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地下铁道火灾烟气分区控制及人员疏散模式研究

赵明桥  
【摘要】: 地铁灾害特别是火灾烟气的控制是保障地铁安全运营、防止重大伤亡事故的重要前提。本文依托湖南省科技计划项目“长沙地铁车站火灾分区控制研究”及中南大学研究生创新基金项目“地下空间火灾灾害分区控制研究”等课题,围绕地铁发生火灾时如何有效控制烟气、为人员逃生创造更为安全的疏散环境开展了系统研究。在深入分析地铁既有火灾烟气控制方法所存在缺陷的基础上,提出了烟气分区控制方法和实施模式,并综合运用理论计算、数值模拟和火灾试验等研究手段,对所提烟气分区控制方法进行了充分论证,其主要内容和成果为: (1)在对地铁建筑型式和特点剖析的基础上,采用数值模拟方法对区间隧道和车站既有火灾烟气控制规律和效果进行了探讨,结果表明由于未能将人烟完全分离,既有烟气控制方式存在安全隐患。在隧道内采用纵向通风控制列车中部火灾烟气时,无法保障下风侧乘客安全疏散;在地铁车站中,既有方式能在一定时间内阻止站台火灾烟气向站厅层扩散,但烟气在站台上波及范围较大,并且难以应对复杂火情,仍存在较大风险。 (2)将灾害分区控制方法和消防性能化设计理念引入地铁火灾灾害控制中,首次提出烟气分区控制方法及人员无烟疏散策略,即将需要防护的空间划分成两个或多个相对独立的防烟分区,利用机械通风将火灾高温和烟气控制在着火分区局部范围内,使着火分区内人员能快速撤出,脱离烟气影响,外部人员能直接在无烟环境中疏散,消防救援行动可同步展开,从而增强地铁应对火灾的安全性能。 (3)结合区间隧道空间特性建立隧道纵向分区烟气控制实施模式,采用数值模拟和火灾试验相结合的研究方法对不同通风方式、排烟速率和火源功率的纵向分区工况烟气控制效果和特点进行比较,结果表明该模式能阻止烟气侵入疏散通道中,各种通风方式在火灾高温和烟气控制效果上存在差异,其中以疏散通道送风和行驶区单侧排烟相结合的方式火灾灾害综合控制效果最好。无论着火部位在什么位置,都可以先向疏散通道送风,待人员撤离行驶区后再启动单侧排烟,既能保证人员安全又能降低火灾高温危害。 (4)建立车站垂帘分区烟气控制实施模式,采用数值模拟和火灾试验相结合的方法对不同的卷帘距地高度、不同火源位置大功率火灾垂帘分区烟气控制的效果和特点进行研究,揭示出着火分区形成负压环境有助于气流有序流动、并能长时间将火灾烟气和高温控制在局部范围,充分证实了该模式应对复杂火情的能力和良好效果。研究结果还表明,卷帘距地高度为2m时有利于人员疏散,卷帘距地0.5m时,火灾烟气控制效果更稳定,因此卷帘放下的过程可分步进行。 (5)通过理论推导和计算,以及车站垂帘分区烟气控制工况的数值模拟和火灾试验,结果表明其临界排烟量为火场新增气体流量,远小于火灾烟气生成量,它与火源功率成正比。当火源功率相同时,卷帘底边距地2m时的临界排烟量比距地0.5m时的大。 本文还对烟气分区控制方法在地铁之外的公路隧道、铁路隧道以及地下车库、地下商场等建筑中的应用进行了初步探讨。


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