對解決地鐵站臺隧道防排煙問題的思考

范東林

（重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司，重慶 401122）

0 引言

近些年來，隨著社會經濟的發展，地鐵的應用越來越多，人們出行得到極大便利的同時也產生了眾多的問題，其中地鐵站發生火災的問題就亟待解決。而且地鐵站臺作為公眾聚集場所，一旦發生火災那么造成的損失不可設想，因此大多數國家都對地鐵站臺隧道防排煙問題極為重視。地鐵站臺隧道防排煙問題對于保障人民生命安全、維護人民利益具有非常重要的意義。

1 地鐵發生火災時的特點

地鐵隧道是指利用開挖而獲得的地下建筑空間。隧道的最外層由泥土和石塊所構成。有內部空間，與外界空氣通過風井風道連接。和地面建筑物不同，有和大氣相通的門窗，但只有和地面建筑連接的管道才作為入口和出口。由于地鐵隧道與地面建筑相比具有上述結構特點，其火災特征主要體現在以下3 個方面。

1.1 氧氣含量急劇下降

由于地鐵內環境相對封閉，所以當火災發生時新鮮的空氣難以得到及時補充，空氣中的氧氣含量會極大降低，而當空氣中的含氧量過低時人體機能工作效率將會極大降低，人們的生命健康安全因此也會受到很大的損傷[1]。

1.2 燃燒煙量大

火災產生的煙霧量與建筑建造時所采用的材質有關，雖然目前地鐵建筑所采用的材料已經普遍采用不燃或難燃材料，但無法避免燃燒時會產生大量濃煙。因此如果在地下隧道內引起大火，則因為空氣中的氧濃度過少、氣體交換無法進行和爆炸反應不完全等，會形成大量的有毒氣體，如CO 等，這將會使隧道內的能見度極大地下降，同時也極有可能導致疏散人員的死亡。

1.3 煙氣不能及時排出

由于地鐵被大量的巖石圍著，這會使得熱量難以交換。當地面發生大火時，大量的煙氣能夠通過破碎的玻璃窗排除，而封閉的地鐵環境中煙會大量聚集無法擴散，這很容易導致溫度急劇上升，而煙霧形成的高速氣流也對人體健康有較大影響。如果對這些高流動性的煙霧和有毒氣體不進行有效控制或消除，它將在短時間內填滿全部站廳、站臺空間，對建筑內人員和救災工作者的正常生活造成巨大威脅[2]。

2 目前防排煙設備情況

因為建設時間不同，國內各地地鐵的通風和排煙系統也各有不同。但整個事情可分成兩種。

（1）將通風和排煙的熱損失為同一個體系，而通風和排煙系統則由同一的事故風機、出風口、風道和風亭等構成。風機葉片可正反旋轉，以實現向整個系統送風或排煙。隧道和平臺內的煙氣流向在隧洞或平臺上的水平方向。如果列車出現了火災事故，通風與排煙模式中應保持在車站隧道出入口上空的風機反向工作，使列車內的煙塵從出口處正吸入風道，并經過風道末端的風亭排出到地底；當隧道內出現了火災事故時，區域風機逆向吸入空氣，通過站臺風機輸出壓縮空氣，使隧道內的煙霧從火災事故發生地流入區域出風口，并經過風管從出風口處進入地底，再經風機支架末端的風亭引至地底。

（2）排煙控制系統與另一個空氣通風控制系統相當獨立[3]。也就是說，整個通氣體系和排出體系都由單獨的風機、消聲器、風道和出風口所構成（排煙系統包括風亭）。進煙口和排煙口設在車站軌道上部和站臺、站廳大廳上方。在平臺中的煙流沿垂直方向流過。圖1為地鐵隧道通風煙氣系統。

圖1 地鐵隧道通風煙氣系統

3 地鐵內通風排煙設備整改建議

隧洞內的事故通風控制系統應當具有下列特征：當旅客堵塞在區域隧洞內時，系統應當能向事件發生地或迎著旅客的事故疏散方位輸入新風。并背旅客的疏散方向通風。但當區域或隧道內出現重大火災事故時，迎著旅客的撤離方位運送新風，并能背旅客的撤離方位排煙。但當車站內出現大火時，則要及時采取措施排煙，并避免煙霧迅速向出口和車站內擴散，以減少其對人體安全的影響。因此一般來說，每個防排煙樓梯分區的總面積都不會大于750，而防排煙樓層范圍又不得超過防火范圍。防煙層劃分，還可利用在擋煙垂墻的屋頂下，突出高不少于500 的柱體實現。如針對站臺和站廳的排煙熱損失量而言，可按每分鐘每平米面積的1m3計算，而排煙設備則按同時排除在二個最大防煙分區的煙量配置，這樣就可以在大火爆發后更有效的處理煙霧。區段隧洞排煙量按單洞區段隧道設計截面的平均排煙流量不少于2m/s 推算，但最大排煙流量不能超過11m/s。列車堵塞在區段隧洞時的總送風量，按區段隧洞斷面風速不少于2m/s 推算，但最大風速不能超過11m/s。而排出機組和煙氣流經的輔助裝置如風閥和消音單元等，溫度應保持在150℃時能持續有效工作1h。同時，排煙口的風速也不能超過10m/s。而且金屬管內的風速也不能超過20m/s。風亭格棚的風風速得超過4m/s。地面進風風亭宜置于空氣清潔的區域，而建筑物內距通風廳的入口部宜維持規定的垂直間距，一般來說應不小于5m[4]。地下鐵道隧道通風控制系統宜設就地控制，車站級控制和中央級控制的三級控制系統。圖2 為某種地鐵長大區間火災實驗裝置。

圖2 某種地鐵長大區間火災實驗裝置

3.1 對通風排煙系統的通風排煙方法加以研究調節

在平臺下和隧道的上部均設置排煙管，將通風系統與排煙系統分別布置。垂直排煙裝置旨在取代水平排煙裝置。由于從底層到頂層，對煙氣本身的擴散規則適用，并且由于煙氣排放管中的氣體減小了在煙氣排出的范圍內壓強，從而在隧道與煙氣排出中間產生了壓力[5]。這些"啜吸效應"提高了煙霧流入隧道內排煙管的速率，進而改善了煙道抽氣效果。另外，內排煙管還有效地把乘客和煙霧分隔，從而更好地保護了乘客的安全。

3.2 利用隧道并行特點對其進行調整改造

上下行隧道的連接通道處均設置甲級防火門，將上下行隧道單獨作為消防分區；并在隧道內設置了應急燈光、蓄光或電池等撤離、轉移的標志，上下隧道之間互為逃生通道。保證了在發生火災事故時，乘客可以迅速地從火災隧道撤離至非火災隧道。因此，乘客不僅可以在火災隧道內免受煙霧的影響，而且可以在非火災隧道內安全有序地逃生。

3.3 增加消防逃生演習提高安全防范意識

通過實際滅火演習活動，在檢查了地鐵列車的消防設施和消防排煙系統的正常工作狀況的同時，也提高了普通民眾在火災事故中的能動性意識。多次開展消防演習可以極大地降低火災真正發生時所帶來的損失。通過人為的方式向地鐵列車中排放巨大的濃煙，從而制造了因大火冒出巨大濃煙的假象，以檢驗列車機組人員、消防人員的緊急情況反應能力，和檢查通風排煙系統的正常工作性能，同時也考察怎樣在最少的時間內把濃煙排出，從而撤離旅客至安全區域，減小火災所帶來的危害。

3.4 提高地鐵排煙風機及相應設施的耐火性能

提高了地鐵排煙設備防火特性的標準，和風機的實用防火特性。改善了電氣線路的實際防火特性，從而使地鐵排煙風機的總體防火特性才真實得以改善，提高了重大或特大火災事故的現實需求。

4 地鐵站臺、 隧道內的通風與排煙存在的矛盾問題

4.1 地鐵隧道在通風排煙方面存在嚴重問題

隧道內排煙的基本原則，是向乘客安全撤離的方向供給反向的迎面空氣氣流。這樣，不但能夠避免煙霧和人朝同一個方向流動，還能夠給疏散人員輸送新鮮空氣。而地鐵隧道內火災位置和車輛著火部位的關系，確定了乘客的撤離方法。乘客的疏散模式也決定了隧道內的排煙組織方案。所以，在隧道內出現火災事故時，起火部位和客車之間的方位關系不但決定了乘客的疏散走向，還決定著事故區間內二端車站的事故風機的輸送和排出方式。在出現火災事故時，著火部位與列出之間也具有三個方位關系，即著火部位設在客車的最前方、中部或后部。如火源在列車前方，乘客應該撤離至列車尾部，即向后方車站疏散。后方車站的事故風機向前方車站提供送風，而前方站點的風機則啟動排風，隧道內的煙流方向和乘客疏散方向完全相反。

如果火源位于列車后部，乘客必須向車頭方向疏散，即前往前方站點。前站的風機向后方車站輸送空氣，而后站的風機則反轉排出，因此在隧道中的煙流方向和旅客疏散方向完全相反。

而一旦火勢出現在列車中間，列車前部的所有乘員都將被撤離至前方的站點。列車后部的所有旅客都被疏散至后車站。而不管列車在區間隧道中的哪里停靠，乘客也必然地會被分成二個部分疏散至隧道二端。在這種情形下，在現行的地鐵隧道排煙系統中，不管采用了什么排煙措施，隧道內的煙流方向都應該和部分旅客的疏散走向相同，這也將威脅同方向旅客的人身安全。

可以看出，地鐵隧道內部的通風和排煙系統現在有一個共同的路徑，這不可避免地會導致煙塵在排放到風道之前與被分散的煙塵在同一個隧道中。這種通風排煙方式既不科學、合理、安全、有效，原則上也不能保證隧道內乘客的安全撤離。這并不能完全解決地鐵隧道內部的通風和排煙問題。

4.2 地鐵站臺樓扶梯口部向下風速的問題

《地鐵設計規范》規定，站臺火災時樓扶梯口部應具有不低于1.5m/s 的向下氣流，以確保煙氣不蔓延至站廳公共區。現實案例中，基本采用的是通過加大站臺的排風量來達到此目標。而最樂觀的理論計算，達到該風速也至少需要30 余萬的小時排風量。這其中已經自動忽略了樓扶梯口部的實際過風面積、站臺公共區與隧道的漏風，這兩項實際影響巨大的因素。因此實際測試時常出現風速不達標的狀況。

鑒于地鐵空間的限制，再繼續在站臺內部增加排風量難以實現，因此在行業內持續有將隧道排風設備引入站臺排煙的想法。這一策略確實能夠非常有效的提高向下氣流的風速并滿足需要，但將煙氣引入隧道內而非直接排出室外，從規范符合角度來講是不合理的。因此，首要的措施應從控制樓扶梯口部的實際過風面積和站臺公共區與隧道的漏風量著手。對于站臺公共區與隧道的漏風，側重于施工質量的進一步提高，而控制樓扶梯口部的實際過風面積則需要更多的封閉站臺內樓扶梯四周的過風部位，主要是兩側既背部。采用防火墻體對站臺的乘客體驗感不友好，設置電動防煙卷簾則占用更多的空間而影響使用。這一方面取決于該類設備的進一步優化，同時還需要業主就消防功能與空間裝飾效果進行取舍。

5 結語

地鐵火災造成巨大的破壞，并將產生嚴重的社會后果。因此，在做好地鐵防火措施，最大限度地減少火災危害的同時，改進地鐵防火排煙設計顯得尤為重要。總的來說，防火措施固然重要，但真正需要注意的是對人們安全用火防火意識進行加強提升，這樣才能在極大程度上減少損失的產生，保障人民的生命健康財產安全不受損失。