地铁车站火灾安全疏散评估

关键词： 大邱 死亡 火灾 地铁

对地铁运营安全威胁最大的是地铁火灾。1995年10月阿塞拜疆巴库地铁列车火灾, 造成558人死亡, 伤269人;2003年2月1 8日韩国大邱地铁人为纵火案, 造成1 2 6人死亡、289受伤。表1给出了我国地铁火灾情况, 可以看出, 我国地铁在建设和运营过程中也发生过多起不同程度的火灾, 并造成一定的人员伤亡和财产损失, 因此我国地铁运营安全越来越受到人们的广泛关注。

1 地铁火灾的特点

由于相对封闭的环境特点, 地下铁道中发生火灾将比地面建筑物中发生火灾更具危险性。地下铁道火灾的特点[1~2]概括如下: (1) 火灾燃烧状态主要由可燃物物理、化学性能和出入口的供气状态共同决定。 (2) 发烟量大。 (3) 温度上升快, 且容易形成高温。 (4) 安全疏散困难。地下铁道安全疏散不利因素较多, 主要有: (1) 地下铁道全靠人工照明; (2) 地下铁道逃生的出口和路线少且疏散距离较长; (3) 发生火灾时, 会造成缺氧, 阻碍人的正常呼吸, 从而影响逃生行动; (4) 地下铁道内各种可燃物燃烧时产生的大量烟气和有毒气体不仅严重遮挡视线, 使能见度大大降低, 还会使人中毒。 (5) 扑救难度大。

2 地铁车站系统与物理模型

我国典型的地铁车站多为中间站台式。站台两端为站厅, 站厅和疏散楼梯间连接并通向地面。笔者将北京地铁一号线和二号线车站简化为物理模型, 如图1所示, 各区域及其规格尺寸如表2所示。

3 地铁消防安全疏散评估

3.1 单节车厢火灾各阶段设定的对应时间

在此, 笔者引用实体火灾实验的方法来获得热释放速率曲线。国外相关研究单位对单节车厢火灾做了实体火灾实验, 并将实验数据发表。基于此实验数据, 单节车厢火灾各阶段设定的对应时间及最大热释放速率见表3[3]。

3.2 火灾场景

火灾场景如图1所示, 其中箭头表示疏散方向。在设定火源位置的过程中应当选择疏散最不利处。在此, 笔者设定临近D处且处于轨道区域C 1的单节车厢发生火灾, 且站台B与站厅D的通道堵塞。最大热释放速率为12MW。

3.3 评估标准

单节车厢火灾达到有效燃烧的时间, 即4 0 0 s。当相邻车厢达到有效燃烧时, 对人员安全疏散极为不利。因此选定800s为人员安全疏散的临界时间。其判断公式见式1、2。

其中:tt o t a l=tp r e+tw a l k+tq u e (2)

式中:tpre为预作用时间, s;twalk为步行时间, s;tq ue为滞留时间, s。

3.4 总疏散时间计算

(1) 乘客人数估计。

假设两部列车同时进站, 且每部地铁车辆均无空座, 根据实际乘车人数, 单节列车的人数估算为12 00, 则两部列车总人数为2400人。

(2) 疏散路线。

笔者假设疏散通道都是安全的, 即不受烟气流动的影响。根据选定的火源位置和地铁车站物理模型, 笔者设计两种主要疏散方案。它们分别为:R (1) =B→E→S3→地面;R (2) =B→E→S4→地面。假设两部列车尾部均与D右边线齐平, 且列车的有效长度为80m;列车乘客沿列车所在侧的站台进行疏散, 一般来说, 疏散路线越长, 人员疏散越困难, 所以笔者仅考虑各种方案中最长的疏散路线, 即L (1) 、L (2) 。L (1) =L (2) =5+90+10+10+2.5=117.5 (m) 。

(3) 对应的疏散人数。

笔者假设列车乘客在集结点E处选择疏散出口S3、S4的概率相同, 则、对应疏散人数N (1) =N (2) =1200。

(4) 总疏散时间。

(1) 预作用时间。预作用时间指出现火灾到人员开始疏散的这段时间。在此, 本文采用较为保守的计算公式[4], 如式3所示。

式中:站台总面积, m 2。

由图1可得站台总面积为18m×90m, 因而得出tpre为120s。

(2) 步行时间。假设人员在平地的疏散速度分别为1.0 m/s, 在楼梯部位的垂直下降速度为0.25 m/s[5]。疏散路线已经确定, 则各疏散路线、对应的步行时间, 为:

3) 滞留时间。各集结点处滞留人群的滞留时间可用公式4计算[6]:

式中:为流动系数, 人/m s。楼梯部位取1.3, 平地部分取1.5。B为疏散宽度, m。L (1) 、L (2) 的滞留时间汇总表如4所示。

(4) 总疏散时间。则各疏散路线所用的总疏散时间为:

总疏散时间为8 3 8.5 s, 大于临界疏散时间8 0 0 s, 因此必须采取措施以降低总疏散时间。降低疏散时间的方法很多, 如增加疏散宽度、减小疏散长度等。在此, 本文以增加站台B的疏散宽度为例。假设其疏散宽度调整为15m, 则计算得出的总疏散时间为7 7 6.5 s, 满足设计要求。

4 结语

地铁作为现代化的交通工具, 越来越受到人们的青睐, 但其火灾安全问题也越来越突出, 因此地铁安全工作问题已刻不容缓。本文对车站的人员安全疏散作了计算评估, 结果表明:此地铁车站的人员安全疏散不能满足设计要求, 即人员疏散总时间 (838.5s) 大于临界疏散时间 (800s) , 因此必须采取措施。整改方法有很多, 文中以增加疏散宽度为例。若站台与站厅之间楼梯的疏散宽度增至13 m, 则人员疏散时间为7 7 6.5 s, 满足设计要求。

摘要：本文针对地铁火灾的特点, 以北京地铁一、二号线为例, 建立了地铁发生火灾的模型。通过对地铁发生火灾时车站的人员安全疏散作了计算评估, 得出人员疏散总时间838.5s左右, 大于临界安全时间的结论。

关键词：地铁,火灾,安全疏散

参考文献

[1] 霍然, 胡源, 李元洲.建筑火灾安全工程导论[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 1999.

[2] 蒋雅君, 杨其新.地下铁道防灾救援系统的初步研究[J].地下空间, 2003, 23 (4) .

[3] Akiko Natori, Mitsuo Kasoya, Michiyuki Nakamura.Fire Safety Design of In-ternational Transportation Center-Japanese Case Study.5th International Conferenceon Performance-Based Codesand Fire Safety Design Methods.October 2004, Luxembourg.

[4] 李引擎, 边久荣, 熊洪, 等.建筑安全防火设计手册[M].郑州:河南科学技术出版社, 1998.

[5] 张树平.建筑防火设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.

[6] 顾正洪, 程远平, 周世宁.交通隧道火灾时车辆临界安全距离的研究[J].中国矿业大报, 2004, 33 (4) :424～427.

[7] 柴永模.隧道内发生火灾时的温度分布初探[J].消防技术与产品信息, 2002, 3:16～19.

[8] 王经伟, 黄德祥, 周子荐, 等.性能化防火设计中确定性标准的探讨[J].消防科学与技术, 2004, 23 (4) :328～330.