地下岛式车站站台热烟测试评价研究

侯团增

(港铁轨道交通(深圳)有限公司　广东深圳　518109)



地下岛式车站站台热烟测试评价研究

侯团增

(港铁轨道交通(深圳)有限公司广东深圳518109)

采用全尺寸热烟试验方法，在深圳地铁上梅林站地下岛式站台南端进行机械排烟试验。利用区间TVF(隧道风机)、U/O(车站排热风机)对站台进行辅助排烟，并将TVF并联，对一送两排模式、两送两排模式进行排烟测试；根据模式内容开启屏蔽门、端门，测试各种模式的排烟效果，观察各种防排烟模式下站台烟气运动情况和设备的工况，并测量和记录风速等数值。结果表明，利用区间隧道风机辅助排烟，能够增加楼梯口风速，但由于对流场的扰动破坏烟气分层，使站台烟气充填区域增大，导致烟气横向流动，不利于烟气排放。

城市轨道交通；热烟测试；一送两排；两送两排；风机并联；上梅林站

1　上梅林地铁站简介

深圳上梅林地铁站主体为半地下4层岛式车站，分为站顶设备层、站厅层、设备层、站台层，其中站厅层为地面层。车站总长169.7 m,总宽29.1 m，站台宽10.8 m，有效站台长度为176.3 m。车站总建筑面积为68 882.9 m2，其中站厅层建筑面积为3 166.1 m2，站台层建筑面积为2 780.5 m2，变电所层建筑面积为380.6 m2，地面夹层面积为302.4 m2，车站出入口及天桥通道面积为929.5 m2。附属用房区域的车站控制室、等候室、计算机房、休息室、站长室、公安警务室、AFC票务室、维护办公室、走廊部分的吊顶形式为矿棉纤维板，公共区吊顶形式为铝合金格栅或铝合金面板，公共区、出入口吊顶高度距地面3.06 m，附属用房吊顶高度为2.8 m，其他机电设备用房及管理用房区域无吊顶。车站站台地面至顶(混凝土面)高5.12 m，站台地面至吊顶水平面高3.06 m。站台中部挡烟垂壁底部距站台地面4.15 m,站台中部挡烟垂壁高0.97 m。站台地面至排烟/排风口底部4.10 m。屏蔽门宽2 m，高2.15 m。站台端门宽1.1 m，高2.15 m。站台全采用封闭楼扶梯，北端扶梯高2.65 m，宽3.9 m；南端扶梯高2.7 m，宽4.0 m；中部楼梯高2.5 m，宽1.85 m。车站分别设有A号、B号、C号、D号4个出入口并设有9个防火分区，其中设备层3个防火分区，站台层南北共2个防火分区，站顶设备层与站厅南北各为2个防火分区。车站公共区防排烟分区有3个,其中站台层有2个，为站台Z2-1区火灾工况(南端)模式号3000、站台Z2-2区火灾工况(北端)模式号3001；站厅层有1个防火分区，为站厅Z1-1火灾工况模式号3002。依据GB 50116—98《火灾自动报警系统设计规范》，车站保护对象等级定为一级(如图1所示)。

图1　上梅林站模型

2　实验设计

2.1火源与烟气发生装置

测试参照国际上通用的热烟测试标准AS 4391—1999SmokeManagementSystems-HotSmokeTest[1]。测试系统包括燃烧盘、发烟装置、其他相关保护措施和测量装置,其中燃烧盘为2个油盆，尺寸为840 mm(长)×595 mm(宽)×130 mm(高)，面积为0.5 m2，单个油盆燃烧的热释放速率约为0.35 MW。用95%的工业甲醇作为燃料，烟饼为发烟材料，每次用烟饼1 kg，如图2所示[2-9]。

图2　烟气发生装置及保护装置

2.2模拟测试内容

如图1所示，假定站台南端发生火灾，2站台头端距头端墙13.26 m的位置点燃烟饼，待烟气自动触发烟感探测器并报警后，启动防排烟模式。按测试需求启动隧道风机进行辅助排烟，根据模式内容开启屏蔽门、端门，测试各种模式的排烟效果、设备的工况，并测量和记录风速等数值。为有效地观察排烟系统控制烟气流向及沉降情况、提供可用安全疏散时间等，本次实验特意将起火点设在站台南端，开启隧道风机辅助防排烟模式后可观察烟气向站台北端流动的情况。正常情况下南端着火，就近向南端排，不经过站台北端。

安全性指标分析：1)FAS(火灾报警系统)与MCS(主控系统)中的车站疏散系统、EMCS(环控系统)中的防排烟系统的联动是否符合要求；2)排烟系统运行模式和排烟量应能确保楼扶梯开口处形成1.5 m/s的向下气流；3)排烟系统运行模式和排烟量应该确保烟气被控制在起火层内，站厅、设备管理用房、区间隧道不能有窜烟的情况，控制烟气不能蔓延；4)防排烟模式运行下，6 min内烟气能否有效地控制在1.5 m(人眼高度)以上位置；5)应保证在远期高峰小时发生火灾的情况下，6 min内将一列车乘客、站台上候车的乘客及工作人员全部撤离站台，通风排烟系统设计方案应能保证人员安全疏散。

2.3设定火灾模式

将TVF、U/O风机并联，组织风机气流由车站站台南端向北吹，烟气由北端风井排出，在一送两排、两送两排的模式下分别开启屏蔽门、端门进行测试，如表1所示。

2.4测试步骤

1) 点燃烟饼，待烟雾自动触发烟感探测器报警后，联动启动EMCS防排烟系统、MCS车站疏散系统， OCC环调收到FAS火警信息后将TVF、U/O风机并联启动，对一送两排、两送两排模式下的站台进行排烟测试。根据模式内容开启屏蔽门、端门，测试各种模式的排烟效果，观察各种防排烟模式下站台烟气运动情况，现场人员测试设备的工况，并测量和记录风速等数值。

表1　防排烟系统运行模式

2) 在南、北扶梯口断面X轴1 000 mm、0 mm、-1 000 mm，Y轴700 mm、1 500 mm、2 400 mm共9个部分测试点位风速后取平均风速(见图3)。中部楼梯口处断面X轴0 mm，Y轴700 mm、1 500 mm、2 400 mm共3个部分测试点位风速后取平均风速。根据开启的模式不同，分别在站台南端130屏蔽门、201屏蔽门，北端101屏蔽门、230屏蔽门处隧道内断面X轴0 mm，Y轴700 mm、1 500 mm、2 800 mm、4 200 mm共4个部分测试点位风速后取平均风速(见图4)，然后分别在1站台头、尾端端门，2站台头、尾端端门断面X轴0 mm，Y轴600 mm、1 200 mm、1 800 mm共3个部分测试点位风速后取平均风速(见图5)。

图3　南、北扶梯口测试点位断面

图4　屏蔽门处隧道内测试点位断面

图5　端门测试点位断面

3) 启动隧道风机进行辅助排烟，观察上梅林站、莲花北站、民乐站区间隧道的排烟情况，手持一台DV跟随记录，另外在站台南端、北端、站厅各放一台DV固定记录排烟过程。

4) 测试完毕，测试成员清点工具并清理现场，将风机、风阀、端门、屏蔽门等设备复位。

2.5实验现象

对站台南、北扶梯口断面9个部分的点位，中部楼梯口处断面3个部分的点位，站台南、北端屏蔽门处隧道内断面4个部分的点位，站台头、尾端端门3个部分的点位进行测试后取平均风速。对站台进行9次热烟实验，系统联动完成时间稍有不同，FAS联动过程不超过40 s，MCS收到火警信号后成功联动广播、闸机、疏散信息、导向标识不超过9 s，EMCS收到火警信号后成功启动防排烟模式不超过48 s，TVF、U/O风机成功启动时间53 s，通风排烟系统及其他系统联动时间在1 min之内，满足GB 50157—2003《地铁设计规范》的要求，可以为火灾发生时逃生争取宝贵时间(见表2)[10]。

2.6烟气运行情况

1) 3000模式。点火后，烟气快速上窜到站台顶部聚集，239 s后有少量烟气沉降到人眼高度。站台北端没有窜烟现象，烟气能保持在南端(点火位置)，未蔓延到北端。设备层冷冻机房有窜烟现象，并启动排烟模式。

表2　上梅林站热烟测试时间记录

2) 2.1模式。点火后246 s沉降到3 m高度，377 s后有少量烟气下沉至站台0.8 m位置，约1%的烟气流动至站台北端。

3) 2.2模式。93 s开启屏蔽门后，站台南、北两端距离中间端墙4～8 m的位置区域排烟较慢，站台中部及扶、楼梯口位置排烟的速度较快。开启TVF、U/O风机67 s后，烟气从南端流动到北端，不是从站台直接流动过去的，而是从隧道进入的。站台大量烟气是从站台中部屏蔽门处排入隧道内，这是因为烟气在站台中部时，被南端扶梯向下的气流风速压至隧道内，而后又从站台北端尾部屏蔽门处重新进入站台，最后从站台北端最尾部屏蔽门、端门处排出。

4) 2.3模式。开启侧与不开启侧排烟无太大差别。228 s时烟气在3 m的位置，但开启TVF、U/O风机1 min 30 s后，烟气到达北端，不像从站台直接蔓延过来的，是从隧道进入北端站台的。13 min 53 s时烟气已基本排完，只有少量余烟。

5) 2.4模式。站台楼、扶梯口排烟较快，站台两端(头、尾)排烟较慢，有少量烟气聚集。没开启TVF、U/O风机前，烟气能有效控制在3 m位置。3 min 10 s开启TVF、U/O风机后，烟气快速下沉到站台，并向北移动。8 min 9 s时能看到烟气从南端向北端移动，且南端的烟已排干净。

6) 在两送两排模式与一送两排模式下，烟气运动无太大差别，只在排烟时间上快30～110 s。

7) GB 50157—2003《地铁设计规范》19.1.19中规定：在发生火灾的情况下必须在6 min之内将一列车乘客、站台上候车的乘客及工作人员全部撤离站台。这就意味着站台内的机械排烟必须保证在300 s之内将烟气层高度保持在危险高度以上，然而，试验的结果表明，站台内的排烟系统不能完全实现这一目标。

2.7实验风速结果分析

1) 在站台火灾情况下，开启4台TVF、U/O风机后，楼、扶梯开口向下气流风速为：一送两排模式平均风速2.19 m/s，两送两排模式平均风速2.48 m/s，可有效防止烟气进入站厅层(见表3)。

表3　上梅林站热烟测试点位平均风速记录　m/s

2) 3000模式下，楼、扶梯口向下气流风速未达到地铁设计规范风速≤1.5 m/s的要求，这些不完善因素需要进一步分析原因，并采取对策。

3) 一送两排模式下平均风速2.19 m/s，两送两排下平均风速2.481m/s，两送两排模式平均风速比一送两排模式平均风速快0.29 m/s。

4) 一送两排模式下，南端扶梯口平均风速2.51 m/s，两送两排模式下，南端扶梯口平均风速2.88 m/s，说明两送两排比一送两排模式下南端扶梯口平均风速快0.37 m/s；一送两排模式下北端扶梯口平均风速2.47 m/s，两送两排模式下北端扶梯口平均风速2.89 m/s，说明两送两排比一送两排模式下北端扶梯口平均风速快0.42 m/s；一送两排模式下中间楼梯口平均风速1.57 m/s，两送两排模式下中间楼梯口平均风速1.67 m/s，两送两排比一送两排模式下中间楼梯口平均风速快0.10 m/s。

5) 一送两排模式和两送两排模式下，开启两侧屏蔽门均比开启一侧屏蔽门风速快0.3～0.5 m/s。

6) 一送两排模式和两送两排模式下，开启两端端门比开启一端端门风速快0.1～0.4 m/s。

7) 南端(点火位置)屏蔽门隧道内平均风速3.19 m/s，北端屏蔽门隧道内平均风速2.10 m/s，两者相差1.09 m/s；点火位置在南端时，站台南端端门平均风速 2.20 m/s，站台北端端门平均风速1.20 m/s，两者相差1.00m/s。

8) 开启屏蔽门、端门后隧道内的平均风速大于2 m/s，满足地铁设计规范要求。

3　结论

1) 运行3000设计模式，火灾初期烟气层界面较明显，烟气能有效控制在1.5 m以上位置，利于人员疏散，但楼、扶梯口向下气流风速不能达到设计要求，设备层、冷冻机房有窜烟情况，这是因为车站两端由于管道特性的问题，可造成风量分配不均匀，进而造成风速低于规范值；屏蔽门的泄漏量不容忽视；设计条件与实际存在差异，设计中主要是用楼扶梯开口面积的总和除以站台层的排烟量进行校核，但各楼梯开口面积不一致。

2) 实验表明，开启屏蔽门、端门，利用区间隧道风机辅助排烟后，隧道内烟气平均风速大于2 m/s；楼、扶梯开口处向下气流风速至少可达到2.20 m/s。测试发现，开启屏蔽门、端门，利用区间隧道风机辅助排烟，能够增加楼、扶梯口向下气流风速，但由于对流场的扰动，破坏了烟气分层，使站台烟气充填区域增大，导致烟气横向流动，不利于烟气排放。

3) 站台两端区域的烟气不易排放。当站台启动排烟后，站台两端区域烟气逐渐沉降至地面，无法排出站台而形成排烟死角。靠近楼、扶梯口的站台排烟效果较好，楼、扶梯口的向下气流将烟气压至站台两端、隧道内区域；远离楼、扶梯口区域排烟效果较差，烟气很快沉降到地面。在实验过程中火灾烟气会不断向站台两端流动并产生蓄积，排烟死角的存在实质上是由于站台两端没有排风口，导致机械排烟时无法形成从站台两端到排烟口的流动回路。因此，在站台两端增加排风口即可改善排烟死角现象。

4) 通过开启屏蔽门、端门，利用区间隧道风机辅助排烟，可以增加楼、扶梯口向下气流风速，实现设计要求，从而为以后的设计提供参考，但过强的气流是否会破坏烟气分层需要研究论证。建议：站台端门应增加自动或远程开启方式功能；火灾事故发生时，可根据救援需要自动或远程开启站台端门；火灾发生时，应立即自动停止播放车站其他背景音乐(如乘扶梯安全提示音)，非应急广播会干扰乘客疏散，站台无杂音，可以更好地利用车控室的话筒广播和CCTV进行指挥疏散逃生和灭火，为FAS提供优化的方案。

[1] AS 4391—1999. Smoke management systems-hot smoke test [S].Sydney:Standards Australia (Standards Association of Australia), NSW, 1999.

[2] 史聪灵，钟茂华，何理，等.地铁车站及隧道全尺寸火灾实验研究(1)-实验设计 [J].中国安全生产科学技术，2012(6)：22-28.

[3] 岳海玲，徐莉雅，高松.地铁站台火灾时通风模式[J].实验室研究与探索,2012,31(3)：35-38.

[4] 李文博.基于地铁环境模拟(SES)的区间火灾工况通风模式研究[J].城市轨道交通研究，2013，16(4)：65-68.

[5] 钟委，纪杰，杨健鹏.含屏蔽门地铁站烟气控制系统有效性的热烟实验研究[J].铁道学报，2010,32(6)：90-95.[6] 史聪灵，钟茂华，胥旋，等.某地铁车站站台现场火灾烟气实验[C]∥国际安全科学与技术学术研讨会论文集.沈阳,2012.

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[8] 史聪灵，钟茂华，涂旭炜，等.深埋地铁车站火灾实验与数值分析[M].北京：科学出版社，2009.

[9] 闫淑霞，吴喜平.地铁站厅至站台楼梯口风速对火灾烟气运动的影响[J].土木建筑与环境工程，2012,34(2)：108-109.

[10] GB 50157—2003地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社,2003：50-55.

(编辑：王艳菊)

Evaluation of Hot Smoke Test for Underground Island Station Platform

Hou Tuanzeng

(MTR Rail Transportation (Shenzhen) Ltd., Shenzhen Guangdong 518109)

A mechanical ventilation test was carried out with full-size hot smoke test method on the southern tip of the island platform of Shangmeilin Station. Using interval tunnel fan (TVF), station hot air discharge (U/O) on the site auxiliary exhaust and TVF fans in parallel, smoke tests by one get two rows mode, and two rows get two mode were performed. Smoke emission effects, smoke movement, wind speed and conditions of the equipment of each mode were observed, measured and recorded when the screen door and side door are open. The results show with the use of an auxiliary exhaust fan tunnel, the wind speed of stairs can be increased; but the disturbance of the flow field destroyed the smoke stratification and the platform was filled with more smoke, resulting in transverse flow of smoke, which is adverse to the emission of smoke.

urban rail transit; hot smoke test; one get two rows mode; send two rows of two modes; fan parallel; Shangmeilin Station

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.01.015

2014-02-14

2014-04-17

侯团增，男，注册安全主任，从事轨道交通消防安全管理研究，houtuanzeng@126.com

U231.96

A

1672-6073(2015)01-0062-05