地鐵火災應急救援受困人員空間增氧方法

李國家，李金瑤，李鈺

(1.大連交通大學 基建處，遼寧 大連 116028;2.大連交通大學 土木與安全工程學院，遼寧 大連116028)*

地鐵火災應急救援受困人員空間增氧方法

李國家1，李金瑤2，李鈺2

(1.大連交通大學 基建處，遼寧 大連116028;2.大連交通大學 土木與安全工程學院，遼寧 大連116028)*

研究了利用壓縮氧氣瓶向受困人員處噴灑氧氣來提高人員獲救率的技術，并以天津地鐵下瓦房站臺發生火災后所需氧氣量為實例進行了計算.提出的理論和措施同前幾項研究成果共同構成的地鐵火災應急救援體系可以為今后的火災救援提供理論支持，并且為減少地鐵火災群死群傷現象獻言獻策.

地鐵火災應急救援;增氧;氧氣瓶供氧

0 引言

我國的地鐵事業正在蓬勃迅速地發展，目前已有廣州、上海、天津、南京、沈陽等城市的地鐵建成投產運營，大連、無錫、青島等地鐵也在緊張的建設當中.然而，快速的建設也會帶來弊端，這些年來，我國地鐵火災事故時有發生.由于地鐵的空間相對封閉，內部人員逃生和外部救援力量進入火災現場都比較困難，現在還沒有特別有效的方法能夠降低地鐵火災中的人員傷亡，因此尋求有效快速的救援方法減少地鐵火災中的人員傷亡是十分迫切和必要的［1-2］.

地鐵火災應急救援的關鍵技術主要有三點［3］:第一，降低火場及其周圍高溫;第二，地鐵火場及其周圍有毒氣體的凈化;第三，增加地鐵火災發生地受困人員處的氧氣含量.對于前兩個關鍵技術，我們已經在此前發表的論文中進行了比較系統的理論分析并進行了FDS軟件模擬，我們得出采用高壓水噴霧滅火降溫的方法和CuCl-MgCl2溶液絡合吸收一氧化碳的方法［4-7］，并提出應用地鐵火災應急救援車實施救援可以大大提高救援效率的結論，地鐵火災應急救援車也已申請成為專利［8］.本文就第三點關鍵技術進行理論分析和研究，并結合天津地鐵下瓦房站的工程實例得出結論，希望可以對今后地鐵火災救援提供幫助.

1 地鐵火災缺氧分析

地鐵的可燃物主要有報刊亭、商鋪、沙發、靠墊、廣告牌、燈罩以及旅客隨身攜帶的書包、衣物等.地鐵失火極易引起電力火災或者由于本身電力系統故障引發火災，此時地鐵內部通風系統無法正常運行，可燃物燃燒迅速消耗氧氣，大量有毒氣體產生，氧氣的含量會急劇的下降，可以低至人呼吸的安全限值氧含量18%，甚至會降到3%左右.此時的缺氧為低張性缺氧，如果氧氣含量增加人就可以繼續生存.因此如果想要維持人的生命需要向地鐵系統供給氧氣.并且氧氣供給前必須確保地鐵內的溫度已經降低至可燃物無法復燃的溫度值，避免氧氣含量增加引起二次火災.

2 增氧技術

地鐵列車發生火災，氧氣含量降低后，外部救援人員可以將移動式地鐵火災應急救援車上攜帶的壓縮氧噴灑到人員聚集的地方，增加此地的含氧量，為人員生存、逃生提供條件.本文選取站臺需氧量作為研究對象的主要原因是:地鐵站臺處相對于隧道內需氧量較大，而且通常要求列車在隧道內發生火災后也應盡量行駛到站臺處實施救援.

2.1 總需氧量

站臺需氧總量要分為兩部分計算:一是空氣中的最低含氧量;二是滿足人體呼吸所需的氧氣量.

(1)空氣中最低的含氧量

空氣中氧氣含量18%為人體的安全限值，因此本文將氧氣含量18%作為安全值進行計算.

本文以天津地鐵1號線下瓦房站為例進行計算.該車站由主體、出入口和通道、通風風道和地面風亭等3部分組成.其中主體長120 m，寬為18.2 m，站臺凈高3.35 m，站廳凈高 3.35 m.假設火災時整個站臺的氧氣含量都降低到了零，以最危險的狀態進行計算.

站臺的空氣量的計算公式為:

式中，V為站臺的體積，m3;a為站臺的長度，m;b為站臺的寬度，m;c為站臺的凈高，m.

代入相關數據，即:

維持人體正常生命的安全限值所需的氧氣量為:

(2)人體呼吸所需的氧氣量

表1為標況下，人體呼氣、吸氣后肺泡氣中各成分百分比.天津地鐵1號線采用B型車，每列車定員1 425人.除此之外，還有站臺的候車人群，假定候車人群按最擁擠時每平米6名乘客計算［10-11］.候車臺主體長80 m、寬11 m.

表1 標準狀況下，人體呼氣、吸氣和肺泡氣中各成分百分比 %

在靜息狀態下，人體每分鐘需要的氧氣量的計算公式為:V氧氣=V通氣量(a－b) (2)式中，V氧氣為人體每分鐘呼吸所需要的氧氣量，單位L;V通氣量為在靜息狀態下，人體每分鐘的通氣量，單位L;a為人體吸入氣中氧氣含量的百分比;b為人體呼出氣中氧氣含量的百分比.

注:上式各變量取值皆為標準狀況下(溫度為0℃和大氣壓強101 325 Pa)的值.

按照人體每分鐘通氣量4 L計算，代入其余數據，即:4 × (20.96% － 16.4%)=0.182 4 L

故每個人每分鐘所需要的氧氣量為0.182 4 L，即 1.824 ×10－4m3.

滿足整個站臺所有人每分鐘呼吸所需要的總氧氣量為:

根據《地鐵設計防火規范》［12］規定:提升高度不超過三層的車站，乘客從站臺層疏散至站廳公共區或其他安全區域的時間應小于或等于6 min.本文也以此時間數值作為計算氧氣量的依據.因此6 min內滿足站臺和車廂內所有人呼吸所需的氧氣量為:1.22 × 6=7.32 m3

(3)總氧氣量

天津1號線一節車廂所需的總氧氣量即為車廂的需氧量與人體的需氧量之和.即:

為了安全起見，所需氧氣量需要乘以一個安全系數1.2 ～1.5，本文選取 1.5，那么得到所需氧氣量總和為1 986.48 m3.故天津1號線下瓦房站臺所需的總氧氣量為1 986.48 m3.

2.2 氧氣瓶供氧

由于工業氧氣瓶質量要求較低，會使鋼瓶的內部銹蝕.并且工業氧氣當中存在乙炔、二氧化碳、一氧化碳等對人體有害的雜質.因此地鐵火災增氧時，選取醫用氧氣瓶較好.

根據GB/T 14194－2006《永久氣體氣瓶充裝規定》［13］如表 2.

表2 氧氣在不同充裝溫度下氣瓶的最高壓力

本文選取在20 MPa的公稱工作壓力下，充裝溫度為25℃.由上表知，在20 MPa的公稱工作壓力下，充裝溫度為25℃時，氧氣瓶的最高充裝壓力為20.3 MPa.根據理想氣體狀態方程，有:式中，P為氣體壓強，Pa;V為氣體體積，m3;T為氣體的絕對溫度，k;1，2分別為不同的外界情況.代入相關數據，得:

因此整個站臺所需的20.3 MPa的壓縮氧氣為10.8 m3，即需要規格為1 m3的氧氣瓶11個.

3 結論

(1)根據地鐵火災應急救援的三個關鍵技術，應用氧氣瓶實施給氧救援的前提條件為:地鐵火災應急救援車上裝載全部救援設施，利用高壓水噴霧進行滅火降溫，降低火場有害氣體濃度.以免氧氣濃度提高，加大火勢;

(2)本文在分析缺氧危害的基礎上給出了增氧的必要性，并確定用醫用氧氣瓶進行增氧.氧氣噴灑量包括失火空間空氣中維持人員生存的最低含氧量與滿足受困人員在規定時間內呼吸所需的氧氣量，以天津地鐵下瓦房站臺為例理論分析、計算出了整個站臺發生火災時所需標準狀況下氧氣的體積為1 986.48 m3，所需的 20.3 MPa下的壓縮氧為10.8 m3，可用11個1 m3的氧氣瓶供氧;

(3)氧氣瓶上安裝減壓閥，并配有汽化器和噴槍，以便將液態氧轉化為氣態氧，并迅速向受困人員噴灑氧氣.氧氣瓶及其配套設施一并裝載于地鐵火災應急救援車內，與其他裝備協調有序地作業.

［1］馬德芹，藺安林.地下鐵道與輕軌交通［M］.成都:西南交通大學出版社，2003.

［2］鄧艷麗，譚志光.地鐵火災研究現狀綜述［J］.安防科技，2008(1):6-8.

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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

遼寧省教育廳高等學校科學研究計劃資助項目(L2010089)

李國家(1967－)，男，高級工程師，碩士，主要從事施工技術與安全工程的研究

E-mail:liang1166@djtu.edu.cn