地铁火灾安全疏散

关键词： 交通 城市 火灾 地铁

地铁火灾安全疏散（精选十篇）

地铁火灾安全疏散 篇1

针对地铁安全的重要性,国内不少学者都对地铁车安全疏散做了研究。根据2013年修订的《地铁设计规范》中的要求,车站站台公共区的楼梯、自动扶梯、出入口通道应满足发生火灾时,能在6 min内将一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到安全区[3,4]。然而为了进一步深入准确分析地铁疏散,本文通过实验和模拟仿真相结合的方式,首先利用Pyrosim软件对地铁列车进行火灾模拟,确定安全疏散时间,再利用Pathfinder疏散模拟软件,针对站台、隧道以及人流状态进行了疏散模拟分析。

1 地铁列车火灾模拟

1.1 Pyrosim软件建模

Pyrosim是一款消防模拟的软件,用于对火灾中产生的温度、烟气浓度、毒性气体等进行预测分析[5]。根据某地铁车的车体结构,利用Pyrosim进行建模。模型建立中所需材料的物理化学参数,通过厂商提供和实验检测获得,火灾仿真模型如图1所示。所选用的部分材料及尺寸如表1所示。

将火源设置在车厢中部合适位置,并将火源的热释放速率设置为2.2 MW,在车厢中合理布置传感器及切面。

1.2 地铁列车可用安全疏散时间

通过上文建立的模型进行仿真,分别对地铁火灾中影响人群疏散的两个重要指标烟气浓度(可见度)、毒性气体(CO)进行统计分析,统计结果如图2、图3所示。

从图2和图3的数据能够发现,CO的浓度始终未超过70 kg/m3,未达到对人体构成危害的程度,而能见度在136s之后急剧下降至3m左右,此时的能见度已经影响人员在车厢内的正常行走速度。

2 地铁列车应急疏散演练实验

为了更好的评估地铁列车的安全疏散性能,针对一辆6编组的B型地铁列车进行了紧急疏散实验。本次演练实验的内容分为两种工况,分别为,车内外转移、站台疏散。

2.1 车内外转移

在车内转移部分,在1号车厢安置250人(AW2工况),250人全部转移到2号车厢(空),并从2号车厢的1侧车门撤离。具体路线如图4所示,演练实验实际场景疏散如图5所示,车内外转移实验各阶段耗费时间如图6所示。

从时间统计图中可以看出,一节满载旅客的车厢内的乘客全部转移至其他车厢,从响应至转移完毕将耗时125 s。

图5 1车开始转移、全部转移至2车、2车全部转移离开Fig.5 Passengers of 1 carriage begin to transfer,all passengers transfer to 2 carriage,all passengers of 2carriage transfer to leave

2.2 站台疏散

在站台疏散演练实验部分,75人在1号车厢尾部,50人在2号车厢头部,50人在2号车厢尾部,75人在3号车厢头部。疏散演练路线示意如图7所示。为了更加逼近真实火灾场景,实验中采用无害白烟烟雾弹模拟烟气扩散。实际场景状况如图8所示。

实验中人群对起火的总响应时间为15 s(其中2号车厢头部响应时间为15 s,2号车厢尾部响应时间为11 s),车内转移完成总耗时26 s(其中2号车头部乘客转移耗时20 s,2号车厢尾部乘客转移耗时26 s),地铁车进站共耗时120 s(转移全部完成后经过80 s地铁进站),进站后车门打开时间为4 s,乘客全部离开的总时间为38 s(其中1号车从4个门撤离耗时22 s,2号车从2个车门撤离耗时38 s)。可知,本次演练的总耗时为162 s。

其中,通过对演练录像的回放可以发现,烟气从车厢中部扩散至整节车厢影响能见度约耗时120 s,小于Pyrosim仿真中的136 s。这是所采用的烟雾弹产烟能力较强所致,相信Pyrosim的仿真时间是接近真实场景的。还可以发现在静止环境中单节车厢内的烟气向其他车厢扩散能力较弱,但是在车门打开乘客开始转移时,烟气将迅速向相邻车厢扩散,此时乘客应尽快撤离。

图8 2车起火、2车乘客全部转移完毕、所有乘客全部撤离车厢Fig.8 2 carriage is on fire,the transfer of all passengers of 2carrige is completed,all passengers left the carriage

3 地铁列车应急疏散仿真

3.1 Pathfinder疏散软件

Pathfinder是一款由美国公司设计的人员疏散逃生智能模拟软件。在Pathfinder中人员的运动模式分为SFPE模式和steering模式,其中SFPE模式以流量为基础的最基本的行为,人员将自动移动到最近的出口,人员之间不会相互影响,但队列符合SFPE假设;steering模式是采用路径规划、指导机制、碰撞处理相结合的方式控制人员运动,如果人员之间的距离和最近点的路径超过某一阈值,可以再生新的路径从而适应新的形势[5,6,7]。Steering模式中允许人员与人员、人员与环境之间相互影响,所以在一定规模的模拟中,只要参数设定合理则更接近真实情况。缺陷是因为没有与火灾进展状态有关的功能,不能够根据火灾演进情况(烟浓度,门的可见度等)来直接估计情况的变化[8]。这里将通过对真实环境的模拟演练,来校准设置Pathfinder的参数,以使仿真结论进一步接近真实。

3.2 参数校准

通过回顾实验时所录制的演练视频,记录人员行走的距离和时间,得出参演人员的行走速度,再对统计的速度进行正态性检验可知。实际参演人员的速度服从均值为1.42 m/s,标准差为0.23 m/s的正态分布,如图9所示。

在模拟仿真中,人的运行速度和人类模型的肩宽对最终的疏散结果起到了至关重要的影响。因此在仿真运算中将人的行走速度设置为服从均值为1.42 m/s,最大值为2.10 m/s,最小值为0.68 m/s,标准差为0.23 m/s的正态分布。将人类模型的肩宽大小设定为,男性服从均值为31.36 cm,标准差为2.56 cm的正态分布,女性服从均值29.42 cm,标准差为1.93 cm的正态分布[9,10]。其他因素如舒适距离、碰撞反应时间、加速度时间等,根据疏散演练中所记录的情况对其进行合理设置。

图9人员行走速度分布Fig.9 Personnel walking speed distribution

3.3 站台疏散与隧道疏散对比

由于地铁列车运营的特殊环境,如车厢内突发火情,可选择的疏散方式有将车驶入站台进行疏散和临时停车在隧道内疏散两种。现针对这两种情况进行疏散模拟分析。首先根据文献[4]中所规定的地铁设计标准,设置符合规范的简化站台与隧道工况环境。这里设置隧道内的疏散平台宽度为1 m,满足单线隧道疏散平台的最低要求。站台选择岛式站台,站台平面设置为长115 m宽11 m。站台平面有4组楼梯,每组楼梯包括上行自动扶梯和楼梯,上行自动扶梯宽度为1 m,楼梯宽度为2.5 m,自动扶梯和楼梯的最大通过能力均满足《地铁设计规范》要求。现对两种疏散方式进行比较。

所模拟的疏散状况为全车满载1 400人,车辆中部的3号车厢发生火情,车辆所载人员需要紧急离开,列车一侧车门打开,乘客不可以从发生火情的车厢门撤离。站台疏散的工况环境设置为一个岛式站台,长1 145 m,宽11.5 m,距离上层平台5 m,有4个楼梯出口,每个楼梯出口有一个宽2.5 m的楼梯和一个宽1 m的自动扶梯。认为所需疏散的人员全部到达楼上平台并从出口离开则疏散结束。隧道疏散的工况环境设置为地铁车在隧道内紧急停车,人员从隧道内的疏散站台离开,隧道内疏散站台的宽度按照《地铁设计规范》的要求,这里设置为宽1 m,根据文献[11]中对地铁B型车的研究,这里认为乘客在隧道内离开列车30 m的距离后达到安全状态[11]。

仿真中对乘客的速度和肩宽等限制,采用上节中实验与仿真比较得到的参数,根据地铁列车内部特殊环境,合理设置人员能够通过的路径,仿真情况如下图10和图11所示。

图10站台疏散仿真Fig.10 Platform evacuation simulation

图10和图11分别对应了疏散软件对应时间的模拟状态,站台疏散总共耗时252.8 s,而隧道疏散总共耗时663.3 s。不难发现同样是1 400人的疏散状态,隧道由于其狭窄空间限制,只是疏散远离车厢30 m的距离就花费了约10min的时间,远远难以满足地铁疏散6min安全时间的规定。相比较而言站台疏散则相对快捷安全。

4 结论

通过针对地铁火灾环境的疏散演练实验以及建模与仿真研究,可以得到如下结论。

(1)通过地铁列车的燃烧热释放仿真和疏散演练实验,可以发现地铁火灾中,烟气导致的能见度降低,将有可能对人群疏散构成影响,在车门打开后烟气将会加速向相邻区域扩散。

(2)通过对地铁车站的疏散仿真可以发现,地铁列车火灾中,站台疏散的疏散时间明显低于隧道疏散,在地铁列车火灾中应尽量使用站台疏散。

(3)地铁的站台疏散能够满足《地铁设计规范》中,人群疏散撤离时间小于6 min的规定。

(4)通过真实疏散演练实验可以发现,火灾数值模拟软件Pyrosim和疏散仿真软件Pathfinder可以在火灾安全分析中提供建设性的帮助。

参考文献

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地铁车站站台火灾中人员的安全疏散 篇2

笔者分析了地铁站台火灾时火灾临界危险条件和人员的疏散特点,提出了地铁站台火灾中人员安全疏散模型,确定了人员安全疏散时间的计算方法;应用火灾模拟软件SMARTFIRE4.0对某地铁站站台着火时温度和烟气浓度的发展进行了数值模拟研究,据此得到人员安全疏散可利用的时间;结合该站台着火时的具体情况,计算了人员安全疏散所需要的时间.研究与计算结果表明:该地铁站火灾时,站台至站厅的`楼梯是整个疏散过程的瓶颈,而楼梯的疏散能力主要受人员流量和楼梯的有效宽度所制约,据此提出了相应的解决方法.

作 者：谢灼利 张建文 魏利军 刘骥 作者单位：谢灼利,张建文(北京化工大学化学工程学院)

魏利军,刘骥(国家安全生产监督管理局安全技术研究中心)

刊 名：中国安全科学学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINA SAFETY SCIENCE JOURNAL 年，卷(期)： 14(7) 分类号：X92 关键词：地铁站台火灾   人员疏散   疏散时间   数值模拟

地铁火灾安全疏散 篇3

1.高层建筑的火灾特点

1.1火势蔓延快

在各种类型的高楼大厦中均配有大量的现代化设备并进行过豪华装修，其中不少装饰材料为可燃物，稍有不慎或意外即可招致火灾。贯通全楼的电梯井、排气道、管道井、电缆井等竖向井道则因其火灾时的烟囱效应，使火势迅速扩散至上层。如一座高100米的建筑，在无阻挡的情況下，烟气能在半分钟内达到顶层。

1.2疏散困难

高层建筑层数多，垂直疏散距离长，人员需要较长时间才能疏散到安全场所，而烟气上升速度则远远大于人员逃生速度。据统计，高层建筑火灾死亡中有60%的人是被烟气熏死的，这为疏散被困人员造成了很大的困难。

1.3扑救困难

消防队员登楼扑救不易，消防队员不但体力和装备所达到的高度十分有限，而且还要在高温缺氧、浓烟、有毒的险恶环境中救援。

2.高层建筑发生火灾时人们的心理特征

2.1“归巢”性

所谓“归巢”性，即指人有习惯于走老路的“归巢”本能。疏散时首先奔向经常使用的出入口或楼梯。例如在旅馆或剧场发生火灾时，一般旅客和观众习惯于从原进口逃生，很少寻找其他出口或楼梯疏散。由于到高层建筑内部人员多乘坐电梯，疏散时还大多奔向电梯方向。

2.2趋光性及向阔性

趋光性及向阔性是指人有趋于明亮方面和开阔空间的本能。例如在旅馆发生火灾时，人们从居室冲向走廊，走廊一端黑暗一端明亮，则人们一般向明亮方向疏散。

2.3恐烟性

即人有害怕烟火的本能。即使当时处于安全场合或出口附近，但若发现前方有火光烟雾，人们也将会奔往相反的方向，即避难者的行动具有多面性，若只在一个方向配置安全出口，便可能导致有的人员无法脱险。

2.4从众性

即在恐慌中对群体行动怀有信任感而往往不假思索地跟着走。火灾时不知所措的程度急剧增加，导致正常行为失态或没有时间形成自己的判断，无形中产生随大流意识，跟随他人行动。

3.高层建筑安全疏散设计的若干对策

对于综合性的大型建筑，主要安全疏散设施是指疏散楼梯、公共走道和门；对于高层旅馆、饭店和写字楼，还有安全疏散辅助设施，如疏散阳台、缓解器、救生袋等。结合以上几点高层建筑的火灾特点，从下面几个方面来谈谈其安全疏散设计的对策。

3.1合理布置安全疏散路线

发生火灾时，按照人们的“归巢”性，人们往往首先考虑并经常使用的路线和火灾时紧急使用的路线有机地结合起来，有利于迅速而安全的疏散人员。因此，在布置疏散路线时，既要力求简捷明了，便于寻找、辨别；又要不致因受某种阻碍反向而行，并要特别注意疏散楼梯的位置，一般地说，疏散楼梯靠近电梯布置是恰当的，同时，要防止疏散楼梯与消防电梯合用一个凹廊作前室。因为这种布置方法，在火灾时会发生疏散人员与消防人员的流线交叉和相互干扰，有碍安全疏散和消防扑救。

3.2合理布置环形、双向走道或无尽端房间的走道

在高层建筑设计中，应根据建筑物不同使用性质、采用结构类不同等因素，尽量布置环形走道、双向走道或无尽端房间的走道、“人”字型走道。这样布置交通的优点是，既方便平时使用，火灾时又能迅速使人们安全疏散。如，高层住宅建筑，一般采用无尽端房间的外廊式或内廊式走道，对于塔式住宅，其特点是以电梯、楼梯和公共走道组成一个平面核心，所有的住户都分布在核心的四周。这种平面形式布置紧凑，既方便平时使用，又便于火灾时紧急疏散。办公和旅馆高层建筑，凡采用大空间办公室的，大多采用环形走道或双向走道。

3.3合理布置疏散出口

在建筑物中任何部位最好同时有两个或两个以上的疏散方向可供疏散。避免把疏散走道布置成袋形，因为袋形走到的致命弱点时只有一个疏散方向，火灾时一旦出口被烟火堵住，其走道内的人员就很难安全脱险。

在条件许可时，疏散楼梯间及其前室，应尽量靠近外墙设置。因为这样布置，可利用在外墙开启窗户进行自然排烟，从而为人员安全疏散和消防扑救创造有利条件；如因条件限制，将疏散楼梯布置在建筑核心部位时，应设有机械正压送风设施，以利安全疏散。

有的综合性高层建筑有多种用途，如地下一层为汽车停车库，地上几层为商场营业厅，商场营业厅以上若干层为办公室，在办公室以上若干层是旅馆或公寓。为了便于安全使用，有利于火灾时紧急安全疏散和营救，在设计中必须做到车流与人流和消防营救安全分隔，百货商场与其上各层得办公、住宿人员分隔。

3.4合理布置疏散楼梯

这是疏散道上的第二安全区域。为保证在火灾时人们迅速安全疏散，对于旅馆、办公建筑、教学、科研建筑、医院、商业建筑、邮政建筑、电力调度建筑、广播电视建筑、通廊式住宅等或其每个防火分区，应设有两个不同疏散方向的疏散楼梯。从安全疏散角度看，上述布置方式有以下作用。

3.4.1由于是两个不同疏散方向的安全出口，就可以避免将两个疏散出口（主要是楼梯）布置在建筑物同一层平面相距很近的一侧，在发生火灾时就可避免人群拥挤而出现混乱的情况，也可避免两个出口全被烟火封住，失去两个出口的作用，造成不应有的损失。

3.4.2可为人们迅速安全疏散创造有利条件。由许多火灾实例和试验得知，人们常常寻着平时的行动习惯进行紧急情况下的行动。例如，在火灾情况下，首先向熟悉的疏散路线冲去，但由于争相逃命，惊慌异常，有可能奔向窄狭地点，以致不能很快脱险；再次失去理智控制的人，往往追逐别人盲目行动等。若有了不同疏散方向的安全出口，就能较好地与平时疏散活动结合起来，火灾紧急疏散就可避免上述情况的出现。

对于那些平面面积较小的高层建筑，设置室内楼梯有困难，可设置一座室外疏散楼梯或在面积较大的其他公共建筑设置两座及两座以上的室外疏散楼梯。室外疏散楼梯的优点是不占用使用面积，有利于降低建筑造价，又是良好的自然排烟楼梯，因为烟流到楼梯前室（敞开前室）很快就扩散了，比较安全。

3.5合理设置疏散门

各种高层建筑物底层公共疏散门，有与楼梯的数量与宽度相同。这对整个建筑物人员安全疏散式十分有利的，在设计中如遇到上层工作人数（每层）和底层工作人数基本相同的情况，可以仿效。不过，在许多情况下，高层公共建筑物的底层或其上一、二、三层为公共活动用房（如商业、餐厅、大会议堂、多功能厅、酒吧、舞厅等），人数集中，在这种情况下，必须分别设置，其外门的总宽度要比楼梯总宽度宽些，出口数量多些。

地铁隧道火灾人员疏散模拟研究 篇4

地铁隧道由于其空间结构的特殊性,使得其火灾特点既有地下建筑火 灾的特点,又具有隧 道火灾的 特点。主要体现在火灾探测、防排烟系统设计、人员安全疏散和应急救援难度大等几个方面。在进行消防设计时,需要将其作为一个有机整体进行综合考虑,而常规的防火设计方法无法满足要求。就目前国内外消防技术的发展趋势来看,该类建筑的消防设计将主要依靠消防安全工程方法采用性能化设计方式来完成。笔者以天津某地铁地下区间隧道工程为例,通过对工程中存在的消防问题进行研究,进而确定人员在火灾条件下的安全疏散及烟气控制技术,为解决该类工程的消防安全问题提供更可靠的手段,使工程防火设施的投入更趋于合理,节省投资。

1工程概况

模拟研究的对象为天津地铁某段地下隧道。隧道全长约1 200m,隧道中部设有联络通道,联络通道距离站端约800m,隧道内设置侧向疏散平台,平台宽度为0.7m情况下,隧道纵向断面风速不小于2.6m/s,道床可用于人员疏散。

列车采用6节B型车厢编组,车宽2.8m,每节车厢长19.8m,按照6人/m2计算,载客240人,列车总载客量为1 440人。火灾网络设置为0.5m×0.2m×0.2m,疏散网格设置为0.2m×0.2m×0.2m。

2分析方法及判定标准

通过计算机模拟程 序对设定 火灾场景 下的火灾 烟气、温度等参数进行计算,得到人员可用疏散时间TASET;再根据设定火灾场景设置相应的人员安全疏散场景,并利用人员安全疏散模拟软件对设定疏散场景下的人员疏散情况进行计算,得到人员 必需疏散 时间TRSET。如果TASET>TRSET,则可以证明设计方案能够保证火灾时人员安全疏散。

当地铁在隧道内发生火灾时,在车头或车尾发生火灾的情况下,人员向同一侧疏散,人员疏散方向侧送风,隧道另一侧(或中间风井)排烟,当隧道内的断面风速不低于方案所设定的风速下,可将烟气逆流控制在距火源点50m之内,可以为人员安全疏散创造良好条件。当防排烟系统失效时,烟气将向火源点两侧蔓延,蔓延距离取决于隧道的坡度和走向,该类场景下,烟气会充满隧道大部分区域。

通常影响人员安全疏散的主要性能参数包括烟气层高度、对流热、能见度和一氧化碳体积分数等。该项目模拟计算人员可用疏散时间的定量判定标准,如表1所示。

3模拟计算

3.1设定火灾场景

火源位置是设定火灾场景中的重要参数,在设定火灾场景时,一般可根据建筑的几何特征和火灾危险性分析结果来设置。在选取发生火灾的位置时,主要考虑某处发生火灾后,可能带来火灾危害较大或对人员的疏散造成较为不利影响的情况。根据该工程的实际情况设定火灾位置,如图1所示。

火源位置A位于联络通道附近,列车从靖江路站开往成林道站,设车尾发生火灾,成林道站送风,靖江路站排烟。

目前,国内外对不同车型火灾热释放速率的研究相对较少,且没有统一标准。地铁列车的火灾规模一般取决于列车,确定列车的火灾规模需分析车辆内部组成材料及其可燃性,随着对列车材料可燃性的严格控制,列车火灾规模有下降的趋势。根据设计方提供的资料,天津地铁各条线列车车 辆在结构 上均采用 钢轮钢轨 制式列车,主要由不燃构件和材料整体拼装而成。

国内常用的该种 钢轮钢轨 制式列车 火灾规模 为5MW(对列车制造商的要求,目的是尽量避免使用可燃材料)。从安全角度考虑,模拟采用了一定的安全系数,确定站台轨道区的列车火灾最大热释放速率为7.5 MW。

考虑机械排烟系统和自动喷水灭火系统失效的不利情形,选择了2个具有代表性的设定火灾场景进行计算分析,如表2所示。

3.2设定疏散场景

进行疏散计算时应充分考虑不同位置处起火、列车停靠在区间隧道的不同位置及不同排烟风流方向对人员疏散的影响。

根据区间隧道的设定火灾场景,列出疏散行动方案。即,列车从靖江路站开往成林道站,车尾发生火灾,列车停靠在联络通道附近(左线),乘客从列车内部或沿隧道内一侧的疏散平台向列车车头方向疏散。

3.3火灾和烟气蔓延的模拟计算

运用目前消防安全工程界常用的火灾动力学模拟软件FDS对设定火灾场景进行模拟计 算。对于不同 设定火灾场景,从烟气蔓 延、能见度分 布、温度分布 以及CO体积分数分布几个方面进行分析,可以得出:

(1)火灾发生后在排烟系统作用下,隧道内形成纵向风,在火灾初始阶段,由于火灾功率较低,烟气完全被控制在火灾下游,但随着火 灾功率增 加,烟气速度 逐渐上升,部分烟气发生逆流,但在纵向风速作用下,逆流距离有限,影响人员安全疏散的烟气最终被控制在火源上游30m距离内;当排烟系统失效时,烟气到达顶棚后向隧道两侧蔓延,由于成林 道站方向 为上坡方 向,且坡度较大,因此烟气沿程林庄方向蔓延较快,沿该方向烟气最终蔓延至成林道站,而靖江路方向则自然补风效果较明显,烟气最终未蔓延至靖江路站。

(2)火灾发生后在排烟系统的作用下,能见度低于10m的区域迅速向下游蔓延,在465s时蔓延至隧道洞口,火灾上游能见度低于10 m的区域被 控制在30 m范围内;当排烟系统失效时,能见度低于10m的区域向两侧蔓延,蔓延至成林道站方向的时间为1 260s,沿靖江路方向最远蔓延160m。

(3)火灾发生后在机械排烟作用下,60℃的热烟 气前锋迅速向下游蔓延,最远蔓延至火源下游约250m,火源上游温度场在距火源10m外均低于60℃;当排烟系统失效时,60℃的热烟气前锋向两侧蔓延,沿成林道 站方向最远蔓延308m,沿靖江路方向最远蔓延170m。

(4)火灾发生后在机械排烟作用下,CO体积分数为5.0×10-4,烟气前锋最远蔓延至火源下游约166m,火源上风向距离火源8 m以外CO体积分数 均小于5.0×10-4。当排烟系统失效时,CO体积分数为5.0×10-4,烟气前锋向两侧蔓延,沿成林道站方向最远蔓延608m,沿靖江路方向最远蔓延240m。

3.4人员必需疏散时间的模拟计算

人员的必需疏散时间可以简化为三个阶段:报警时间TA、响应时间TR和疏散行走时间TM。即人员的必需疏散时间TRSET可按文献[10]中所列公式计算。

(1)报警时间TA。通常情况下,列车内将有大量的乘客,火灾产生的浓烟将很快被乘客发现,乘客发现火灾后迅速向司乘人员报警或通过列车车厢内的手动报警按钮报警,司乘人员应立刻检查列车的情况并向控制中心报警、汇报列车车况。从安全角度考虑将报警时间确定为1min。

(2)响应时间TR。人员响应时间是指人员接收到警报之后到疏散行动开始之前的这段时间间隔。不同场所的人员响应时间有很大不同。该工程中,由于乘客可以很快发现火灾,且处于警惕状态。当司乘人员下达疏散指令后,乘客即可进入疏散状态。从安全角度考虑,确定人员响应时间为1min。

(3)疏散行走时间TM。疏散行走时间可以借助人员疏散软件PathFinder进行疏散模拟分析得出。由于地铁列车属于人流密集场所,而通常人流密度2人/m2时,人员在楼梯间内的疏散速度约为0.5m/s,平地的疏散速度约为0.7 m/s。模拟计算 时取乘客 在平台上 的速度为0.6m/s,在列车上的速度为0.3m/s。

由于在实际疏散过程中,还存在一些不利于人员疏散的不确定性因素,因此有必要对模拟计算出的行走时间考虑1.5倍系数的安全补偿。将人员可用疏散时间和人员必需疏散时间以曲线图的形式进行对比分析,如图2所示。

通过比较各个设定疏散场景的可用疏散时间曲线和必需疏散时间曲线可知:

(1)在隧道内排烟系统有效启动的情况下,对于设定火灾场景和疏散场景,地铁列车内人员能够在危险来临之前疏散至安全区域。

(2)在隧道内排烟系统失效的情况下,对于设定火灾场景和疏散场景,地铁列车内将有部分人员不能够在危险来临之前疏散至安全区域。

综上所述,地铁隧道内的排烟系统和送风系统在火灾时能够有效启动是地铁列车内人员安全疏散的重要保证。因此,建议平时定期对隧道内的排烟和送风系统进行检测和维护,以保证火灾时能够有效启动。

3结论

(1)当地铁在隧道内发生火灾时,在车头或车尾发生火灾的情况下,人员向同 一侧疏散,人员疏散 方向侧送风,隧道另一侧(或中间风井)排烟,当隧道内的断面风速不低于设定的风速下,可将烟气逆流控制在距火源点50m之内,可以为人员安全疏散创造良好条件。当防排烟系统失效时,烟气将向火源点两侧蔓延,蔓延距离取决于隧道的坡度和走向,该类场景下,烟气会充满隧道大部分区域。

火灾消防安全疏散演练活动总结 篇5

工程名称:保利中宇花园项目部

为增强项目员工的安全防范意识，我司特地请来了八位消防人员为我司员工进行培训火灾应急演练课程,初步掌握防火应急逃生、自救的技能，学习、了解逃生的基本常识，提高员工应对突发性事件的能力，我司于2013年6月10日上午,由项目经理牵头组织项目员工进行应急疏散演练，地点保利中宇花园项目部，参加人员为项目领导及所有员工，以人员疏散、逃生自救为主题。由项目制定了详细的防火逃生演练方案，并于演练之前召开会议，明确演练目的，传达演练方案，强调注意事项；项目经理以及所有员工、保干积极参与，尽职尽责，确保了演练安全、有序地成功进行。演练前由消防人员向全体员工做了消防应急疏散常识的说明，并提出了相应的安全要求,所有参与演练的员工都能够按照消防员的指导，用湿手绢掩住口鼻，沿墙角和楼梯扶手快速疏散，在疏散过程中能够不拥挤、不慌张。

当预警信号发出时，各小组负责人各负其职，立即投入到相应区域，组织员工撤离，整个演练过程所有员工都能迅速撤离到安全区域，仅用时1分40秒钟。员工全部撤离到安全区域后，各小组负责人向项目经理汇报了员工人数和撤离情况。

最后，项目经理对对此次演习作了讲评总结，对员工积极参加紧急疏散演练的表现给予了充分的肯定，对存在的问题进行了提示，要求全体员工共同做好项目部的安全工作。通过此次防火逃生应急疏散演练，又为项目员工提供了一次实战模拟训练，进一步增强了员工的防范意识和应急逃生自救的能力，让员工对防火逃生知识有了 一定的理解，从理解到感性，切实掌握逃生的技能，提高全体员工的应急逃生意识，熟悉逃生自救的方法。提高抗击突发事件的应变能力，并能有组织、迅速地引导员工安全、快速的疏散。增强员工预防突发事故的意识，培养员工重大事故发生时救援的能力。为真正的事故应急行动提供了宝贵的经验。

这次演练，不仅为项目部积累了应对突发事件的经验，还可以发现应急预案中的问题，并可从中找出改进的措施，努力改进安全工作中的不足。通过演练前期对演练的广泛宣传和培训，使全体员工了解和掌握如何识别危险、如何采取必要的应急措施、如何报警、如何安全疏散人群等基本操作，熟悉应急演练的程序和要求，了解所有危险的可能性及防范措施，使大家得到锻炼，一旦发生应急事件，懂得应该做什么、能够做什么、如何去做等。从而提高了项目员工的安全意识和素质，确保应急行动高速有效的完成。

这次演练，项目部所有人员通过亲身参与疏散演练，对应急疏散的程序，逃生知识有了切身的体会。切实提高了项目员工的自防自救能力，有助于创建安全文明、和谐的项目工程。

广州富利建筑安装工程有限公司

地铁安全疏散研究 篇6

当前, 我国城市轨道交通正处于空前高速建设发展时期, 约30个大中城市分别处于地铁规划、设计、施工和运营阶段, 北京、上海、广州、南京、深圳等城市将相继建设世界上最大的地铁交通系统, 至2010年底, 我国大陆地区已建成地铁线路总长约为1 452km。预计到2015年, 我国城市轨道交通线路将达到4 189km。地铁作为现代化的城市轨道交通工具, 承担着越来越重要的大客流运输任务。从城市化、能源紧张、效率与环境问题等方面考虑, 地铁具有运量大、速度快、低污染、少占资源、低能耗、乘坐方便、舒适等特点, 符合可持续发展的原则, 特别适用于大中城市。与此同时, 由于我国城市的不断扩大和人口密集的特殊条件, 加之地铁网络化运营格局的初步形成, 乘坐地铁出行的客流量日益增大。目前, 北京、上海等大城市的地铁, 已经成为世界上人员密度最大的地铁之一。北京、上海地铁日客流正逼近700万人次。

在运营时间内, 城市地铁的列车、站台、站厅聚集着大量的公众, 特别是在早晚高峰时, 其线路断面客流、进出站客流、换乘客流基本都是最大客流量状态, 有的线路一开通便会达到远期设计最大客流。另一方面, 随着地铁运行年限的增加, 客流量也会不断增大, 按照某地铁公司的实测数据, 早高峰客流时部分车站节点的列车运载量可达到列车额定运载量的130%左右, 已经达到并超过了当初地铁设计时的远期客流量。这样, 一些按照预测客流设计的疏散通道数量和能力在火灾时便无法满足实际客流疏散的要求。

地铁安全疏散指标

上世纪八九十年代一些发达国家开始着手编制地铁疏散设计方面的相关设计规范, 如美国的NFPA-130, 我国也针对地铁编制了《地铁设计规范》。但是随着地铁设计概念的不断更新, 我国的规范中有些方面尚未完善和未涉及, 给地铁疏散设计带来了一些困难。目前, 我国地铁车站在设计时, 从保护人生命的角度, 车站疏散通道和空间的设计至少应该满足2个方面的安全性指标。

1. 规范强制性安全性指标

疏散时间指标

出口楼梯和疏散通道的宽度, 应保证在远期高峰小时客流量时发生火灾的情况下, 6min内将一列车乘客和站台上候车的乘客及工作人员全部撤离站台 (其中有1min为疏散反应时间, 剩下的5min作为疏散动作时间) 。

楼扶梯数量指标

地铁车站楼扶梯的设计能力, 应能满足该车站远期超高峰客流量的需要, 人行楼梯和自动扶梯的总量布置应按站台层的事故疏散时间不大于6min进行验算。消防专用梯及垂直电梯不计入事故疏散用。自动扶梯的设置数量, 按照远期超高峰客流量、提升高度以及客流量不均衡系数等通过计算确定。

出入口数量指标

车站出入口的数量, 应根据吸引与疏散客流的要求设置, 但不得少于2个。每个出入口宽度应按远期分向设计客流流量乘以1.1〜1.25不均匀系数计算确定。

疏散节点通过能力和宽度指标

车站乘客通过各部位的最大通过能力和车站各个建筑部位的最小宽度应符合相关要求。

屏蔽门安全性指标

设置屏蔽门车站的站台端部, 应设向站台内侧开启的端门, 供司机、站台管理人员及区间事故疏散人员用。沿站台长度方向设内侧开启的应急门, 为特殊情况下乘客疏散用。站台每一侧应急门数量为远期列车编组数。

自动售检票系统安全性指标要求

车站处于灾害紧急状态和失电时, 自动检票机应能自动或手动控制, 使其处于开放状态。

通风排烟系统安全性指标

排烟系统运行模式和排烟量应能确保楼扶梯开口处形成1.5m/s向下的自然补风, 火灾时应该确保烟气被控制在起火层内。通风排烟系统应该能提供至少6min的可用安全疏散时间。

2.火灾工程学中的安全要求

在火灾工程学中, 对人员疏散的要求是:当火灾发展到对人体构成危险时刻之前将人员疏散至安全场所 (或地点) , 可以用图1来描述。通过所需安全疏散时间tRSET和可用安全疏散时间tASET的比较来判断, 人员安全疏散的要求为:tRSET大于tASET。其中tASET为起火开始后到火灾发展到对人体构成危险时刻的时间段。火灾对人体构成危险的不同判据包括:1.上部烟气层的热辐射强度能对人体构成危险 (一般为上层烟气层温度达到180℃) ;2.人体直接接触的烟气温度超过60℃;3.有害燃烧产物的临界浓度达到对人体构成伤害的危险浓度, 典型的是CO的浓度达到2500ppm;4.减光度达到影响人员行动速度的极限值。

其中tASET由两部分组成:包括疏散动作之前的时间tpre和疏散动作时间tact。tpre为疏散运动之前的探测报警及预反应时间, 依赖于建筑物类型、探测报警系统探测报警器类型和人员反应时间。tact为疏散的运动时间, 由于不同人的火灾反应时间不同, 由此导致个体的总疏散时间也有不同。因此在实际工程计算中, 给人群假定一个统一的tpre是方便的, 虽然会引起一定的误差, 但更适用于工程计算。在地铁这种建筑物类型中, 由于是公众聚集场所, 人员对火灾能够较快地感知, 并且地铁站台、站厅都安装有探测报警器和消防广播, 能够及时将火灾信息通知给乘客, 因此基于这种考虑, 我国的《地铁设计规范》定义乘客疏散运动之前的时间为1min, 为国内地铁行业普遍接受的共识。

地铁安全疏散策略

地铁车站人员疏散策略所需要明确的问题是:需要疏散哪些人员?如何疏散?以及疏散到何处?也就是疏散人数、疏散路径、疏散安全区的问题。在地铁设计时和运营过程中, 一个地铁车站的疏散策略的目的就是为了在规定时间范围内将灾害范围内的人员疏散至安全区域。当然, 不同的车站形式, 不同的火灾场景下, 疏散的人员数量、疏散路径、疏散安全区是不一样的, 所得到的人员疏散时间也是不同的。

地铁疏散策略需要综合考虑地铁车站形式、火灾场景、疏散人数、疏散路径、疏散安全区、疏散有效可用时间等诸多因素, 图2为不同火灾场景情况下的疏散策略说明图。

疏散人员

地铁人员安全疏散分析需要考虑最不利的情况。因此对于疏散人数来说需要考虑最大的可能人员数量, 因此疏散人数应按照远期高峰小时客流量来确定。需要说明的是:

站台列车火灾时, 按最大断面客流计算的一列车乘客和一列车满载乘客有时并不相同, 前者是更符合实际的;

站台公共区火灾、楼扶梯火灾和站厅火灾时的疏散策略应该是设定列车直接过站, 因此不应该包括下车乘客;

注:4种不同颜色线分别为4种不同火灾场景下的人员流向线。RSET1即第一种火灾场景下人员疏散所需时间。RSET2 RSET3 RSET4类同。

以上的客流量应选择远期最大高峰小时客流量进行分析。

疏散路径

当车站发生火灾时, 人员疏散所经过的路径 (通道) 主要包括:车门、屏蔽门 (安全门) 、楼扶梯、闸机、员工通道、出入口通道、出入口处楼扶梯。这些通道的状态在紧急状况下会与正常运营时有所不同, 因此我们可称之为紧急疏散情况下的通道状态。

屏蔽门开启策略

紧急疏散时, 列车车门和屏蔽门应全部打开供人员疏散, 但当列车停站而车门没有对上位置时, 需要打开屏蔽门的应急疏散门供人员疏散。

楼扶梯运行策略

紧急疏散时, 站台至站厅 (包括中间层) 的所有上行自动扶梯保持上行, 下行自动扶梯可选择两种紧急状态, 一种是下行自动扶梯停止运行做固定疏散梯使用, 这是较多的一种方式;另一种是下行自动扶梯反向运行, 做上行扶梯使用, 相对于前一种方式来说, 这需要工作人员手动或者系统进行控制, 但对于由于空间的限制而无法设置较多楼扶梯的车站, 这种方式也是可行的。《地铁设计规范》从更安全的角度考虑, 要求设计时考虑一台自动扶梯损坏, 不作为疏散使用。由于目前地铁车站的扶梯多采用一级负荷, 火灾时损坏的几率很小。楼扶梯处火灾时, 该楼扶梯不再作为疏散使用。

闸机通道策略

紧急疏散时, 所有的闸机通道均打开作为人员疏散使用, 包括进站闸机、出站闸机和员工通道。

出入口通道策略

出入通道仅在某一出入通道内发生火灾时, 该出入通道不再作为疏散使用。出入口处楼扶梯在紧急疏散情况下的状态同站台、站厅的楼扶梯相同。

疏散安全区

在紧急状况下, 疏散安全区依赖于通风排烟效果。对于站台列车火灾、站台火灾、站台楼扶梯火灾来说, 排烟系统有效控制烟气不进入上一层, 则站台层的上一层便是安全区, 当然站台的上一层也并不一定就是站厅层, 也有可能是过道层、设备层等。

对于站厅发生火灾来说, 站厅层并不一定就是安全区, 这将依赖于站厅排烟系统排烟的有效性, 大多数情况下站厅火灾时的安全区是站厅的出口。

地铁疏散时间的描述

我国的《地铁设计规范》给出了地铁站台人员通过楼扶梯所需时间的计算公式。在更多的时候, 地铁工程设计人员和消防人员却难以确定乘客从起火列车内出来到全部撤离站台所需的总的时间。研究人员通过大量数值模拟和实验观测, 并分析地铁乘客从起火列车内到全部撤离站台所表现出的特征, 给出了地铁乘客撤离站台总的疏散时间公式, 应包括以下时间序列:

(1) 反应时间 (预动作时间tpre) :1min;

(2) 至楼扶梯时间:t1=L/v, 其中L为站台内距离扶梯入口最远点的距离, v为人员平均水平运动速度。

(3) 通过楼扶梯时间:t2= (Qt+Qw) /A, 其中Qt为列车内人员数量, Qw为站台候车乘客及工作人员数量, A为楼扶梯通过能力。

(4) 楼扶梯上滞留时间:t3=Ls/vs其中Ls为楼扶梯有效长度, vs为人员在楼扶梯上绝对速度。

(5) 通道非均匀性偏差时间t4=Lp/v, 其中, Lp为某一通道人员可发现的另外一个通道距离该通道的距离。疏散时, 可能会发生过多的人员聚集在某一疏散通道处, 而另外一个疏散通道入口等待人员比较少。通道在疏散时容易产生人员不均匀聚集, 而导致的疏散时间的增加。而该时间往往在疏散通道相距较远时较大, 所以在计算疏散时间时应该考虑在内。根据排队理论, 两个疏散通道之间的非均匀聚集导致的最大偏差时间可以由Lp/v来确定。

因此, 人员从起火列车到撤离站台总的疏散时间为以上5个时间之和组成:t=tpre+t1+t2+t3+t4

地铁人员疏散模拟

现代计算机技术的发展, 为地铁车站人员疏散模拟研究提供了可能, 基于个体的疏散模型基本都考虑了人员的性别、年龄、体重、身高等对人的反应时间、动力、耐性、行走速度、机动性等的影响。中国安全生产科学院、中国科学技术大学等单位对地铁内人员疏散开展了较多的模拟研究。2005年, 中国安全生产科学研究院首次在南京地铁一号线安全验收评价中开展了地铁人员疏散模拟, 对车站的人员疏散时间、疏散能力进行了定量的评价。此后又在北京、广州、深圳、成都等城市的地铁工程安全评价中, 对典型车站进行了人员疏散模拟, 进而提出了适用于地铁工程的人员撤离站台时间序列的理论及工程计算方法、地铁人员疏散时间指标和疏散策略等。大量模拟计算表明:影响地铁疏散时间的主要因素包括高峰断面客流量、候车乘客量, 及疏散通道通过能力, 和自动扶梯等疏散通道在事故下的运行模式, 还有乘客对疏散通道的选择行为及在上行扶梯上的运动状态也均会对人员疏散时间产生影响。

注:基于个体疏散模拟给出的疏散某一时刻的密度图

地铁突发大客流疏运模拟

日常运行的地铁系统承载着大规模客流, 当网络化运营格局形成后, 将逐渐在地铁线网、列车、车站及换乘通道等空间内形成客流高度密集的状态, 特别是地铁换乘车站, 应对的是2条或者更多条线路客流的集聚和换乘, 如果不能及时疏导, 容易造成大客流运营事故。地铁车站在设计时都会根据客流预测结果设计理论最大输运能力, 在实际运行过程中, 地铁车站将面临高峰客流、突发性大客流等情况。特别是在节假日或者体育等重大活动时可能导致突发性大客流, 如果无良好的应对和处置办法, 大量客流涌入车站, 使得换乘通道、非付费区、付费区、楼扶梯位置、站台公共区的人员密度大大增加, 极限情况下会导致公共区超过最大人员荷载密度, 此时如果有突发事件发生, 往往容易发生骚乱和踩踏事件, 造成大量人员伤亡的后果。1999年5月, 白俄罗斯便发生了由于地铁车站人数过多, 结果有54人被踩死的事故。2008年3月4日, 北京地铁5号线东单站换乘通道内设备故障引起恐慌, 由于乘客过度拥挤发生踩踏事件, 造成10名乘客受伤。这些拥挤踩踏事故, 不仅对乘客的人身安全造成较大的威胁, 同时产生较大的社会影响。

注:基于智能个体的客流模拟给出的客流密度图

地铁突发大客流疏运过程为宏观疏运组织和微观个体行为的耦合过程, 不仅仅是人群疏散动力学的问题, 涉及个体运动行为学、车载运输、行车组织、运能、换乘方式、通道节点通行能力等因素。目前随着人们对公共安全的日益重视, 地铁大客流疏运动力学得到了国内外学者的普遍关注。

随着行人仿真技术的发展, 地铁大客流疏运过程可以用基于智能个体的行人仿真模型来进行模拟。中国安全生产科学研究院等单位对地铁内大客流疏运模拟开展了较多的模拟研究 (图4) 。地铁大客流疏运模拟需要细致考虑以下3个方面的内容:

1.基于地铁车站的电子设计图, 建立地铁的空间平面模型, 在空间模型中, 地铁站台、站厅、换乘通道、列车、屏蔽门、售检票系统、楼扶梯、闸机、出入口通道等在空间上的关系均需要如实地反映出来。空间模型一般都是二维的, 需要在不同楼层之间建立空间联系, 一般是利用楼扶梯模型的空间拆解和共享来实现。

2.设定行人仿真的一些属性, 如地铁乘客的男女比例设置、年龄分布, 及不同人群的运动行为特征, 包括平面运动速度、上下楼扶梯速度等, 心理行为如通道选择、拥挤反应、从众效应等。

3.建立地铁疏运参数, 需要设定的交通属性包括行车组织方案、停站时间、列车装载客流、上下车客流曲线、进出站客流曲线、换乘客流系数等;及节点通道属性如换乘通道、进出站通道、售检票方案、进出站闸机设置、楼扶梯运行模式等工况;此外还需要考虑乘客执行的一些活动, 如人工购票、自助购票、检票、排队、候车、上车等。

建筑火灾中人员安全疏散分析 篇7

关键词：建筑火灾,人员运动特点,安全疏散,对策

1 建筑火灾中人员运动特点

建筑中一旦发生火灾, 受困人员疏散可定量地表示为三个基本特征, 分别为密度ρ、流量f和速度V。密度是指单位走道面积中的人数, 速度只是简单指人在单位时间内的步行速度, 流量是特指在单位时间内经过某一特定点的人数, 通常用在运动或速度已确定的场合。这三个基本特征与通道的宽度w相互关系可表达为:

显而易见, 速度在一定程度上取决于密度。如果人与人之间空隙较大, 则人可以按照正常步伐快速行进, 如人与人间隔越近, 则行走速度会减慢, 直至最后由于人员密度过大而无法移动。定量可表述为:当行人密度小于0.5人/m2时, 人能以1.25m/s的平均速度行走在走道上。当速度增加时, 行走速度随之降低, 当达到4或5人/m2时, 人就简直无法移动, 相当于挤满了人的电梯轿厢。这正好解释了一大群人争先恐后地拥向出口时往往导致疏散效率显著下降的现象。

在这三个基本运动特征的基础上, 火场中的人员可以表现出不同的运动特点, 通常这些特点具有某些固有特性, 可以用科学的手段加以量化和分析, 找到其共同的规律性 (行为特性) 。由于火灾现场具有高温辐射、有毒烟气、潜在爆炸危险等威胁受困人员生命因素存在, 使得受困人员运动特点与正常时有很大的区别, 主要表现在以下几个方面:

1.1 非适应性行为

在火灾事故中非适应性行为的典型模式包括忽视适应性行为, 或忽视有利于其他人疏散行为, 或忽视对火灾产生的热、烟、火焰的传播与阻挡。通常开情况下, 火灾中非适应性行为人员不关心其他人, 只顾个人从火灾中逃生, 从而造成他们自己或其他人遭受身体伤害, 因此, 在火灾中人员的受伤可能是非适应性行为或个人冒险的佐证。

1.2 恐慌行为

当人群发生恐慌后, 通常会伴随以下四种影响人员安全疏散的行为特征: (1) 拥挤。此时人与人之间不会有平常的相互协调与礼让, 在得不到有序的疏散和指挥情况下, 往往会在建筑的楼梯口、主要出口等疏散瓶颈处发生拥挤践踏; (2) 从众。在大空间建筑中, 一旦发生火灾, 烟气等火灾产物将使人们难以判断正确的疏散通道, 从而产生盲目跟从的从众行为; (3) 趋光。通常情况下, 火灾发生在夜间, 在火场中有亮光的地方往往是火魔肆虐之处, 所以人们火场中的趋光心理往往会起到反面作用; (4) 求生。在火灾中, 有些人积极逃离火灾求生, 有些人则消极等待, 其实这也是求生的表现, 只是因为他们极度恐慌或是无计可施, 自认为在某个安全的角落里可以暂避而求生。

1.3 再进入行为

根据国内外一些火灾统计文献发现, 当火灾中一部分人员离开起火建筑时, 又返回再进入现场, 主要原因有灭火、抢救个人财产、检查火势或帮助他人。通常情况下, 再进入行为不应当认为是非适应性行为, 因为这种人员是在理智的情况下, 经过深思熟虑, 有目的的方式下进行的, 没有非适应性行为常有的感情焦虑或自我焦急的特征。

1.4 灭火行为

建筑物内人员的灭火行为反应最普遍出现在涉及个人感情或经济场所 (主要是涉及自身利益) 。

1.5 沉着应对

具有这种行为表现的人通常具有一定的消防常识或经历过火灾, 有成熟的思考, 能对初起火灾做出正确的处理或顺利达到安全地带, 有条件时甚至能带领其他人疏散。

2 人员安全疏散时间准则

通常情况下, 保证建筑物内人员安全疏散的关键是考虑两个时间: (1) 必需安全疏散时间REST; (2) 可用安全疏散时间ASET (火灾发展到危险状态的时间) 。在建筑火灾中, 必需安全疏散时间REST是指从起火时刻到人员疏散到安全区域的时间, 其主要包括火灾探测时间talarm、预动作时间tpre和人员疏散运动时间tmove, 即REST=talarm+tpre++tmove。

火灾危险状态通常有几个参数表示:热辐射通量、烟气温度及烟气中有毒气体的浓度等, 如果疏散通道具备以下条件:上部气层温度≥80℃;地面接收的辐射热通量≥10k W/m2;能见度≤4m;起火后30分钟的CO浓度≥1400ppm, 则为危险状态。

当对火灾中人员安全疏散分析评估时, 一般认为, 当ASET>REST, 则起火建筑物中的人员能够安全疏散, 否则为危险, 如图1所示。

3 人员安全疏散必需时间 (R E S T) 计算

在对建筑中人员R E S T进行计算时, 需要掌握建筑中几个参数:疏散通道和疏散出口的设置, 建筑中人员荷载, 疏散准备时间, 探测报警时间。对一栋建筑来说, 疏散通道和出口是相对固定, 关键是对人员荷载准确估计, 但不同的场所有不同的估计方法, 其中以公娱乐场所和聚集场所的人员荷载的核算最为复杂。但可以参照《建筑设计防火规范》中的相关规定选取。对建筑中人员安全必需时间计算可用两种方法:一种是通过经验公式计算, 另一种是通过人员疏散模型计算。在本文中, 引用经验公式对某一学院宿舍楼疏散时间进行计算, 从而为此楼灭火预案提供合理科学理论。

该宿舍楼基本情况:楼高21米, 一楼为超市, 二、三楼为食堂, 四至七楼为学生宿舍, 两个出口通向地面, 每一个出口宽度0.8米, 宿舍楼最大可容纳1280人住宿, 宿舍第一个人离出口最近距离为15米。根据Togawa经验公式:

该经验公式主要应用于人员密集的公共场所, 式中, C表示通过疏散门的单位流量 (人/ms) ;Na表示疏散总人数;tmove表示疏散运动时间;w表示出口宽度;KS表示最后一道门距疏散队列之首的距离, 假设队列中第一个疏散对象低达出口后, 队列的疏散是连贯的。那么在对本案进行疏散时间计算中, 对建筑物未加控制地安全疏散, 则可设楼梯内人平均流量1.1人/ms, 并设未受阻的速度为1.0m/s (沿楼梯斜面是合理的) 。于是, 将上述参数带入 (2) 式, 可得宿舍楼内全体人员疏散到安全地方最短时间为742s或1 2分钟。可见, 如果该宿舍楼一旦发生火灾, 则要尽可能在12分钟内将宿舍内1280人全部安全疏散出来。根据我国15分钟消防救援原则, 对于固体物质火灾, 在15分钟左右, 火灾燃烧还处于发展阶段, 所以用经验公式计算本栋宿舍楼的疏散时间还是比较合理的。

4 做好人员安全疏散的对策

(1) 合理布置安全疏散路线, 合理设置部分火情提示装置, 使受灾人员能及时正确地判断火灾, 选择正确的逃生线路, 避免恐慌行为中的归巢等现象发生。

(2) 合理布置疏散门, 保证疏散通道畅通。在疏散人群时应尽可能避免阻塞现象发生, 防火门的开口处与走廊保持同宽, 避免造成疏散瓶颈。走廊地面的高差应用缓坡代替台阶, 以免在拥挤时发生摔倒践踏。

(3) 加强走道内防排烟能力, 增大能见度, 避免不良趋光行为的发生, 从而提高疏散效率, 同时减少烟气对人的伤害。

(4) 在大空间中, 合理地安排防火分区, 利用中庭空间的上部建立蓄烟区, 以减缓烟气下降, 有效地减少趋光和从众行为的产生。

(5) 建立健全疏散预案, 并加强对人员的演练, 提高人员的安全防范意识和自救自护能力, 尽可能避免群死群伤事件的发生。

本文只初步探讨了建筑火灾安全疏散的几个问题, 实际上人员安全疏散涉及许多方面。国内外相关科技工作者已开展了一系列的研究, 并取得了一定理论成果和试验结论。随着近年来大型、超大型公共建筑的出现, 人员安全疏散又面临诸多新的问题, 有待火灾科学工作者和防火工程师们做进一步的探讨和研究。

参考文献

[1]范维澄, 王清安等.火灾学简明教程.合肥, 中国科技大学出版社.2001.

[2]霍然, 袁宏永.性能化建筑防火分析与设计.安徽科学技术出版社.2002.

KTV火灾模拟及安全疏散研究 篇8

随着社会经济的繁荣和发展以及人民生活水平的不断提高, KTV已经逐渐成为人们生活中不可或缺的娱乐、放松和交际的场所。从近几年的调查和火灾事故中可以看到, KTV营业场所存在着很大的火灾隐患, 发生火灾的比例很大并呈逐年增长趋势。如2008年9月20日, 深圳市龙岗区舞王KTV俱乐部发生火灾, 死亡43人, 受伤54人, 建筑物严重损毁;2009年1月31日, 福建福州长乐市拉丁酒吧/KTV发生火灾, 死亡15人, 受伤22人, KTV大面积被毁, 等等。

由于KTV营业场所可燃物较多, 人流量大, 财产相对集中, 管理比较复杂, 因此极其容易发生火灾事故, 造成人员伤亡和财产损失。而在KTV火灾事故中, 即使初期灭火没能控制火势的蔓延, 若能有效的组织疏散也能大大的控制火灾事故损失, 减少人员伤亡, 因此人员的安全疏散就显得尤为重要。

1 CFAST模拟原理及KTV火灾场景分析

1.1 CFAST模拟原理

CFAST是一个区域模型, 常常用来计算火灾中整个建筑里的烟、火灾气体和温度的分布情况。其模拟如图1所示, 在一个用户设定的火灾中, 它能计算出随着时间的推移火灾烟气的扩散情况和建筑物内的温度。CFAST是从能量、质量、动量守恒方程和理想气体状态方程出发, 推导出状态参数的预测方程 (压力、温度等) , 然后利用计算机求解这些方程, 从而得出火灾发展和烟气传播的规律[1]。

通过设置simulation environment (环境参数模块) 、compartment geometry (房间参数模块) 、horizontal flow vents (水平通风模块) 、fire (火源设定模块) 等对火灾进行模拟, 然后得出数据, 通过数据处理, 得到模型图。

1.2 KT V火灾场景分析

1.2.1KTV简介

该KTV是一家中等规模的娱乐场所, 共有大包间9个, 中小包间9个, 共有4层, 一楼为大厅, 其余三层布置相同, 每层有两个出口, 并有一个服务台。房间内的顶棚材料是石膏, 墙壁材料也是石膏, 地板材料是混泥土, 每层楼道中有一个感烟探测器, 每个房间有一个感温喷头, 启动温度为68℃, 喷水强度为6.0L/min·m2, 保护范围2.5m, 响应时间指数为50.0ms, 位于房间中央顶部。大包间的尺寸为长6.46米, 宽3.46米, 高2.7米;中小包间的尺寸为长4.46米, 宽3.16米, 高2.7米;大包间可容纳14-18个人, 中小包间可容纳4-8个人。其平面图及包间布置如图2所示。

1.2.2 火灾场景设定

本火灾模拟选取疏散最为困难的地方四楼着火, 着火房间为靠近储存室的第二个中小包间, 主要着火源为包间内的沙发, 考虑人员最不利情况。

1.2.3 疏散时间分析

人员疏散时间是指全体人员疏散到安全出口所用的时间, 人员疏散时经过不同的通道需要不同的时间[2]。根据日本疏散时间计算方法[3]的经验方程, 疏散时间包括三个阶段, 即疏散开始时间tstart, 到达出口的步行时间ttravel和排队通过出口的时间tqueue;楼层总的疏散时间等于疏散开始时间, 到达出口的步行时间, 以及排队通过出口的时间之和, 即:tev=tstart+ttravel+tqueue

考虑房间的隔音效果, 疏散前人员处于清醒状态, 参考李引擎等的分析[4], KTV疏散开始时间tstart取11.33min是合理的。

到达出口的步行时间, 式中:l:着火楼房间内到出口的最远步行距离, 单位m;v:着火楼房间的人员步行速度, 单位m/min。

排队通过出口的时间

式中:p:着火楼房间人员密度, 单位人/m2;Aarea:着火楼房间面积, 单位m2;∑PAarea着火楼房间内合计人数, 单位人;Neff着火楼房间内出口有效流动系数, 单位人/m·min;Bst着火楼房间内出口有效宽度, 单位m, Neff=90 (人/m·min) 。

1.2.4 疏散时间设计

假设人员通过楼梯间向一层疏散, 二楼三楼四楼分别可容纳78人, 考虑一层有2人, 则一层总的疏散人数为236人。假设人员平均分散到两个出口, 则每个出口可疏散118人。

设计疏散时间为:tev+tl=tstart+ttravel+tqueue+tl=679.80+4.20+52.44+99.99=836.43s

2 基于CFAST的模拟分析

2.1 安全疏散的判据

火灾中的烟气层具有一定热量, 并含有固体颗粒、胶质、毒性分解物等, 是影响人员疏散行动和救援行动的主要障碍。在疏散过程中, 烟气层只有保持在疏散人群头部以上一定高度时, 才能使人员在疏散时不受到热烟气的热辐射威胁, 且可避免烟气直接侵袭人体。当烟气层界面高于人眼特征高度时, 若上部烟气层的热辐射强度能够对人构成伤害, 就可以认为达到危险状态。文中选取人眼高度的烟气能见度作为人员疏散的安全判据, 在设计疏散时间内, 若人员能不受烟气影响安全撤离, 即为疏散成功[3,4], 即: (1) 上层烟气温度不能超过180℃。 (2) 下层烟气温度不能超过150℃。 (3) 烟气层界面高于人眼特征高度。人眼的特征高度通常为1.2~1.8m, 本文取1.6m。

2.2 CFAST模拟结果分析

将CFAST模拟的结果进行分析, 用得出的数据绘制出曲线图。从图3中可以看出, 上部烟气层最高温度为440K (167℃) , 低于判据所规定的180℃, 此时上部烟气层的热辐射强度还不足以对人体构成伤害, 在疏散时间内人员能够安全撤离。从图4中可以看出, 下层烟气的温度随着时间的增加呈先升高后降低再升高又降低最后趋于稳定的状态。在442秒时下部烟气层达到最高温度为370K (97℃) , 低于判据所规定的115℃, 在此火灾场景下, 人员将免遭直接烧伤或吸入热气体这种危险状态的影响, 对安全疏散没有阻碍。从图5中可以看出, 整个过程中烟气层高度最低为1.68米, 高于人眼特征高度1.6米, 此时, 烟气在人眼以上, 人员在疏散过程中视力不会受到太大影响, 仍然可以辨识出口, 找到疏散通道。

3 结论

KTV火灾具有成灾短、升温速度快、烟热危害严重等特点, 因此及时有效的安全疏散显得尤为重要。而火灾中影响安全疏散的因素很多, 概括起来主要包括三个方面:环境因素、人的因素和管理因素。要使人员能够尽快撤离火灾现场, 从环境方面而言, KTV各疏散通道要保持畅通, 照明和指示设施要齐全;从人的因素来说最主要的是反应要快, 心理素质要良好, 不盲从和恐慌, 并要具有一定的疏散能力, 听从指挥;从管理因素看需要加强防火安全教育和防火管理。

通过用CFAST软件对该KTV进行火灾模拟可知, 上下层烟气温度、烟气层高度均在人体可承受的范围内, 由此可知疏散设计符合人员安全疏散的要求, 此KTV若发生此类火灾时人员能够安全疏散。

摘要：KTV是人员密集场所, 一旦发生火灾便容易造成人员伤亡和财产损失。因此, 对KTV火灾进行模拟, 研究人员的安全疏散显得尤为重要。文章以某一KTV为例, 运用CFAST软件进行火灾模拟与分析, 将得出的上下层烟气温度、烟气层高度等参数与人体能承受的相对指标作比较, 以此来判定在疏散设计时间内人员能否安全撤离。由此得出的结论可为KTV的人员安全疏散设计提供理论依据。

关键词：KTV火灾,安全疏散,CFAST软件,模拟验证

参考文献

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公路隧道火灾时安全疏散通道研究 篇9

近年来随着国家加强对基础设施建设的投入, 我国交通建设事业取得了迅猛的发展, 我国隧道工程建设与科研都取得了长足的进步。目前, 我国已经成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。统计数据表明[1], 截止2012年底, 我国已建成运营的公路隧道达10022座, 总里程接近8052.7公里。大量公路隧道的建设为经济发展、人民生产生活带来便利的同时, 也对隧道安全工作提出了更高的要求, 特别是隧道火灾时人员疏散的安全性问题。由火灾导致的公路隧道运营安全事故屡见不鲜, 部分事故还造成了大量的人员伤亡[2]。安全疏散通道作为火灾事故时人员的逃生通道, 其合理布局设计至关重要, 也需要展开进一步的深入研究[3~7]。本文首先收集国内外大量公路隧道疏散设计案例, 总结分析了公路隧道目前常用的逃生疏散方式以及它们的优缺点;针对最常用的横通道疏散方式, 深入分析其间距分布区间、发展趋势及与隧道长度之间的关系。在统计分析的基础上, 对某水下公路隧道疏散方式进行了设计, 并通过疏散仿真手段模拟灾害场景, 计算逃生时间, 分析验证疏散方式的合理性。

1 公路隧道常用疏散逃生方式分析

为了获得公路隧道常用的疏散逃生方式, 统计分析国内外文献, 共获得49例国内外公路隧道有效案例。统计分析结果表明, 目前国内外公路隧道通常采用的逃生方式主要有以下几种: (1) 将双管隧道间的横通道作为逃生救援通道; (2) 在隧道车道板下设置逃生通道; (3) 将服务隧道作为逃生救援通道; (4) 将隧道之间的管廊作为逃生救援通道。不同逃生方式示意具体见图1。

以上常用的四种逃生方式各有其特点及适用条件。总体上, 采用服务隧道的通行能力最佳, 不过由于工程造价高, 而且多应用于硬岩地区, 应用限制较大;隧道联络横通道的疏散能力较强, 不过, 开横通道对原隧道结构的受力不利, 施工中已发生事故, 地质条件较差的情况下应慎重选择;随着隧道直径增大与双层隧道应用, 原本受隧道直径所制约的车道板下式通道的疏散能力也得到改善, 而且其施工难度低、建造成本低, 逐渐被大量应用在大直径隧道设计中;对于沉管法及明挖隧道, 可事先就在隧道两孔间设置管廊, 放置管线的同时用作逃生通道, 疏散时可直接沿着管廊逃向地面, 或通过横通道经由管廊到达邻近隧道。

在收集的49例国内外公路隧道案例中, 只采用横通道逃生方式的隧道占大多数, 达到33条, 仅仅采用车道板下逃生或仅仅采用服务隧道逃生的隧道分别有2条和5条, 而将多种逃生方式相结合的隧道有9条。在采用组合逃生方式的隧道中, 有3条隧道使用了横通道+服务隧道的模式, 有6条隧道使用了横通道+车道板下逃生模式。可以看出, 目前绝大部分的隧道所采用的疏散逃生方式均为横通道方式, 即在发生火灾时, 人员利用横向联络通道进入另一主隧道的安全区。

2 横通道设置间距统计分析

2.1 横通道间距分布区间

针对只采用横通道逃生方式的33条隧道展开深入分析可知, 横通道的间距不尽相同, 最短的有90m, 最长的有1600m。将横通道间距L划分为100m以下, 100m~200m, 200m~300m, 300m~400m, 400m~500m和500m及以上几个不同区段进行统计, 得到统计结果见图3。从图3中可以看出, 横通道设置间距多在200米到500米之间, 这部分隧道共有28条, 占总体的84.8%。这与《公路隧道设计规范》[8]中规定的“人行通道的设置间距可取250m, 并不大于500m”相一致。

2.2 隧道长度对横通道间距影响

将只采用横通道逃生方式的33条隧道按长度分为两部分, 其中长度小于6km隧道有16条, 长度大于6km隧道有17条, 它们各自的横通道间距统计如图4所示。可以看出, 随着隧道长度的增加, 横通道间距设置倾向于使用较短的距离。

2.3 横通道间距发展趋势

在33条只采用横通道逃生方式的隧道中, 横通道间距大于500米的共有4条隧道, 其中只有1条是在2000年之后修建的。同时, 其他14条2000年之后修建的隧道中, 横通道间距平均为310米, 而2000年前修建的隧道的横通道间距平均为480米。这些都说明随着经济技术水平的提高, 公路隧道横通道间距逐步趋于合理性的减小, 以更好地满足逃生安全要求。分析原因, 这是由于随着时间的推移, 隧道的内行车量变大, 人员密度逐渐增大, 因此为了保证人员的安全疏散, 横通道间距逐渐趋于减小。

3 某隧道逃生疏散通道设计

3.1 工程概况

某水下公路隧道设计时速为100km/h, 穿越水域段长约10km, 水域面宽约9.3km, 水深约2m~3m。隧道拟采用明挖法进行施工。隧道全长11000m, 其中暗埋段10060m。在隧道中部设计1座直径为75m、面积4000m2的风亭用于通风。该隧道采用双向六车道、双孔一管廊设计。管廊宽4.5m, 上部排烟, 中部安装设备、下部给排水消防管道。单孔宽16.75m, 3条行车道, 1条紧急停车带。

3.2 横通道间距设计

根据已有公路隧道常用的逃生通道方式以及它们的自身特点及适用范围, 结合明挖法隧道的特殊结构形式, 确定横通道逃生为该隧道最适用的逃生方式, 横通道宽度取1.8m[8]。两孔车道间每隔一定距离设一个横通道, 当一孔隧道内发生火灾事故时, 人员可由横通道进入安全逃生通道, 至另一孔车道层迅速疏散至地面。

根据上一节的案例统计分析结果可知, 国内外公路隧道的人行横通道间距主要分布在250-500m之间, 同时, 我国《公路隧道设计规范》[9]将联络通道间距设置的推荐值取在250-500m之间, 《道路隧道设计规范》[8]规定双孔隧道设置的横向人行通道的间距或隧道通向人行疏散通道的间距不宜大于250m。

考虑到本工程的施工方法为围堰明挖法, 在保证施工安全的前提下应适当缩小横通道间距, 提高人员逃生及疏散能力, 因此建议本工程横通道间距取为100m-250m。

3.3 横通道间距合理性验证

分析不同灾害场景下隧道内发生突发事件后, 隧道内人群紧急逃生行为, 即从事故隧道经由横通道到达邻近隧道的过程。分析中利用Building Exodus软件对疏散行为进行仿真, 考虑人与人、人与火以及人与结构之间的交互作用, 分析隧道在运营期发生火灾时人员疏散的安全性。为了论证横通道的合理间距, 计算中分别取横通道间距为100m、120m、150m、200m和250m。

3.3.1 疏散行为仿真原则

针对隧道内的安全疏散问题, 根据研究对象的不同, 目前, 主要分两种模式进行研究[10]:一是以隧道内交通的主体———车辆为研究对象, 将车作为疏散分析过程中的最小单元, 即一辆车为一单元, 进行研究;二是以人为研究对象, 把人看作是疏散过程中的最小单元进行研究。公路隧道运营中往往会采取两种模式同时进行疏散, 由于本部分重点是对人员安全疏散进行研究, 因此, 将采用第二种方法, 即对公路隧道运营期的人员安全疏散问题进行分析。

火灾工程学对人员疏散的要求是[11]:当火灾发展到对人体构成危险时刻之前, 将人员疏散至安全场所。

依据《道路隧道设计规范》[8]:火灾工况时, 隧道内乘行人员的安全疏散时间宜小于15min。当设有重点排烟系统和泡沫———水喷雾灭火联用系统时, 安全疏散时间可适当放宽至20min。

3.3.2 仿真场景

以最不利情况考虑, 隧道火灾发生在横通道B处, 如图5所示, 则横通道B不可用于疏散逃生, 应保证处于火灾下游的车辆可以继续安全行驶, 直至人员安全离开隧道;处于火灾上游的人员, 由于受火灾的影响, 不能以车辆为单位实现快速的疏散, 将不得不弃车从最近的横通道逃生, 因此, 该部分人群为火灾场景下最危险人群。

3.3.3 人员构成及行走速度

运营公路隧道内人员构成复杂, 根据业主提供的车种预测结果, 在2015年~2040年间, 该通道车种比例变化幅度很小, 这种微小变化对人员安全疏散的模拟仿真影响可以忽略。确定车型比例及乘客数量预测结果如表1所示, 人员构成如表2所示。

人员的行走速度分为6个等级, 分别为快走、行走、跳跃、爬行、上楼、下楼。具体取用数值如下[10]:快速行走速度为1.2~1.5m/s;行走速度为快速行走速度的90%, 为1.08~1.35m/s;跳跃速度为快速行走速度的80%, 为0.96~1.2m/s;爬行速度为快去行走速度的20%, 为0.24~0.3m/s。根据人员的性别年龄不同, 其行走速度也不相同。

3.3.4 人员占用面积

目前对于人员的模型采用人员所占空间进行分析, 软件中[5]认为单个人员占用一个节点, 即0.5m×0.5m。人员的身高根据不同的年龄、不同的性别在1.5~2.0m之间随机产生。

3.3.5 连接通道口人流速度

人员疏散分析的计算中, 平面疏散的人员流动系数一般可取为1.33人/s/m, 则1.8m宽的疏散通道流量为1.33×1.8m=2.4人/s (相当于两个成人、一个小孩) 。

3.3.6 疏散人数及人员分布

疏散人数主要由隧道内的车间距及车类型来决定, 根据相关要求[5], 计算中取车间距为1.5m, 车类型按表1选取。所有人员采用随机分布的形式分别布置在不同类型的车辆内。

3.3.7 几何模型

根据隧道设计资料及前期分析, 建立长度分别为200m、240m、300m、400m和500m, 宽为16.5m的几何模型。模型长度为2倍横通道间距, 目的是考虑火灾发生处的最不利以及最拥挤逃生条件。模型内有3个横通道, 其中1个横通道处因发生灾害无法用于疏散, 每个横通道可同时通过3人。图6为横通道间距100m的疏散逃生模型, 模型长度为200m, 其中, 深色部分表示座位, 即有人区域, 浅色部分为逃生可利用空间。

3.3.8 结果分析

图7为横通道间距100m疏散过程中的人群密度图, 由图可以看出位于中间部位的横通道聚集了更多的人群, 疏散压力较大, 成为了逃生控制因素。图8所示为横通道间距100m疏散人流的路径图, 由于大客车载有较多数量的乘客, 由大客车到各个横通道的疏散通道成为了人员疏散的主要路径。其余间距横通道的分析结果也表明, 中间横通道依然是最主要的逃生出口, 而人群的逃生路径更倾向于先靠向横通道一侧, 然后再寻找最近出口。

表3为不同横通道间距情况下逃生时间。《道路隧道设计规范》[8]中规定“火灾工况时, 隧道内乘行人员的安全疏散时间宜小于15min”, 可见横通道间距在250m时仍可满足要求, 但已经濒临临界值。该隧道工程采用的是明挖法, 缩小横通道间距并不会对施工和隧道结构带来较大风险, 反而可以提高逃生时的安全性能, 因此建议本工程横通道间距取为100m-150m。

4 结论

地铁火灾安全疏散 篇10

关键词：水下公路隧道,隧道火灾,纵向疏散,火灾场景,数值模拟

城市水下公路隧道是城市地下空间的组成部分,更是联系江河湖泊两岸交通的主要纽带。某水下公路隧道是长沙市2010年的重点建设项目,为双管单向隧道,北线主线长1 581.9 m,盾构段长1 374.9 m,南线主线长1 857.6 m,盾构段长1 347.5 m。在GTG/TD 71-2004《公路隧道交通工程设计规范》中要求“双洞上下分离的公路隧道之间应设置避难设施”,“避难设施包括行人横洞和行车横洞”。GB 50016-2006《建筑设计防火规范》中对一类通行机动车的双孔隧道的车行横道与人行横通道有如下规定:“水底隧道宜设置车行横通道或车行疏散通道”,“隧道应设置人行横通道或人行疏散通道”。

参照以上规范应在江底设置横向联络通道,但由于该隧道位于水下23～39 m深处,水压极大且地质条件极差,考虑到两圆形隧道之间修建联络通道的施工难度及风险较大,两管隧道之间未设置横向通道。为隧道检修及紧急情况下疏散救援的需要,在每座隧道内车道下方设有疏散通道。隧道内沿车行方向左侧每隔80 m设有逃生滑道,隧道内发生火灾等灾害时,疏散人员从逃生滑道进入道路下层的安全通道,然后从隧道工作井人行通道中进入地面。这种疏散方式称为纵向疏散。纵向疏散通道属于较新的疏散方式,应用实例相对较少。因此,有必要对该隧道火灾时人员的安全疏散开展研究。

1 火灾时人员安全疏散判据

一般建筑物内人员疏散的安全判据是必需安全疏散时间(tRSET)比可用安全疏散时间(tASET)短。隧道的长度方向尺寸比宽度方向大得多,沿隧道纵向不同位置处的tASET和tRSET随离火源位置的不同而不同,所以tASET和tRSET均为纵向坐标x的函数,隧道内某处人员安全疏散准则为tASET(x)>tRSET(x)。

1.1 可用安全疏散时间

tASET是指起火至火灾发展到对人员生命构成威胁的时间。选取隧道2 m高度处的温度、能见度、CO体积分数及辐射热通量作为危险来临时刻的判定因素。设隧道内某处2 m高度处的温度达到100 ℃的时间为t1(x),能见度下降到10 m的时间为t2(x),CO体积分数达到3×10-4的时间为t3(x),辐射热通量达到2.5 kW/m2的时间为t4(x),则tASET为其中最小的一个。

1.2 必需安全疏散时间

tRSET是指起火到人员疏散到安全区域所需要的时间,包括火灾报警时间(tb)、人员反应时间(tc)及人员行动时间(ts)。假设隧道内各处的tb(x)及tc(x)均为定值,分别为60 s和120 s。

2 火灾场景设置

由于此水下公路隧道属于市政公路隧道,通风规范规定,隧道火灾的消防通风应针对火源功率为20 MW的火灾。主要原因是针对大型火灾设置隧道消防设备必然导致隧道造价高昂,而发生大型火灾的频率极低或没有可能。该隧道为双洞单向的市政公路隧道,通过其中的车辆类型与普通公路隧道有所不同,主要为小型载客车量,中型、大型货车所占比例非常小,并且限制载有大量可燃物的车辆(如油罐车、工业、化学药品车辆等)的进入。因此,通过隧道的车辆所携带的可燃物较少,主要为车辆自身燃油和车内装饰物,发生大型火灾的概率极小。该水下公路隧道内的火灾场景设置如表1所示。火源功率设置为20 MW。

(1)火灾场景1。

车辆事故导致的火灾,起火地点位于隧道盾构段中部。起火后气流组织,如图1所示。

(2)火灾场景2。

车辆事故导致的火灾,起火点位于隧道入口暗埋匝道内。火源位置选择在入口匝道最长的南线隧道D匝道(匝道封闭段长度为312 m),起火点在离工作井30 m处的下坡匝道上,起火后气流组织,见图2所示。

(3)火灾场景3。

车辆事故导致的火灾,起火点位于隧道出口暗埋匝道段。火源位置选择在出口匝道最长的南线隧道WN匝道(匝道封闭段长度300 m),火灾点在离出口30 m处的上坡匝道上。起火后气流组织,见图3所示。

(4)火灾场景4。

车辆事故导致的火灾,起火点位于隧道盾构段中部。起火后通风系统出现故障停止工作。

3 火灾模拟及可用安全疏散时间的确定

针对设计的火灾场景,采用FDS 5.3.0对隧道内的火灾蔓延和烟气扩散进行模拟分析,计算火灾发展过程中各参数的变化情况。考虑火灾产物对隧道内疏散人员的危害,火区上、下游各个位置的tASET通过比较该位置的t1(x)、t2(x)、t3(x)及t4(x)得到。各火灾场景下隧道内各处人员的tASET随离火源距离的变化曲线,如图4所示。

4 人员疏散模拟及结果分析

4.1 疏散工况设置

综合考虑火灾中人的行为、隧道内人员的载荷以及安全疏散设施的设置,参考已在使用的隧道,假定疏散滑梯口间距为80 m,疏散滑梯的通行能力为60人/min。考虑火灾发生后车辆行驶的通畅性,对应每种火灾场景均考虑了正常行驶和出口不畅两种情况。

4.2 模拟结果及分析

利用由美国佛罗里达大学开发的人员疏散模拟软件EVACNET 4模拟疏散过程,可以得到各疏散工况下人员tRSET曲线。图5为各种火灾场景下的tASET与tRSET比较。

(1)火灾场景1(火灾发生在盾构段中部)。

图5(a)给出了火灾发生在盾构段中部时隧道内人员和车辆tASET与tRSET的比较。在该情况下,起火区下游车辆继续前行驶出隧道,起火区上游车辆停止,入口匝道附近人员可直接由入口疏散离开,而盾构段内部人员可从车道左边的逃生滑道或救援/疏散楼梯进入安全通道,从工作井撤离隧道。从图中可以看出,车辆的tRSET

(2)火灾场景2(火灾发生在隧道入口段)。

图5(b)给出了火灾发生在隧道入口段时隧道内人员和车辆的tRSET与tASET的比较。在该情况下,火源前方车辆驶离隧道,火源后方驶入匝道的车辆停止,人员下车全部后撤从洞口进行疏散。从图中可以看出,火源下游车辆的tRSET

(3)火灾场景3(火灾发生在隧道出口段)。

图5(c)给出了火灾发生在隧道出口段时隧道内人员和车辆的tRSET与tASET的比较。在该情况下,火源前方车辆驶离隧道,WN匝道分叉口(匝道起点处)后面的车辆选择从其他的匝道进行疏散,WN匝道分叉口(匝道起点处)到火灾点的范围内的受困车辆停止,人员下车全部沿行车反方向进行疏散,从河东工作井及附近逃生滑梯撤离隧道。南线隧道WN匝道的明挖暗埋段最大坡度为5.05%,火灾情况下,高温的火灾烟气在烟囱效应的作用下紧贴着隧道顶部空间沿出口流动,火源上游的可用安全疏散时间较大。同时,提供风速为2.5 m/s的风便可以抑制住烟气的回流。WN匝道发生火灾时,行驶在盾构段上和其他匝道上的车辆可以选择其他的匝道驶出隧道,需要疏散的是被困在WN匝道上的人员。由于隧道暗埋段(匝道上)未设置疏散滑道,火灾上游靠近暗埋段的疏散滑道是疏散瓶颈,但由于隧道内的通风排烟系统有效地控制了烟气的蔓延,使隧道内除火源附近均满足tRSET

(4)火灾场景4(火灾发生在盾构段中部,风机失效)。

图5(d)给出了火灾发生在盾构段中部且风机失效时隧道内人员和车辆的tRSET与tASET的比较。在该情况下,起火区下游车辆继续向前行驶出隧道,起火区上游车辆停止,入口匝道附近人员可直接由入口疏散离开,而盾构段内部人员可从车道左边的疏散滑梯撤离隧道;当出口不畅时,火源下游人员也需下车通过疏散滑梯疏散。由图可以看出,车辆的tRSETtASET,不能满足人员安全疏散的要求。因此,应确保在这种情况下的通风排烟设备的有效性。

5 结 论

分别利用火灾动力学模拟软件FDS和人员疏散模拟软件EVACNET 4对长沙市某水下公路隧道设定火灾场景下的火灾烟气蔓延及人员疏散进行模拟,得到了不同工况下该隧道内各处的tASET与tRSET。该城市水下隧道在消防设施正常工作的情况下能保障紧急情况下人员疏散的安全性,消防设施发生故障时人员的生命安全则难以保障。因此,应加强日常的系统维护,确保消防设施的有效性。

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