地铁车站火灾烟气的蔓延与控制探讨

王俊杰

摘要：近年来随着城市的快速发展，地铁已经成为人们日常出行的重要交通工具。然而地铁火灾也是不可忽视的问题，一旦发生将会造成巨大的人员伤亡和经济损失。文章具体分析了地铁火灾的特点，并在火灾烟气蔓延分布研究的基础上，提出相应的地铁火灾应急控制措施，通过合理排烟方式的布置和应急管理措施实现地铁火灾的高效应对。

关键词：地铁车站；地铁火灾；烟气蔓延；应急管理；排烟方式

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0101-02

随着城市化进程不断发展，地铁逐渐成为城市建设中一项较为重要的基础设施，也是人们出行较为便捷快速且经济高效的一种交通工具。然而由于地铁半封闭式以及人员较为聚集的特点，通风和疏散工作都存在很大的难点。而地铁车站一旦发生火灾事故，若未及时进行疏散，则有可能由于烟气的蔓延造成巨大的人员伤亡和经济损失。因此，极有必要对地铁车站的火灾特点以及烟气蔓延方式进行深入研究，以便更好地应对地铁火灾事件。

1 地铁火灾的特点

1.1 不完全燃烧造成烟尘

由于地铁车站处于地下，封闭性较强，人员分布较为密集，因此在发生火灾时能够用来充分燃烧的氧气含量较少。这样将会导致可燃物体的不完全燃烧，而产生大量的有毒烟尘及一氧化碳，严重威胁到乘客的安全。同时，由于烟尘的影响，使得地铁内能见度大大下降，进一步影响了人们的疏散速度。据统计，在火灾中死于烟气影响的人数占总死亡者的80%以上。

1.2 温度升高快

由于地铁的内部结构主要是由各种土壤和岩石所包围，因此在发生火灾时，大量热量难以通过接触向外传导，从而全都集聚在狭小的地铁车站内部，使得温度上升速度非常快。且地铁内可燃物体较多，当温度上升到一定程度，将瞬间点燃更多可燃物，造成轰燃现象，反过来又进一步促使温度的上升，造成恶性循环。导致更大的人员伤亡和经济损失。

1.3 安全疏散困难

安全疏散受到地铁疏散通道安排，地铁出口个数，客流数量，火灾情况等各种因素的影响。一方面，由于火灾发生时造成了很多烟尘从而极大降低了人们的可见度，且受到火灾影响，地铁内的电源可能会自动切断，导致能见度的进一步下降，同时氧气含量迅速降低使人员产生呼吸困难和情绪上的紧张，也在一定程度上导致疏散困难。另一当面，火灾产生的烟尘及有毒气体会随着气流上升，热量也会经由出入口垂直上升，而这一路径与人员疏散撤离的道路是一致的，从而会给人员疏散带来一定困难。

2 烟气蔓延分布研究

2.1 烟气竖向温度分布

地铁站发生火灾时，可燃物的燃烧经历了循序渐进的三个阶段。第一阶段是可燃物燃烧增长阶段，这一阶段处于火灾刚发生的时间段内，此时烟气的温度是逐渐攀升的；第二阶段是可燃物稳定燃烧阶段，此时由于火势的扩大，可燃物的燃烧逐步保持稳定且持续时间较长，此时烟气的温度也较为稳定；第三阶段为减弱阶段，由于可燃物数量逐渐减少，可用氧气逐步稀薄，火势也逐渐减弱，此时烟气的温度也相应呈降低趋势。

在竖向分布上，由于烟气是逐渐上升的，浮力的作用使得烟气将大量的热量带至上方，因此此时越接近顶棚的地方温度上升的速度将会越快，即整个站台各处均会遍布烟气，但在垂直方向上，烟气的浓度随着高度的上升而变浓，温度也随着高度的上升而变高，且温度变化是连续且存在一定梯度的。

2.2 烟气顶棚射流温度变化

垂直方向上升的烟气在遇到顶棚后，携带的大量热量无法释放，且由于受到顶棚的阻挡，烟气将会沿水平方向向四周进行扩散，而形成了水平流动的顶棚射流。这一射流携带了大量的热量，受到空气浮力作用在上方流窜，而当遇到侧壁或挡烟垂壁的遮挡，或是遇到站台间的各类遮蔽或维护结构时，顶棚射流就会被遮挡下来进而发生回流，集聚在顶棚的下方。当越来越多的顶棚射流在某一处聚集达到某一厚度时，烟气就会在相互作用下向下方下沉，从而在站台间形成一层烟气层，烟气层携带的热量更多，并会通过挡烟垂壁进一步向其他防烟区蔓延，逐渐危及到整个站台。因此不论是在哪里，处于火源上方的温度都是最高的，大量烟气首先垂直上升聚集在顶棚上，因此顶棚的温度最先上升。

2.3 烟气流动速度变化

烟气流在整个流动过程中经历了三个阶段的速度变化。在初始阶段烟气在空气浮力的作用下逐渐上升，在碰到顶棚后进行积累，并形成强烈的气流漩涡。且在火源附近的温度较高，热烟气在热浮力的作用下对周围的冷空气进行强烈的吸卷，从而使得火源附近烟气的速度也相对较快，而离火源越远烟气的温度就会越低。当烟气撞击顶棚形成顶棚射流后，在顶棚上会形成一个圆形的气流撞击区域，而顶棚射流层在此圆形区域的中心处速度最大，向外速度逐渐减小。在顶棚射流逐渐向四周水平扩散的过程中，热烟气将逐渐吸卷周围的冷空气，使得烟气的质量不断增大同时携带的热量也逐渐流失，随之而来的是烟气速度的降低，此后烟气速度逐渐衰减。直到烟气继续扩散，遇到侧壁或挡烟垂壁时，由于碰撞形成一定的烟气回流，并因此产生涡流，速度也随之发生较为复杂的变化。

3 地铁车站火灾的应急处置

地铁车站火灾发生时充满了不确定性和难以控制性，而车站内的烟气扩散速度极快且携带大量的热量及有毒气体，足以夺取乘客的生命。因此地铁车站火灾发生时应及时根据地铁火灾的特点及烟气蔓延的路径方式，通过相关应急措施对乘客进行疏导，及时对火灾进行扑灭，尽量将损失降到最低。对于地铁车站火灾的应急处置，主要包括以下两点：

3.1 合理设置排烟装置

地铁车站发生火灾时，造成较大人员伤亡的就是有毒及高热量的烟气。因此在进行火灾应急处理时，最先考虑的就是合理设置排烟装置，在火灾发生时能够及时启用，迅速将烟气排出地铁车站外。由于烟囱效应，大量的烟会从各种通道垂直向上流窜，而人员的逃生通道也主要处于上端，尤其是地铁出口。因此对于地铁出入口及站台顶部的排烟或挡烟装置需要充分安装，保证其运能能够面对大量的烟气和热量，保证乘客从站台层向站厅层的安全迅速转移。由于空气浮力，烟气将会首先向上传导，形成冷热空气的分层，对于乘客逃生必经的楼梯，需要合理设置排烟和挡烟装置，辅助乘客较好地逃生，顺利对烟气和热量进行疏导，通过最近的地铁出入口或是预留的排烟口迅速将烟排除。此外，当火势较大时，应采用被动挡烟和主动机械排烟相结合的方式，两者共同作用才能在最短的时间内将火势控制，保证乘客的安全。

3.2 做好应急预案

地铁车站的火灾发生一般较为突然，且扑救困难影响深远。因此对于地铁管理者而言，提前做好地铁火灾的应急预案是十分有必要的。进行地铁应急预案时应考虑到具体的人员安排、火灾疏散路径的设置、相关设备开启流程、火警报警流程等问题。人员安排上应有明确的任务分工，各个关键节点处均应有专人负责。对于各类设备的运行和开启，有条件的情况下可提前做好火灾模拟，以更好地应对真实火灾的发生。

4 结语

地铁火灾不同于普通地上建筑火灾，需要根据其具体特点进行应对。掌握火灾烟气的蔓延路径及特点是进行地铁火灾控制的基本前提，只有做好了相关排烟设施的布置以及应急预案的管理工作，才能充分控制火灾烟气的蔓延，合理应对地铁火灾的发生，促进地铁的安全快速发展。

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