某滨海城市地铁试运营前地下站台热烟测试评价

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摘 要：基于某滨海城市地铁车站典型站台的热烟测试试验，对投入试运营前相关防灾设施在模拟火灾情况下的运转及联动情况、站台内烟气蔓延和流动状况等进行了分析评价。结果表明，该车站相关防灾设施在火灾事故时满足相关指标要求，通风排烟系统可以达到排烟目的。同时，楼扶梯开口下行风速平稳有效，能够避免烟气对疏散出入口及站厅等的侵袭，可保证人员迎风安全疏散。通过热烟测试，还可以及时发现相关防灾设施存在的隐患，在一定程度上能够降低火灾事故发生时的人员伤亡。因此，热烟测试可以作为地铁内部结构防灾措施有效性的验证和评估方法之一。

关键词：热烟测试 模拟火灾 烟源 烟气蔓延 通风排烟

中图分类号：U23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0101-04

与公共汽车、出租车和客运轮渡等交通方式相比，地铁具有快速高效、绿色环保、运量大、准时等独特优点，不仅成为现代城市建设的重要交通配置，而且也逐渐成为城市出行的主要交通方式。然而，地铁规模庞大、系统复杂、人员密集、空间较封闭的局限性易引发事故[1]。回顾世界地铁发展史和事故教训，火灾事故往往造成的损失最大，其中烟气导致人员死亡的数量最多[2]。因此，一旦发生火灾事故，如何控制烟气蔓延并尽快将烟气排出，是保证人员安全逃生的关键。通风排烟系统理论上能够对烟气进行控制并帮助人员安全逃生，故其性能是否合格是地铁建筑投入试运营前安全验收的一项重要内容。

热烟测试[3-4]是利用受控的火源和烟源，在实际建筑中模拟真实的火灾场景而进行的烟气测试。该测试以火灾科学为理论基础，通过加热无毒人造烟气，使热烟在浮力作用下向上蔓延。基于热烟测试原理，通过观察及测试烟气在建筑物内的蔓延情况，可以评价通风排烟系统的排烟性能、相关防灾设施（火灾探测报警系统、事故照明、疏散通道和疏散指示等）的实际运作效能以及整个系统的综合性能等。

1 某滨海城市地铁线路情况

某滨海城市地铁线路全长约28 km，共设置22座车站（全为地下车站），分两期工程建设。此次热烟测试主要针对第二期工程，该工程线路里程约11 km，设置7座车站，除1座车站为双岛四线结构外，其余车站均为岛式结构（地下一层为站厅层，地下二层为站台层）。车站主体耐火等级为一级，按相关规定设置了各类防灾安全措施。综合考虑上述7座车站的防灾设置情况（详见表1），并经管理和施工单位认可，选择A站站台开展热烟测试试验。A站站台层由设备管理用房区、乘车区及轨道区三部分组成，站台宽度10 m，站台两端布置有降压变电所、车站控制室、照明配电室等设备管理用房及卫生间等。中部为乘车区，并设有通往站厅层的楼梯、自动扶梯和垂直电梯等设施，具体情况详见图1。

2 热烟测试方法和测试装置

热烟测试的火源采用浓度为95%的乙醇池火。火源由4个燃烧油盘构成，单个油盘内部尺寸均为841 mm（长）×595 mm（宽）×130 mm（深），4个油盘燃烧可产生1.5 MW的稳定火源功率。油盘旁边设置烟气发生箱，内置烟饼阴燃产生示踪白烟，通过导烟圆管注入火羽流加以混合卷吸，产生白色烟羽流，如图2所示。

为避免火源对其正上方顶部设施灼烧破坏，特设置钢质保护罩，保护罩四周开放、顶棚钢板封闭，罩内形成2.5 m（长）×2 m（宽）×2 m（高）的燃烧空间。为评价站台层在火灾发生时，烟气能否通过站内排烟系统有效排出，需着重观测站台层的烟气蔓延特性和楼扶梯开口处下行风速等指标。因此，在站台层设置4个热电偶树（与火源的距离详见图1），每个热电偶树设置5个热电偶，每个热电偶的间距由上至下呈由密到疏的特点，最低点高度为1.5 m（人眼高度），由上到下依次编号为1～5号。同时，在楼扶梯位置设置风速测量装置，并采用红外热成像仪观测采集火源及其附近的壁表温度变化情况，随时监控测试过程中是否会对测试现场造成破坏。

3 热烟测试结果分析

3.1 系统联动情况

测试开始后，18 s时刻烟感探头报警，23 s时刻站台火灾工况联动模式启动，空调系统关闭，站台公共区大系统排烟风机、隧道风机系统正常开启，站厅闸机全开，照明转入应急照明模式。火灾紧急工况广播和警铃随后开启，广播声音清晰明确。

3.2 烟气蔓延情况

测试过程中，烟气被火源加热，迅速随热羽流上升并冲击站台顶部，然后转入水平蔓延状态。测试初期烟气层主要集中在站台空间的上部，人体特征高度（1.5 m）没有受到烟气侵扰；测试中期火源高度升高，烟气层在上部空间进一步蔓延，人体特征高度同样没有受到烟气侵扰，如图3（a）所示；测试后期火源功率减小、烟气减少；测试全过程烟气始终控制在1.5 m安全高度以上，如图3（b）所示。到测试结束，受楼扶梯下行风向和挡烟垂壁的作用，烟气没有进入楼扶梯，也没有通过楼扶梯口蔓延至站厅层，烟气的蔓延范围得到了有效的控制。

3.3 温度

火源附近热电偶树T1的温度变化情况如图4所示。可以发现，离地面较低位置处的1.9 m和1.5 m处热电偶温度最高，峰值温度约为200 ℃左右。其他高度位置温度差异较小，最高温度维持在40 ℃～50 ℃范围内，这主要由于1.9 m和1.5 m处距离火源较近，受火源辐射影响较大。通过红外热成像仪获得的热成像（图5）反映的温度情况与热电偶树测量结果完全吻合。

另外，对图1中的热电偶树T2～T4也进行了监测，结果表明T2～T4各监测位置处的温度都较低。除火源附近的T1外，站台疏散路径1.5 m高度及以上烟气层温度均不超过16 ℃，均满足相关判定指标要求。综上所述，火灾时站台层的热烟气对人员危害较小。

3.4 楼扶梯开口下行风速

站台模拟火灾情况下，当通风排烟系统启动后，楼扶梯开口处的向下风速会有显著的升高，然后趋于平稳。采用AVM-05电子风速仪对楼扶梯开口处下行风速进行了测量记录，结果详见图6。可以发现，当测试火源位于站台中间区域时，站台两端楼扶梯开口的平均风速均较大，分别达到2.6 m/s和2.8 m/s，站台中部的楼扶梯口处平均风速相对较低，约2.2 m/s，均满足相关安全评价规范[5]中的热烟测试性能判定指标（≥1.5 m/s），且可以有效阻止烟气向站厅层扩散。然而，在热烟测试过程中设备间存在轻微漏烟现象，建议对设备间的封堵进行全面排查。

4 结论

热烟测试开始以后，18 s时刻烟感探头报警，23 s时刻站台火灾工况联动模式启动，空调系统关闭，站台公共区大系统排烟风机、隧道风机系统正常开，站厅闸机全开，照明转入应急照明模式。车站站台火灾时，相关防灾设施能够满足判定指标要求。因此，可以得到如下结论。

（1）站台火灾情况下，地铁火灾探测报警、通风排烟系统、应急照明的模式切换及其他系统联动时间均在1 min内，满足相关标准要求。

（2）在可用安全疏散時间（6 min）内，除火源附近外，站台疏散路径1.5 m高度及以上烟气层温度均不超过16 ℃，整个测试过程中烟气高度始终在1.5 m以上，满足相关标准要求。楼扶梯开口下行风速为2.2～2.8m/s，可保证烟气不向站厅层蔓延，站台层的热烟气对人员危害较小。

（3）热烟测试过程中，通过对火源附近可能造成灼烧或热辐射危害的区域采取必要的防护，可以避免对建筑造成损坏。同时，采用低残留物、近中性pH值的烟源不会对环境造成污染。

（4）热烟测试过程中设备间存在轻微漏烟现象，说明设备间的封堵存在一定问题，建议对设备间的封堵进行全面排查，从而达到防患于未然的目的。

参考文献

[1] 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.

[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] 钟委.地铁站火灾烟气流动特性及控制方法研究[D].合肥：中国科学技术大学，2007.

[4] 史聪灵，钟茂华，胥旋，等.某地铁车站站台现场火灾烟气实验[A].沈阳：国际安全科学与技术学术研讨会论文集[C].2012.

[5] AQ 8007-2013，城市轨道交通试运营前安全评价规范[S].