地鐵區間列車中部火災人員疏散受煙氣影響分析

張穎 張彪 侯佳麗

摘 要：為了研究地鐵區間隧道內列車中部發生火災時人員疏散受煙氣的影響，以 A 型車為例，運用 FDS 軟件模擬火災煙氣對乘客疏散的影響。研究結果表明，列車內部火災煙氣對人員的主要危害指標為溫度，疏散平臺處火災煙氣對人員的主要危害指標為可見度。

關鍵詞：地鐵;列車中部火災;人員疏散;煙氣;可見度;氧含量

中圖分類號：U231.96

0 引言

GB/T 33668-2017《地鐵安全疏散規范》將行駛方向上的列車首末節之間的車輛起火定義為列車中部火災。列車中部火災的提出是區間人員疏散工作的細化，有利于保障疏散乘客的安全。但傳統的通風排煙模式無法滿足列車中部火災時在區間內進行疏散的要求。列車中部發生火災時，車內乘客被著火點分為車頭側和車尾側2部分疏散人群，疏散人員向遠離火源的車頭和車尾

2個方向進行疏散。此時在任何一側進行排煙，都會造成該側乘客疏散不利。為了研究此火災場景下火災煙氣對人員疏散的影響，用火災模擬軟件FDS（ Fire Dynamics Simulator）模擬無通風排煙模式下火災煙氣對乘客疏散的影響。

1 模型建立

1.1 列車模型

列車模型選用A型車，6節編組，車輛編號由左至右分別為1～6號，其中，1號、6號車為單司機室車輛，車廂長23.6m，寬3m，高3.8m，車內能夠站立人的有效長度為21.88 m，有效寬度為2.75m，有效高度2.1m。2號、3號、4號、5號車為無司機室車輛，車廂長22m，寬3 m，高3.8 m，內部能夠站立人的有效長度為21.03m，有效寬度為2.75 m，有效高度2.1 m。每節列車5對車門，車門尺寸為1.3 m×1.8 m（寬×高）。每節車輛載員座席56人，定員310人。列車模型如圖1所示。

1.2 區間隧道模型

我國車站間距在城市中心區和居民稠密地區宜為1km，因此本文區間隧道的模型長度選用1km。隧道為單線盾構圓形隧道， 斷面直徑5.5m ，疏散平臺寬度為700mm。隧道模型如圖2所示。

2 模擬參數

FDS是由美國國家標準與技術研究院（NIST）開發的一種通用火災模擬軟件，其通過數值方法求解Navier-Stokes方程來分析燃燒過程中煙氣和熱傳導的過程。

2.1 火源設定

火源設置于列車中部3號車廂與4號車廂的連接處，火源尺寸為1m×1m×1m（長×寬×高），火源類型為t 2火，火源熱釋放速率與時間的關系為Qf = αt 2，其中火災增長系數α為0.04689，火災發展等級為快速火，火源最大熱釋放速率為Qmax = 10MW 。

2.2 危險性判定

根據國內外火災事故、火災試驗結果來看，煙氣是威脅人員安全的主要因素。當煙氣層某些參數增大到一定值時，便會對人員構成危害。本文選取煙氣中能對人員健康造成直接危害的溫度和毒性作為安全評價指標。當煙氣層降到人眼特征高度以下，煙氣溫度高于110℃時，高溫煙氣將會通過直接燒傷或吸入熱煙氣對人員造成傷害?？紤]到列車內部空間封閉以及疏散平臺處疏散環境復雜，本文增加車廂內氧含量指標和可見度指標，見表1。

2.3 疏散時間

從火災發生到乘客開始疏散的時間T1決定了乘客在疏散平臺進行疏散時火勢的大小、煙氣的多少、環境溫度的高低以及有毒氣體的濃度等，T1越大則疏散平臺開始疏散時煙氣對于乘客的危險性越大。從火災發生到乘客開始疏散的時間T1可分為火災發生到列車被迫停車和車門開啟2個階段。根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》，地鐵列車的旅行速度不宜低于35km/h，對于1km長的隧道需要103s的運行時間?？紤]正常運營時列車的開門時間不大于19s，則T1≤103s+19s≤122s。本文選取T1的最大值122 s作為疏散時間進行模擬。

2.4 疏散方式

目前國內區間隧道乘客疏散的方式有以下3種。

（1）我國早期建設的地鐵發生事故后，由于列車車廂間不貫通，乘客通過乘客門下車至第三軌電絕緣保護罩上，乘客扶著列車或隧道壁步行至最近車站。典型代表為北京早期地鐵。

（2）通過列車端頭門下車后步行到最近車站。此種疏散方法的列車車廂之間全部貫通，列車發生事故?？吭趨^間后，乘客通過列車端頭門下車至軌道，步行至最近車站。典型代表為香港地鐵。

（3）通過側向疏散平臺進行疏散。在地鐵區間內設置側向疏散平臺，列車發生事故?？吭趨^間后，乘客通過乘客門下車至與列車地板同一高度的疏散平臺進行疏散。

本文采用應急疏散平臺的方式進行疏散，人員數量按每節車輛超員310人計算，共1860人。有關學者通過對地鐵車站行人的攝像觀測和數據統計，得出了地鐵出行的人員比例及疏散速度，見表2。

3 模擬計算分析

3.1 列車車廂內火災危險指標對乘客影響分析

列車車廂內發生火災后，火源附近的溫度和一氧化碳濃度逐漸升高，氧含量逐漸降低。通過FDS對車廂內環境進行模擬，得到列車車廂內火災危險范圍隨時間的變化曲線，如圖3所示。

由圖3可以看出，列車車廂內發生火災后，火源位置處3種危險指標達到危險值的時間分別為62.7s（溫度指標）、165s（毒性指標）和179s（氧含量指標）。隨著火勢的發展和煙氣的蔓延，火災的危險范圍逐級擴大，其中溫度指標的蔓延速度遠遠大于毒性指標和氧含量指標。在T1 = 122s時間內，僅有溫度指標達到了危險值，其危險范圍半徑為3m，對車廂內乘客的危害較小。由此可知，列車在區間發生火災后，可以繼續行駛到相鄰車站進行疏散，此時車內乘客應遠離著火區域。

3.2 疏散平臺處火災危險指標對人員疏散影響分析

火災發生122s后列車被迫停車并開啟車門進行疏散，車內乘客通過疏散平臺側的車門進行疏散。其中1號、2號、3號車廂內的乘客和4號、5號、6號車廂內乘客分別向遠離火源的2個不同方向進行疏散。通過FDS對疏散平臺范圍內的火災環境進行模擬，得出火災煙氣對乘客疏散的影響，見圖4。

由圖4可以看出，3種危險指標首先在距離火源最近的一個車門處到達人體耐受極限，時間分別為452s（毒性指標）、126s（溫度指標）、164s（可見度指標）。其中毒性指標到達人體耐受極限的時間最晚，影響范圍約為18.5m，對人員疏散無影響;在距火源30m范圍內溫度指標到達人體耐受極限的時間稍晚于乘客離開該區域的時間，對人員疏散有潛在威脅;在20m范圍內可見度指標指標對人員疏散無影響，在20m到350m范圍內可見度對人員疏散影響較大，在350m之后可見度指標對人員疏散無影響。

4 結論及建議

（1）地鐵列車中部發生火災時，在火源最大熱釋放速率為10MW情況下，列車繼續行駛122s（含開門時間19s）后被迫?？吭趨^間疏散乘客。列車內部火災煙氣對人員的主要危害為溫度指標，疏散平臺處火災煙氣對人員的主要危害為可見度指標。

（2）地鐵列車發生火災后，列車車廂內火災煙氣對乘客的危害指標主要為溫度，其危害范圍隨時間逐漸增加。因此，列車在區間發生火災后，在未失去動力的情況下，應快速行駛到相鄰車站組織疏散，此時車內乘客應遠離著火區域。

（3）通過疏散平臺進行疏散時的開始階段溫度指標對人員疏散有潛在威脅，時間T1越長，車廂內火災煙氣溫度越高，列車開門后疏散平臺處溫度指標的影響范圍越大。

（4）通過疏散平臺進行疏散，可見度指標不會直接對疏散人員的身體構成危害，但會影響人員的疏散速度，增大人員疏散難度。因此，應在疏散平臺的外邊緣設置警示燈具，以降低可見度對人員疏散的影響。

（5）被迫停靠在區間的列車中部火災，火災煙氣未對疏散人員的身體構成直接危害。因此，縱向通風排煙可待某一疏散方向的人員全部疏散至安全區域后啟動，啟動時間可根據圖4中的疏散時間曲線確定。

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收稿日期 2019-06-19

責任編輯 朱開明