基于火灾下地铁人员疏散的电气系统设计研究

文/齐峰阳

摘 要：随着社会和时代的发展，城市交通系统中地铁运输的优势越来越明显。由于其独特的建筑结构和操作环境，车站起火的后果非常严重。为了防止大规模破坏的发生，特别是有效防止和减少火灾受害者的方法，地铁设计要着重参考该情境。地铁安全避难设施十分重要，当地铁上的所有乘客都要到一个安全的地方避难时，消防队员们也要马上进入车站进行灭火作战和营救。从火灾疏离人群的角度出发，主要围绕应急照明设定模式、常规照明除去模式、自动火灾报警系统设计为主等几个方面进行论述，结合一些实际的案例使电气系统在地铁火灾救灾的过程更加具体。

关键词：火灾 人员疏散 电气系统设计

1 引言

地铁是一种大型的轨道交通体系，修建于地下。它不仅标志着全球各大城市以及中型城市交通的最高水准，同时也标志着一个国家的综合国力。乘坐地铁是一种高效、经济、便捷的交通方式。这是现代都市运输体系中最关键的一环。在城市的日常运输中，它扮演了一个十分关键的角色。地铁已成为当地政府在基础设施建设上的一大热点，也是拉动区域经济发展的热门产业。但其与在地基内设置了开口部、窗户和其他设施的地面建筑不同，火灾时乘客很难避难。此外，消防和救助工作非常困难。同时，由于巨大的火灾负荷和地铁的人员密度的特征，使人们很难安全地避难。因此，火灾下地铁人员疏散的电气系统设计研究是非常重要的研究课题。

2 地铁火灾的主要特点

与地下建筑相比，地铁的火灾特性主要反映在以下方面。

2.1 地车站的避难很困难。

由于地铁运营的大旅客流动，到2021年，北京地铁的总行驶距离达到了859km，428站，地铁的平均旅客流动超过1241.1万人次。在这样大的旅客流动情况下，地铁发生火灾事故的话，组织规则性的避难是很困难的，要确保所有乘客的安全避难更加困难。另一方面，地铁的避难状况不好。如上所述，地铁站一般位于10米或几十米的地下，封闭着。除了连接到地面的空气轴，连接到地面的入口和出口的通道也被用作人员的入口和出口，而且在发生火灾事故时，只有安全的避难路径才能连接到地面。另外，紧急避难所一般不设置在地铁站。一旦发生事故，人们必须直接躲到地面上。面對如此巨大的标高差，车站内狭窄的避难通道和售票机等车站的障碍物很多，会给乘客的逃出速度带来严重影响，增加避难的难度。

2.2 车站空气中氧气含量急剧减少

地铁几乎没有连接地下站的部分。地下站被认为是封闭空间。在这样的空间里有火的话，空气中的氧浓度会急剧下降，最终人类活动机能的降低和判断事物的能力会下降，严重的情况下会导致人的窒息和死亡。例如，上世纪伦敦地铁火灾。车站由于设备老化存在大量的易燃物品，同时没有安全疏散图以及必要的消防设施导致。

2.3 车站排放大量烟雾

车站的顶棚、装饰、电管等可燃性很高，车站的新气补充剂量不足，火灾时没有完全燃烧，烟的量和有害气体的产生量会进一步增加。大量浓烟和有毒气体严重影响人们的视线，人们看不到逃生方向，陷入困境，进而增加群众避难的风险。根据相关统计，空气中C0浓度高是导致死亡的主要原因。在第一阶段，随着C0在空气中的浓度的增加，人们很难呼吸，变得无意识。稍长一点就容易死亡。另外，废气中含有大量的二氧化碳。那个浓度达到某个浓度的话，就会导致窒息死。在韩国大邱地铁站发生的火灾，由于受到司机错误操作的影响，导致大量乘客由于涌入的有毒有害气体而瞬间昏厥，使得人员伤亡进一步加重。

2.4 车站的烟排热不良

车站是一个完全由钢筋、岩石和泥土组成的地下结构，因此并没有与地面的建筑结构一样，与外面的窗户相互连接。在这种封闭地方，一旦起火，大量的高温气体不能迅速和外面的空气进行交换，导致地下温度急剧升高，“爆炸”的现象也会随之出现。这使火势在此情况下不断扩大，从而加大了在车站的人员从车站逃生的难度。

如果发生火灾，地铁工作人员安全避险设计的主要目的是保护人员在火灾起火点的安全性，提高逃生的生存几率;第二是保护车站其他地区人员的安全，使资产损失最小化。优秀的工程设计根据不同的工程条件设置了不同的安全避难方法。

3 地铁智能照明控制系统的研究

3.1 地铁智能照明控制系统的基本原则

地铁灯光系统包括许多方面。通常，必须预先制定相关的准则。车站灯光的设计原则是安全可靠，技术先进，便于相关人员的维修与管理，并与车站的建筑风格相适应。

车站灯光的基本内涵是：节能，高效，舒适，安全，环保。按照绿色照明委员会的规定，采用亮灯和高效光源，达到光照和灰度的要求，可以有效地增加灯具的利用率。

车站电力分配原理是采用径向和后车厢电力分布的组合，主要采用径向配电模式。单独设置车站广告的照明（单独设置便于收费）。

3.2 地铁智能照明控制系统中不同等级负荷供电要求

照明的负荷类型按满足其的不同功能用途范围以及使用重要性等分为了下列的三级：一级照明负荷：地下既有车站站厅、站台地面照明、应急电源照明、地下既有区间地面照明负荷;二级照明负荷：地上既有区间道路照明、设备维护管理等用房道路照明等;三级负荷;广告照明。

一类负载必须由双电源和双电路驱动。用于站台和地铁站大厅之间的照明，50%的照明设备使用这种特殊电路;

二类负载应该由二重源单电路线专用线供电;

三类负载可以由单个电源和单次线路提供。当只有一个系统的电源系统工作时，可以断开级别III负载。

在上述电源模式下，当发生站故障时，对于所有三个级别的负载电源都可以切断的消防车，级别III负载装置切断所有非火灾负载，以满足消防车的需要。

3.3 地铁智能照明控制系统中的优化研究

地铁站内的人群聚集区主要是由车站的公用部分和辅助设施部分组成。车站公共空间分为日常交通、车站大厅、站台等。这是一个聚集了大量旅客的区域。与此同时，因为大量的人员和设备，它们的安全性也是最差的;相对于车站的公用部分，它的辅助性设施则是运营人员工作的区域。由于公共空间很重要，因此重点关注的是公共空间的照明。车站、站台和出入口分别设计防火隔离室。这一地区的光照标准通常没有划分，但是在同一级别的大多数都是2001 X。在车站着火时，应关闭作为车站非火源的常规照明。此时，根据火灾代码的要求，车站的紧急照明的标准照度值为51x。另外，火灾时产生的大量烟雾会进一步减弱紧急照明的照度。在图1中，减光系数代表了烟气遮挡灯具照度的强度。图2表明的在烟气中人员疏散的速度和减光系数大小的关系。烟的调光特性进一步减少了车站已经低的公共可视性。而且，直接导致人员避难条件进一步恶化。

4 地铁消防应急疏散照明标志系统的分析和研究

在国内地铁站的设计中，照明电池的电源有两种主要形式：一种是独立电源，另一种是集中电源。下面从以下几个部分进行分析。

独立类型变压器、调压器、电池等各种紧急照明灯具内部通常有很多电子部件，一般来说，系统越复杂，电子设备越多，可能发生更多的潜在事故。而且，紧急设备的电池在使用、维护和失败期间必须充电并释放。还会进一步增加装置故障的可能性。各紧急照明灯可节省多个电子元件，优化灯内复杂的电子电路。各紧急照明灯将根据火灾的需要最简化。集中型由于存在许多独立式电气部件，这种紧急灯在长期活动期间会产生很多热量。这些发热实质上加速了部件的劣化，特别是电池的劣化，缩短了电池的使用时间，这与整个紧急照明系统的耐用年数直接相关。这种非常照明和普通照明之间基本没有区别。在通常情况下，紧急照明采用了工作电源。只有在关机时，电池电源才自动启动。然后，在非常照明系统中使用非常多的电组件、从电池管理和使用寿命的角度来看，集中型紧急照明系统的可靠性高于独立紧急照明系统的可靠性。

独立型这种非常照明设备是通过车站分配的，而一般地铁站有很大的建筑规模。特别是近年来，随着车辆容量的提高，车站规模更加增大，因此车站的紧急照明器具的数量和范围也增加了。由于紧急照明灯的内部电路复杂且有很多电气部件，所以在紧急照明發生故障的情况下，首先很难进行及时的维护和修理，容易造成安全操作中隐藏的危险性。集中型：这个紧急照明系统在特别的分配室里集成了零散的电气零件和电池。而且，那个节省了很多维护时间。独立型这种紧急照明灯中有很多电气部件和电池，结构和设计复杂，整体的紧急照明系统成本高。集中型：这种形式的非常照明灯基本上和普通的好灯一样。为了大幅降低紧急照明设备的成本，只有集中控制室和电池柜的组合根据系统的需要设置在特别配电室可以满足

要求。

独立型的电源，因为电力供应线的铺设而没有额外的要求，而且照明设备结束后由于线路故障而不能正常工作。集中型的电源，一旦故障就会影响系统的安全运作。基于这样的状况，在实际的工程设计中，对电源电缆本身的材料保护、保护模式采取严格的保护对策。集中型紧急照明系统在此类应用场景下不如独立的紧急照明系统。根据以上比较，紧急照明系统中的集中电源模式和独立电源模式具有各自的优点和缺点。根据地铁事业的特点、建设进行灵活设计运用。一个良好的地铁火灾预警电气系统应该具有多方面的优势，可以让地铁的运行更加地安全高效，在发生险情的时候也更容易处置，减少人员伤亡。近几年，很多大厂家生产销售的各类消防及应急用照明系统灯均有过很大程度上的提高，可达150-约160lm/W，实际的工程设计中如选取一些光效度较高的照明系统灯具，完全可以充分满足地铁场所对疏散灯光照度高的要求。有效的降低电源系统风险水平，国家标准《技术标准》也对单台灯具应急和照明应急集中照明电源配置的最低容量分别作出限制，对于应急灯具电源设置的数量集中较多的危险场所，应建议采用多台照明集中应急电源进行分散集中布置系统的方案。

5 结语

总之，作为当前城市交通最重要的手段，地铁相比于其他交通设施更加复杂，且地下建筑结构更麻烦。发生火灾时，会给国家和国民的生活和财产带来巨大损失。因此，我们必须高度注意安全有效地避难。安全避难的要求非常广泛。我们不仅要加强地铁各系统部门的建设，还要加强工作人员和乘客的消防知识宣传，随时改进一些消防设备。另外，在发生灾害的时候，应该制定冷静舒适的避难计划。

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