地鐵車站火災(zāi)煙氣的蔓延與控制探討

王俊杰

摘要：近年來隨著城市的快速發(fā)展，地鐵已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ摺Ｈ欢罔F火災(zāi)也是不可忽視的問題，一旦發(fā)生將會(huì)造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。文章具體分析了地鐵火災(zāi)的特點(diǎn)，并在火災(zāi)煙氣蔓延分布研究的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的地鐵火災(zāi)應(yīng)急控制措施，通過合理排煙方式的布置和應(yīng)急管理措施實(shí)現(xiàn)地鐵火災(zāi)的高效應(yīng)對(duì)。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；地鐵火災(zāi)；煙氣蔓延；應(yīng)急管理；排煙方式

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）15-0101-02

隨著城市化進(jìn)程不斷發(fā)展，地鐵逐漸成為城市建設(shè)中一項(xiàng)較為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也是人們出行較為便捷快速且經(jīng)濟(jì)高效的一種交通工具。然而由于地鐵半封閉式以及人員較為聚集的特點(diǎn)，通風(fēng)和疏散工作都存在很大的難點(diǎn)。而地鐵車站一旦發(fā)生火災(zāi)事故，若未及時(shí)進(jìn)行疏散，則有可能由于煙氣的蔓延造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，極有必要對(duì)地鐵車站的火災(zāi)特點(diǎn)以及煙氣蔓延方式進(jìn)行深入研究，以便更好地應(yīng)對(duì)地鐵火災(zāi)事件。

1 地鐵火災(zāi)的特點(diǎn)

1.1 不完全燃燒造成煙塵

由于地鐵車站處于地下，封閉性較強(qiáng)，人員分布較為密集，因此在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠用來充分燃燒的氧氣含量較少。這樣將會(huì)導(dǎo)致可燃物體的不完全燃燒，而產(chǎn)生大量的有毒煙塵及一氧化碳，嚴(yán)重威脅到乘客的安全。同時(shí)，由于煙塵的影響，使得地鐵內(nèi)能見度大大下降，進(jìn)一步影響了人們的疏散速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在火災(zāi)中死于煙氣影響的人數(shù)占總死亡者的80%以上。

1.2 溫度升高快

由于地鐵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由各種土壤和巖石所包圍，因此在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，大量熱量難以通過接觸向外傳導(dǎo)，從而全都集聚在狹小的地鐵車站內(nèi)部，使得溫度上升速度非常快。且地鐵內(nèi)可燃物體較多，當(dāng)溫度上升到一定程度，將瞬間點(diǎn)燃更多可燃物，造成轟燃現(xiàn)象，反過來又進(jìn)一步促使溫度的上升，造成惡性循環(huán)。導(dǎo)致更大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 安全疏散困難

安全疏散受到地鐵疏散通道安排，地鐵出口個(gè)數(shù)，客流數(shù)量，火災(zāi)情況等各種因素的影響。一方面，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)造成了很多煙塵從而極大降低了人們的可見度，且受到火災(zāi)影響，地鐵內(nèi)的電源可能會(huì)自動(dòng)切斷，導(dǎo)致能見度的進(jìn)一步下降，同時(shí)氧氣含量迅速降低使人員產(chǎn)生呼吸困難和情緒上的緊張，也在一定程度上導(dǎo)致疏散困難。另一當(dāng)面，火災(zāi)產(chǎn)生的煙塵及有毒氣體會(huì)隨著氣流上升，熱量也會(huì)經(jīng)由出入口垂直上升，而這一路徑與人員疏散撤離的道路是一致的，從而會(huì)給人員疏散帶來一定困難。

2 煙氣蔓延分布研究

2.1 煙氣豎向溫度分布

地鐵站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可燃物的燃燒經(jīng)歷了循序漸進(jìn)的三個(gè)階段。第一階段是可燃物燃燒增長(zhǎng)階段，這一階段處于火災(zāi)剛發(fā)生的時(shí)間段內(nèi)，此時(shí)煙氣的溫度是逐漸攀升的；第二階段是可燃物穩(wěn)定燃燒階段，此時(shí)由于火勢(shì)的擴(kuò)大，可燃物的燃燒逐步保持穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)煙氣的溫度也較為穩(wěn)定；第三階段為減弱階段，由于可燃物數(shù)量逐漸減少，可用氧氣逐步稀薄，火勢(shì)也逐漸減弱，此時(shí)煙氣的溫度也相應(yīng)呈降低趨勢(shì)。

在豎向分布上，由于煙氣是逐漸上升的，浮力的作用使得煙氣將大量的熱量帶至上方，因此此時(shí)越接近頂棚的地方溫度上升的速度將會(huì)越快，即整個(gè)站臺(tái)各處均會(huì)遍布煙氣，但在垂直方向上，煙氣的濃度隨著高度的上升而變濃，溫度也隨著高度的上升而變高，且溫度變化是連續(xù)且存在一定梯度的。

2.2 煙氣頂棚射流溫度變化

垂直方向上升的煙氣在遇到頂棚后，攜帶的大量熱量無法釋放，且由于受到頂棚的阻擋，煙氣將會(huì)沿水平方向向四周進(jìn)行擴(kuò)散，而形成了水平流動(dòng)的頂棚射流。這一射流攜帶了大量的熱量，受到空氣浮力作用在上方流竄，而當(dāng)遇到側(cè)壁或擋煙垂壁的遮擋，或是遇到站臺(tái)間的各類遮蔽或維護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，頂棚射流就會(huì)被遮擋下來進(jìn)而發(fā)生回流，集聚在頂棚的下方。當(dāng)越來越多的頂棚射流在某一處聚集達(dá)到某一厚度時(shí)，煙氣就會(huì)在相互作用下向下方下沉，從而在站臺(tái)間形成一層煙氣層，煙氣層攜帶的熱量更多，并會(huì)通過擋煙垂壁進(jìn)一步向其他防煙區(qū)蔓延，逐漸危及到整個(gè)站臺(tái)。因此不論是在哪里，處于火源上方的溫度都是最高的，大量煙氣首先垂直上升聚集在頂棚上，因此頂棚的溫度最先上升。

2.3 煙氣流動(dòng)速度變化

煙氣流在整個(gè)流動(dòng)過程中經(jīng)歷了三個(gè)階段的速度變化。在初始階段煙氣在空氣浮力的作用下逐漸上升，在碰到頂棚后進(jìn)行積累，并形成強(qiáng)烈的氣流漩渦。且在火源附近的溫度較高，熱煙氣在熱浮力的作用下對(duì)周圍的冷空氣進(jìn)行強(qiáng)烈的吸卷，從而使得火源附近煙氣的速度也相對(duì)較快，而離火源越遠(yuǎn)煙氣的溫度就會(huì)越低。當(dāng)煙氣撞擊頂棚形成頂棚射流后，在頂棚上會(huì)形成一個(gè)圓形的氣流撞擊區(qū)域，而頂棚射流層在此圓形區(qū)域的中心處速度最大，向外速度逐漸減小。在頂棚射流逐漸向四周水平擴(kuò)散的過程中，熱煙氣將逐漸吸卷周圍的冷空氣，使得煙氣的質(zhì)量不斷增大同時(shí)攜帶的熱量也逐漸流失，隨之而來的是煙氣速度的降低，此后煙氣速度逐漸衰減。直到煙氣繼續(xù)擴(kuò)散，遇到側(cè)壁或擋煙垂壁時(shí)，由于碰撞形成一定的煙氣回流，并因此產(chǎn)生渦流，速度也隨之發(fā)生較為復(fù)雜的變化。

3 地鐵車站火災(zāi)的應(yīng)急處置

地鐵車站火災(zāi)發(fā)生時(shí)充滿了不確定性和難以控制性，而車站內(nèi)的煙氣擴(kuò)散速度極快且攜帶大量的熱量及有毒氣體，足以奪取乘客的生命。因此地鐵車站火災(zāi)發(fā)生時(shí)應(yīng)及時(shí)根據(jù)地鐵火災(zāi)的特點(diǎn)及煙氣蔓延的路徑方式，通過相關(guān)應(yīng)急措施對(duì)乘客進(jìn)行疏導(dǎo)，及時(shí)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行撲滅，盡量將損失降到最低。對(duì)于地鐵車站火災(zāi)的應(yīng)急處置，主要包括以下兩點(diǎn)：

3.1 合理設(shè)置排煙裝置

地鐵車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，造成較大人員傷亡的就是有毒及高熱量的煙氣。因此在進(jìn)行火災(zāi)應(yīng)急處理時(shí)，最先考慮的就是合理設(shè)置排煙裝置，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)啟用，迅速將煙氣排出地鐵車站外。由于煙囪效應(yīng)，大量的煙會(huì)從各種通道垂直向上流竄，而人員的逃生通道也主要處于上端，尤其是地鐵出口。因此對(duì)于地鐵出入口及站臺(tái)頂部的排煙或擋煙裝置需要充分安裝，保證其運(yùn)能能夠面對(duì)大量的煙氣和熱量，保證乘客從站臺(tái)層向站廳層的安全迅速轉(zhuǎn)移。由于空氣浮力，煙氣將會(huì)首先向上傳導(dǎo)，形成冷熱空氣的分層，對(duì)于乘客逃生必經(jīng)的樓梯，需要合理設(shè)置排煙和擋煙裝置，輔助乘客較好地逃生，順利對(duì)煙氣和熱量進(jìn)行疏導(dǎo)，通過最近的地鐵出入口或是預(yù)留的排煙口迅速將煙排除。此外，當(dāng)火勢(shì)較大時(shí)，應(yīng)采用被動(dòng)擋煙和主動(dòng)機(jī)械排煙相結(jié)合的方式，兩者共同作用才能在最短的時(shí)間內(nèi)將火勢(shì)控制，保證乘客的安全。

3.2 做好應(yīng)急預(yù)案

地鐵車站的火災(zāi)發(fā)生一般較為突然，且撲救困難影響深遠(yuǎn)。因此對(duì)于地鐵管理者而言，提前做好地鐵火災(zāi)的應(yīng)急預(yù)案是十分有必要的。進(jìn)行地鐵應(yīng)急預(yù)案時(shí)應(yīng)考慮到具體的人員安排、火災(zāi)疏散路徑的設(shè)置、相關(guān)設(shè)備開啟流程、火警報(bào)警流程等問題。人員安排上應(yīng)有明確的任務(wù)分工，各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處均應(yīng)有專人負(fù)責(zé)。對(duì)于各類設(shè)備的運(yùn)行和開啟，有條件的情況下可提前做好火災(zāi)模擬，以更好地應(yīng)對(duì)真實(shí)火災(zāi)的發(fā)生。

4 結(jié)語

地鐵火災(zāi)不同于普通地上建筑火災(zāi)，需要根據(jù)其具體特點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。掌握火災(zāi)煙氣的蔓延路徑及特點(diǎn)是進(jìn)行地鐵火災(zāi)控制的基本前提，只有做好了相關(guān)排煙設(shè)施的布置以及應(yīng)急預(yù)案的管理工作，才能充分控制火災(zāi)煙氣的蔓延，合理應(yīng)對(duì)地鐵火災(zāi)的發(fā)生，促進(jìn)地鐵的安全快速發(fā)展。

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