噴淋對(duì)島式地鐵站站廳火災(zāi)疏散時(shí)間研究

　　摘要:地鐵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密集度高、疏散路線長(zhǎng)等特點(diǎn)給人們的日常出行帶來(lái)了巨大的隱患，使其在發(fā)生火災(zāi)時(shí)極易造成重大的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。為了優(yōu)化地鐵火災(zāi)時(shí)站內(nèi)人員的疏散方案以更好的確保人們的出行安全，以哈爾濱市某島式地鐵站為例，采用FDS(FireDynamicsSimulator)軟件模擬火災(zāi)時(shí)站廳內(nèi)有、無(wú)噴淋系統(tǒng)兩種工況下煙氣的蔓延情況。通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析得出:兩種工況下人員的最長(zhǎng)安全疏散時(shí)間分別為70s，188s;噴淋系統(tǒng)在一定程度上優(yōu)化了火災(zāi)場(chǎng)景內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)從而延長(zhǎng)了疏散時(shí)間。

　　關(guān)鍵詞:島式地鐵，F(xiàn)DS，數(shù)值模擬，噴淋系統(tǒng)，安全疏散

　　0引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，地鐵已經(jīng)成為社會(huì)日常運(yùn)轉(zhuǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ�活中不可或缺的一部分，在其給人類生活帶來(lái)便利的同時(shí)也很大程度上復(fù)雜化了人們?nèi)粘Ｉ�活的安全環(huán)境。根據(jù)地鐵事故統(tǒng)計(jì)可以看出，地鐵火災(zāi)事故居多且地鐵火災(zāi)引起的傷亡人數(shù)往往較多[1，2]。

　　因此研究地鐵火災(zāi)對(duì)地鐵火災(zāi)防治和降低火災(zāi)時(shí)的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。噴淋系統(tǒng)反應(yīng)迅速能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)滅火，是十分有效的防火措施。我國(guó)有不少學(xué)者對(duì)噴淋系統(tǒng)在地鐵火災(zāi)防治中的作用進(jìn)行了研究，例如張巨龍[3]結(jié)合了地鐵車站火災(zāi)的特殊性，通過(guò)對(duì)比自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的必要性以及適用性;劉曉峰[4]對(duì)地鐵水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，對(duì)地鐵站內(nèi)是否有必要設(shè)置噴淋系統(tǒng)進(jìn)行了探討;馬金梅[5]對(duì)噴淋系統(tǒng)作用下地鐵火災(zāi)煙氣的控制進(jìn)行了研究，說(shuō)明了在噴淋系統(tǒng)作用下不同排煙方式對(duì)火災(zāi)環(huán)境的改變情況;以上研究均對(duì)噴淋系統(tǒng)在地鐵火災(zāi)防治中的作用進(jìn)行了研究，但均為利用相關(guān)模擬軟件單純針對(duì)噴淋系統(tǒng)的作用效果進(jìn)行實(shí)際的數(shù)值模擬驗(yàn)證，其主要原因在于對(duì)于地鐵而言，噴淋系統(tǒng)不具有普遍適用性，對(duì)其是否應(yīng)在地鐵站內(nèi)使用仍存在一定的爭(zhēng)論[4]。

　　但是對(duì)于適用噴淋系統(tǒng)的地鐵站而言，利用數(shù)值模擬軟件對(duì)噴淋系統(tǒng)作用下的火災(zāi)發(fā)展情況進(jìn)行研究仍具有十分重要的意義。FDS作為一款場(chǎng)模擬軟件，為火災(zāi)的動(dòng)力學(xué)研究提供了大量的有效工具[6]，因此，本文以哈爾濱某島式地鐵站站廳火災(zāi)為例，采用FDS軟件模擬研究噴淋系統(tǒng)對(duì)地鐵站廳內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的煙氣流動(dòng)以及環(huán)境參數(shù)所產(chǎn)生的影響。

　　1計(jì)算模型及場(chǎng)景設(shè)定

　　1.1計(jì)算模型

　　1)物理模型:哈爾濱市某地鐵車站共為2層，地下1層為站廳層，地下2層為站臺(tái)層，總建筑面積15151.37m2。本次研究針對(duì)于站廳層火災(zāi)，在不影響模擬結(jié)果情況下，為簡(jiǎn)化模擬過(guò)程提高軟件數(shù)值模擬效率，主要建立站廳層的1∶1物理模型，站廳部分的長(zhǎng)為95m，寬為24m，站廳層與外部空間連接有4個(gè)出入口。2)設(shè)置火源:目前，站廳內(nèi)部裝修主要采用阻燃或不燃材料，因此考慮主要火災(zāi)載荷為乘客隨身攜帶的行李物品，對(duì)于該類物品引發(fā)的火災(zāi)結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究[7]取火源熱釋放速率為3MW，熱釋放速率可用式(1)表達(dá)。結(jié)合人員的流動(dòng)特點(diǎn)及地鐵站內(nèi)主要電氣設(shè)備位置，將火源設(shè)置在人員流動(dòng)較為密集的扶梯附近，即站廳中部區(qū)域。

　　1.2火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定

　　火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)置直接影響著火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣的蔓延情況，也決定了我們對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)方式;研究中分別分析了兩種工況下的火災(zāi)煙氣蔓延情況和環(huán)境參數(shù)變化情況，這兩種工況分別是:有噴淋系統(tǒng)、無(wú)噴淋系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)主要有:CO濃度、能見度、溫度，通過(guò)切片觀察各項(xiàng)參數(shù)在某一指定平面上的變化情況以確定危險(xiǎn)區(qū)域的大小變化情況，通過(guò)探測(cè)器觀察各參數(shù)在某一指定點(diǎn)處各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間的變化情況，其給出了各環(huán)境參數(shù)在對(duì)應(yīng)點(diǎn)處隨時(shí)間變化的具體數(shù)值。

　　模型中設(shè)置了溫度、煙氣濃度、能見度切片，各切片的設(shè)置主要根據(jù)人的平均眼高、樓梯口的位置、安全出口的位置而定，模型中在Z=11.6m，Y=17m以及Y=38m處同時(shí)設(shè)置了溫度、CO濃度和能見度切片;在站廳的四個(gè)出口處分別設(shè)置了溫度探測(cè)器和CO濃度探測(cè)器。根據(jù)GB50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中的火災(zāi)發(fā)生所需最長(zhǎng)疏散時(shí)間為6min的要求，設(shè)置本次模擬的時(shí)間。取疏散人員的平均身高為1.6m，將人員的安全疏散時(shí)間約束為三個(gè)條件:1)煙氣溫度不高于60℃;2)一氧化碳濃度不高于225ppm;3)能見度不低于10m。對(duì)各疏散情景結(jié)果進(jìn)行安全判定并分析人員的安全疏散，模擬效果取計(jì)算機(jī)模擬結(jié)束為止。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1溫度分析

　　1)由溫度切片Z=11.6m的對(duì)比結(jié)果也可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施的工況下，在站廳中部著火117s時(shí)站廳大部分區(qū)域的溫度達(dá)到60℃以上，在安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，在站廳中部著火360s后仍只有火源周圍小部分區(qū)域的溫度達(dá)到60℃以上;2)由溫度切片Y=17m的對(duì)比結(jié)果也可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施的工況下，在站廳中部著火95s時(shí)站廳3號(hào)、4號(hào)安全出口處大部分區(qū)域達(dá)到60℃及以上，在安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，在站廳中部著火360s后站廳火源周圍豎向空間溫度超過(guò)了60℃，但3號(hào)、4號(hào)安全出口處的溫度值仍處于安全范圍內(nèi); 3)由溫度切片Y=38m的對(duì)比結(jié)果也可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施的工況下，在站廳中部著火106s時(shí)站廳1號(hào)、2號(hào)安全出口處大部分區(qū)域達(dá)到60℃及以上，在安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，在站廳中部著火360s后站廳1號(hào)、2號(hào)安全出口側(cè)的整層空間任何位置均未達(dá)到危險(xiǎn)值。

　　從中各熱電偶的數(shù)值隨時(shí)間的變化情況可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施的工況下，地鐵站廳中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，站廳內(nèi)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)安全出口在Z=11.6m處的溫度變化趨勢(shì)基本相同，相較而言，3號(hào)、4號(hào)安全出口Z=11.6m處溫度在T=126s時(shí)幾乎同時(shí)達(dá)到60℃，1號(hào)安全出口Z=11.6m處溫度在T=131s時(shí)達(dá)到60℃，2號(hào)安全出口Z=11.6m處溫度在T=140s時(shí)達(dá)到60℃;在站廳層安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，地鐵站廳中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，站廳內(nèi)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)安全出口在Z=11.6m處的溫度變化趨勢(shì)基本相同，相較而言，3號(hào)、4號(hào)安全出口在Z=11.6m處的溫度在T=70s后基本維持在一個(gè)相同的水平，并在該水平上下波動(dòng)著，且始終位置在21℃附近遠(yuǎn)低于60℃這一危險(xiǎn)值，對(duì)于1號(hào)、2號(hào)安全出口，在火災(zāi)發(fā)生100s后，它們?cè)赯=11.6m處的溫度不再出現(xiàn)變化，而是維持在20℃這一室溫水平。

　　2.2能見度分析

　　1)由能見度切片Z=11.6m可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施時(shí)，在站廳中部著火173s時(shí)站廳大部分區(qū)域的能見度不足10m，在站廳層安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，在站廳中部著火236s時(shí)站廳所有區(qū)域的能見度不足10m;2)由能見度切片Y=17m可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施時(shí)，在站廳中部著火146s時(shí)，站廳3號(hào)、4號(hào)安全出口處大部分區(qū)域能見度不足10m，在站廳層安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，在站廳中部著火162s后站廳3號(hào)、4號(hào)安全出口一側(cè)的上層空間的能見度全部處于不足10m的狀態(tài)并淹沒(méi)3號(hào)、4號(hào)安全出口全部區(qū)域;3)由能見度切片Y=38m可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施時(shí)，在站廳中部著火142s時(shí)，站廳1號(hào)、2號(hào)安全出口處大部分區(qū)域能見度不足10m，在站廳層安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，在站廳中部著火239s后站廳1號(hào)、2號(hào)安全出口一側(cè)的上層空間的能見度全部處于不足10m的狀態(tài)并淹沒(méi)1號(hào)、2號(hào)安全出口全部區(qū)域。

　　從中各能見度探測(cè)器的數(shù)值隨時(shí)間的變化情況可以看出，在無(wú)任何消防設(shè)施的工況下，地鐵站廳中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，站廳內(nèi)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)安全出口在Z=11.6m處的能見度變化趨勢(shì)具有較為明顯的差異，其中3號(hào)、4號(hào)安全出口處能見度變化情況較為一致，1號(hào)、2號(hào)安全出口處能見度變化趨勢(shì)較為一致，相較而言，3號(hào)、4號(hào)安全出口Z=11.6m處能見度最早降低至10m這一危險(xiǎn)臨界值，大約在T=60s時(shí)刻，1號(hào)、2號(hào)安全出口Z=11.6m處能見度在火災(zāi)發(fā)生了一段時(shí)間后才降低至危險(xiǎn)臨界值，大約在T=200s時(shí)刻，1號(hào)安全出口Z=11.6m處能見度比2號(hào)安全出口處稍早數(shù)秒降低至危險(xiǎn)值;在站廳層安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工況下，地鐵站廳中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，站廳內(nèi)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)安全出口在Z=11.6m處的能見度變化趨勢(shì)基本相同;四個(gè)安全出口處的環(huán)境能見度幾乎在同一時(shí)間降低至危險(xiǎn)臨界值，大都在60s～80s之間。

　　地鐵評(píng)職知識(shí)：地鐵設(shè)備維護(hù)論文發(fā)表哪些期刊

　　3結(jié)語(yǔ)

　　本文以哈爾濱某島式地鐵站為例，采用FDS軟件對(duì)站廳火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值模擬，分別研究了在有、無(wú)噴淋系統(tǒng)兩種工況下的煙氣蔓延情況與火災(zāi)發(fā)生后環(huán)境參數(shù)的變化情況，討論了人員安全疏散時(shí)間，結(jié)果表明:

　　1)對(duì)于火災(zāi)發(fā)生后煙氣的蔓延情況，煙氣首先豎直向上快速蔓延充滿整個(gè)站廳層的上層空間，再逐漸向下層空間蔓延，這使得邊墻附近危險(xiǎn)程度較大;相對(duì)于無(wú)噴淋系統(tǒng)工況，有噴淋系統(tǒng)時(shí)，由于受到水射流的影響，煙氣的蔓延進(jìn)程明顯減緩;從豎直方向的切片來(lái)看，兩種工況下危險(xiǎn)區(qū)域的擴(kuò)大過(guò)程基本一致，但在有噴淋系統(tǒng)工況下，這一過(guò)程得到了顯著的減緩，從水平方向上的切片來(lái)看，兩種工況下危險(xiǎn)區(qū)域的擴(kuò)大情況出現(xiàn)較大的區(qū)別，在無(wú)噴淋系統(tǒng)的工況下，指定水平面的危險(xiǎn)區(qū)域由邊墻快速向內(nèi)擴(kuò)散，而在有噴淋系統(tǒng)的工況下，由于水射流的影響，危險(xiǎn)區(qū)域則以較為緩慢的速度由著火點(diǎn)逐漸向四周擴(kuò)散;從1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)安全出口處的探測(cè)器來(lái)看，受煙氣蔓延過(guò)程的影響，各出口處的溫度、CO濃度、能見度隨時(shí)間的變化情況均有一定的差異，這一差異影響著人員在逃生時(shí)對(duì)安全出口的選擇。

　　2)通過(guò)對(duì)比兩種工況，發(fā)現(xiàn)噴淋系統(tǒng)較大程度上優(yōu)化了火災(zāi)場(chǎng)景內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，尤其是溫度這一環(huán)境參數(shù)，在噴淋系統(tǒng)的作用下，水對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景起到了一個(gè)很好的降溫作用，使得整個(gè)火災(zāi)過(guò)程中站廳內(nèi)的環(huán)境溫度在除火源附近以外的區(qū)域內(nèi)始終維持在一個(gè)安全的水平，水射流一定程度上干擾了煙氣的蔓延過(guò)程，使得低能見度(<10m)和高CO濃度(225ppm)區(qū)域的擴(kuò)大過(guò)程也得到了明顯的減緩，由此大幅度延長(zhǎng)了人員的安全疏散時(shí)間，由70s延長(zhǎng)至188s，很大程度提高了人員在發(fā)生火災(zāi)后的安全性。

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　　作者：劉新蕾1，2吳良猛1沈斌1，2

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