 L计算，代入其余数据，即:4 × (20.96% － 16.4%)=0.182 4 L

故每个人每分钟所需要的氧气量为0.182 4 L，即 1.824 ×10－4m3.

满足整个站台所有人每分钟呼吸所需要的总氧气量为:

根据《地铁设计防火规范》［12］规定:提升高度不超过三层的车站，乘客从站台层疏散至站厅公共区或其他安全区域的时间应小于或等于6 min.本文也以此时间数值作为计算氧气量的依据.因此6 min内满足站台和车厢内所有人呼吸所需的氧气量为:1.22 × 6=7.32 m3

(3)总氧气量

天津1号线一节车厢所需的总氧气量即为车厢的需氧量与人体的需氧量之和.即:

为了安全起见，所需氧气量需要乘以一个安全系数1.2 ～1.5，本文选取 1.5，那么得到所需氧气量总和为1 986.48 m3.故天津1号线下瓦房站台所需的总氧气量为1 986.48 m3.

2.2 氧气瓶供氧

由于工业氧气瓶质量要求较低，会使钢瓶的内部锈蚀.并且工业氧气当中存在乙炔、二氧化碳、一氧化碳等对人体有害的杂质.因此地铁火灾增氧时，选取医用氧气瓶较好.

根据GB/T 14194－2006《永久气体气瓶充装规定》［13］如表 2.

表2 氧气在不同充装温度下气瓶的最高压力

本文选取在20 MPa的公称工作压力下，充装温度为25℃.由上表知，在20 MPa的公称工作压力下，充装温度为25℃时，氧气瓶的最高充装压力为20.3 MPa.根据理想气体状态方程，有:式中，P为气体压强，Pa;V为气体体积，m3;T为气体的绝对温度，k;1，2分别为不同的外界情况.代入相关数据，得:

因此整个站台所需的20.3 MPa的压缩氧气为10.8 m3，即需要规格为1 m3的氧气瓶11个.

3 结论

(1)根据地铁火灾应急救援的三个关键技术，应用氧气瓶实施给氧救援的前提条件为:地铁火灾应急救援车上装载全部救援设施，利用高压水喷雾进行灭火降温，降低火场有害气体浓度.以免氧气浓度提高，加大火势;

(2)本文在分析缺氧危害的基础上给出了增氧的必要性，并确定用医用氧气瓶进行增氧.氧气喷洒量包括失火空间空气中维持人员生存的最低含氧量与满足受困人员在规定时间内呼吸所需的氧气量，以天津地铁下瓦房站台为例理论分析、计算出了整个站台发生火灾时所需标准状况下氧气的体积为1 986.48 m3，所需的 20.3 MPa下的压缩氧为10.8 m3，可用11个1 m3的氧气瓶供氧;

(3)氧气瓶上安装减压阀，并配有汽化器和喷枪，以便将液态氧转化为气态氧，并迅速向受困人员喷洒氧气.氧气瓶及其配套设施一并装载于地铁火灾应急救援车内，与其他装备协调有序地作业.

［1］马德芹，蔺安林.地下铁道与轻轨交通［M］.成都:西南交通大学出版社，2003.

［2］邓艳丽，谭志光.地铁火灾研究现状综述［J］.安防科技，2008(1):6-8.

［3］李钰，于君磊.地铁火灾应急救援关键技术初步研究［C］.中国灾害防御协会风险分析专业委员会第四届年会论文集，2010.

［4］LI YU，DONG LE-XIA.Research on Decreasing Temperature Technology of Emergency Rescue in Metro Fire［C］.4th International Conference on Technology of Architecture and Structure， ICTAS2011.Advanced Materials Research.Advanced Materials Research，2011.

［5］苏春辉，车荫昌.用CuCl-MgCl2水溶液从气体中回收CO 的研究［J］.化学工程，1995，23:55-57.

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［7］LI Yu，DONG LE-XIA .Research on Mobile Water Spray Device Reducing the Temperature of Metro Fire［C］.2nd International Conference on Civil Engineering，Architecture and Building Materials，CEABM2012.Applied Mechanics and Materials，2012.

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［9］宋福元.谨防缺氧危害［J］.劳动保护，1994，1(4):20.

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［11］沈景炎.车站站台乘降区宽度的简易计算［J］.都市快轨交通，2008，21(5):9-12.

［12］中华人民共和国国家质量监督检验检疫局.GB/T 14194－2006永久气体气瓶充装规定［S］.北京:中国标准出版社，2006.

Increasing Oxygen Concentration for Human Trapped in Emergency Rescue of Metro Fire

LI Guo-jia1，LI Jin-yao2，LI Yu2

(1.Construction Division，Dalian Jiaotong University ，Dalian 116028，China;2.School of Civil and Safety Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China)

Based on the discovery of metro vehicle fire emergency rescue，the high-pressure water spray and elimination of carbon monoxide concentration are analyzed and calculated taking Xiawafang station of Tianjin metro as an example.Metro fire emergency rescue systems which consist of the preceding research result before and measures in this paper can provide theoretical support for metro fire rescue and offer advice for reducing tremendou shurts and injuries.

emetro fire mergency rescue;increasing oxygen;oxygen cylinder supplying oxygen

A

10.13291/j.cnki.djdxac.2014.03.017

1673-9590(2014)03-0070-03

2013-06-17

辽宁省教育厅高等学校科学研究计划资助项目(L2010089)

李国家(1967－)，男，高级工程师，硕士，主要从事施工技术与安全工程的研究

E-mail:liang1166@djtu.edu.cn