1、_基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074143 、91024022、91024014、5 1274176) 和十二五国家科技支撑计划课题(编号：2012BAK24B02)资助。作者简介：史聪灵(1979-),男,安徽省寿县人,中国安全生产科学研究院高级工程师 ,博士。某地铁车站站台现场火灾烟气实验史聪灵 1, 钟茂华 1, 胥旋 1, 张 岚 2, 何 理 1, 石杰红 1(1. 中国安全生产科学研究院 交通安全研究所, 北京 100012；2. 北京市地铁运营有限公司 安监室, 北京 100044)摘 要：利用全尺寸热烟测试的方法，在某地铁车站试运营前在站台开展了现场火灾烟气实验，检
2、测了地铁车站探测报警系统、通风排烟系统、事故照明及疏散通道等系统的安全性能，分析了屏蔽门制式下该车站通风排烟系统的烟气控制效果、楼扶梯开口烟控流速、可用安全疏散时间等是否满足安全要求。文章结论可为国内外地铁防灾系统设计参考。关键词：地铁车站；站台；现场；火灾；烟气实验Spot fire smoke test in the platform of a metro station SHI Cong-ling1, ZHONG Mao-hua1, XU Xuan1,ZHANG Lan2 ,HE Li1 ,SHI JIehong1(1. Institute of Transportation Safet
3、y, China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100029, China; 2. Safety Supervision Department, Beijing Subway, Beijing 100044, China. Corresponding author: SHI Cong-ling, E-mail: )Abstract: Using the method of full-scale hot smoke test, a spot fire smoke test is performed in the platfor
4、m before the trial running of a subway station, in order to examine the safety performance of system such as the detection alarm system, smoke ventilation system, emergency illumination and evacuation passage, etc. Based on the experimental results, the smoke control effect of ventilation and smoke
5、exhaust system under the shield door system, the downward velocity in the escalator opening, the available safe evacuation time are analyzed whether to meet the safety requirements. The results of this article can be for reference of the disaster prevention system design in domestic and foreign subw
6、ay.Key words: metro station; platform; spot; fire; smoke test1 引言地铁为人流密集的公众聚集场所，因此火灾对地铁的危害较大，特别是地铁一般为地下较封闭的空间，与外界的联系主要为出入口，人员密集、排除热量及烟气困难，相比来说比地面建筑火灾更具有危险性，一旦发生火灾，损失往往十分严重 1-2。因此对于控制地铁火灾的相关防灾系统的设计越发显得重要，例如对地铁火灾探测报警（FAS ） 、空调通风排烟（BAS ） 、疏散通道等系统的防灾设计。为了能及时发现火灾，地铁火灾探测报警系统需要更快、更准确的探测火灾，为消防系统联动和救援提供准确信息；
7、地铁空调通风排烟系统的作用是在火灾发生后能够及时动作，切换至事故排烟模式，有效的排除烟气，控制烟气流向，减缓烟气沉降，提供可用安全疏散时间；疏散通道（扶梯、闸机等）需要在火灾发生后及时切换至紧急疏散状态，以供给乘客疏散使用。而这些系统的工作效果、是否能联动、可靠性均需要在地铁投入试运营前，进行检测。目前对于地铁各系统的单体联调和检测均已有相应的标准和规范 3，国内的各地铁线路也在试运营前进行了各相关专业系统的验收工作，对于提高地铁的安全水平起到了基础且积极的作用。而对于地铁防灾性能的整体检测，目前开展的不多，近年来在一些新建线路投入试运营前，国内科研单位联合地铁企业在深圳地铁 1 号线 4、广
8、州地铁 5 号线和 2/8 号线、深圳地铁 2 号线和 4 号线（港铁） 、北京地铁亦庄线和 8号线二期北段、成都地铁 1 号线、西安地铁 2 号线、昆明地铁 6 号线、苏州地铁 1 号线开展了全尺寸火灾实验检测，且得了较多的有参考价值的数据 5-6。相比而言，地铁全尺寸火灾实验更能整体性的检测地铁各防灾系统的联动状况，给地铁设计和运营提供更好的数据参考。文章报道了在某地铁车站站台开展的现场火灾烟气实验结果，利用全尺寸热烟测试的方法，检测了地铁车站探测报警系统、通风排烟系统、事故照明及疏散通道等系统的安全性能，分析了屏蔽门制式下该车站通风排烟系统的烟气控制效果、楼扶梯开口烟控流速、可用安全疏散
9、时间等是否满足安全要求。2 地铁防火灾系统的功能地铁防火是地铁防灾设计中的重要组成部分，也是地铁防灾中涉及专业系统最多、最复杂的一个方面。地铁系统防火灾设计遵循“预防为主，防消结合”的原则，且按全线同一时间内只发生一次火灾考虑，这种思路是基于增加系统模式执行的有效性、减少系统的复杂性来考虑的。地铁防火灾大都采用由 FAS 报警，FAS、BAS 和 ISCS 联合实施的消防联动方案。地铁 FAS 系统设计均按中央级和车站级两级监控方式设置，需要对全线及车站的消防集中监控、管理和联动。中央级 FAS 设于一般设置在 OCC（运营控制中心） ，车站级 FAS 设于车站控制室及其他各建筑的消防控制室内
10、，负责火灾探测，向消防控制室及 OCC 发出火灾警报、报告火灾区域、实现对相关消防设备状态监视，与环境与设备监控系统（BAS） 、综合监控系统配合实现消防设备的联动控制。FAS 一般负责实现警铃、消防水泵、防火卷帘、AFC 闸机等设备的消防联动，负责防火阀、消防水泵、防火卷帘、自动灭火控制盘等消防设备的状态监视。地铁火灾自动探测报警系统是为了更快、更准确的探测火灾，目前国内的模式有自动、半自动确认和人工确认 3 种： 1）自动确认方式主要有：任何一个报警区域，有一个感烟或感温探测器报警，同时有一个手动报警按钮报警；同一个报警区域有两个探测器同时报警；在受气体自动灭火系统保护的重要设备用房，只要
11、一路烟感报警加一路温感报警，即自动确认火灾报警。2）半自动确认方式为：1 个探测器报警人工确认的方式。3）火灾报警人工确认方式有人员现场确认和通过 CCTV 确认等两种，在车站级 FAS 收到火灾报警而不能自动确认的情况下，若报警区域在闭路电视监视范围，消防值班员通过 CCTV 进行报警确认；若报警区域不在闭路电视监视范围，则立即通知现场值班员，携带手持式无线消防调度电话到报警现场进行报警确认。这几种方式均会引入较大的探测报警时间。地铁 BAS（环境与设备监控系统）系统的监控和联动对象包括通风空调排烟系统（隧道通风系统、车站防排烟设备、车站通风空调大、小系统、空调水系统设备） 、给排水系统（车
12、站给排水、区间给排水设备、区间消防给水干管电动蝶阀） 、疏散通道系统（自动扶梯、电梯） 、乘客导向系统和照明系统等（车站公共区导向系统、应急照明等设备） 。在车站控制室 IBP 盘内设有控制单元，通过 I/O 和硬线与手动按钮相连接。通风排烟系统是 BAS 系统监控的主要系统。自动扶梯可接受 BAS 的监控，当车站出现紧急情况时，自动扶梯可接受车站 BAS 或 FAS 的控制，控制应经车站值班员确认进行，在紧急情况下，下行自动扶梯停止运行，做为步梯使用。电梯可接受车站 BAS 的监控；当车站出现紧急情况时，电梯应停运，并接受车站 BAS 或 FAS 的控制，电梯开门放人以后停止运行。综合监控系
13、统（ISCS）一般将集成以下系统：火灾自动报警系统（ FAS） 、环境与设备监控系统（BAS） 、变电所综合自动化系统（PSCADA） 、屏蔽门系统（PSD）和门禁系统（ACS ） 。同时与下列系统实现互联：车载信息系统（TIS） 、乘客信息显示系统（PIDS） 、信号系统（SIG） 、自动售检票系统（AFC） 、广播系统（ PA） 、闭路电视监视系统（ CCTV） 、调度电话系统（DLT ） 、通信集中网管系统（TEL/ALARM ）和时钟系统（CLK） 。在发生火灾情况时，综合监控系统应进入紧急灾害工作模式，同时启动消防广播系统和闭路电视监视系统，起到防灾救灾的作用。监控站出现故障时，可以
14、通过紧急手动控盘（IBP 盘）操作。火灾时，在综合监控系统的人机界面上提示工作人员通过车站控制室 IBP 盘开启屏蔽门、AFC 闸机和门禁，疏散旅客，或直接由 ISCS 联动执行屏蔽门、 AFC 闸机等事故模式。火灾时的消防用电设有两级切除，对独立配电的各防火分区非消防负荷，火灾发生时 FAS 向 SCADA发出控制命令，由 SCADA 切除非消防电源，对由多个配电回路供电的防火分区（如站厅、站台公共部分、出入口）非消防负荷，在本防火分区内局部发生火灾时，为不影响疏散，采用局部切除的方式在车站配电室相应配电回路切除非消防电源。与防灾有关的电力负荷包括：综合监控系统、通信系统、信号系统、火灾自动
15、报警系统、环境与设备监控系统、自动灭火系统、自动售检票系统、门禁系统、屏蔽门、所用电、消防泵、废水泵、雨水泵、事故风机、防排烟风机及相应风阀、站厅和站台照明、应急照明、疏散标志照明等为一级负荷。可见地铁防火灾系统设计的专业系统很多，且相互之间需要联动、通信和监控，这些系统在试运营是否能够达到防灾能力，提供火灾情况下的探测、报警、广播、排烟、疏散、应急照明和指示，需要进行整体性的检测。3 某地铁车站站台现场火灾烟气实验以某城市地铁的某条新线试运营车站 HLG 为例，采用现场火灾烟气实验的方法，测试了站台火灾发生后探测报警系统、通风排烟系统、事故照明及疏散通道等系统的工作效果和联动状况，实验获得了
16、不同位置处的烟气温度、顶棚温度、人眼高度处的温度、联动时间、楼扶梯开口烟控流速、可用安全疏散时间等指标，整体分析了各防灾系统的安全性能。3.1 车站情况实验车站为地下两层岛式车站。站台有效长度 120m，宽度 10m。列车按六节编组。站台设置屏蔽门系统，屏蔽门长度 113m。站台 /站厅之间的楼楼 3 个、自动扶梯 2 部。站厅有四个通向地面的出入口。通风排烟系统包括（图 2）：区间隧道通风排烟系统（2 台 TVF，每台 60m3/s） 、车站隧道通风排烟系统（2台 TVF 兼用，每台 60m3/s）和公共区通风排烟系统（站台 25m3/s） 。站台公共区火灾时，开启屏蔽门的 4个端门，利用隧
17、道排烟系统辅助排烟。图 1 车站平面及实验布置图 HLG站图 2 车站隧道通风排烟系统图3.2 实验方法和实验设置实验火源:实验火源和方法采用文献 5给出的实验系统，火源采用甲醇池火。火源由 2 个燃烧油盘组成，单个油盘的尺寸为 841mm（内部长）595mm（内部宽）130mm（内部高） ，2 个油盘燃烧可产生0.7MW 的稳定火源功率 7。在油盘旁边放置烟气发生装箱，产生示踪烟颗粒，注入火羽流加以混和卷吸，产生白色热烟气，火源实体图如图 3 所示。图 3 站台火灾实验的火源设置情况火源位置：站台中间位置如图 1 所示；测量系统：1）实验记录站台、站厅不同位置的竖直温度，如图 1 所示，圆圈
18、位置代表一个温度测量串，每个测量串共安装温度测量探头 8 个，测点竖直间隔 0.5m，最上面的温度探头距离结构顶棚 0.1m。其中站台长度方向共布置了共 12 根温度测量串（编号 112） ，站厅方向布置了 7 个温度测量串（编号1521） 。温度采用分布式温度测量系统进行测量（模块 01 为分布式测量模块） 。危险高度处的温度通过每个测量串上的人眼高度处的温度探头可以得到。2）速度测量主要关注楼扶梯开口处的向下流速（风速测量点 12） ，该位置速度在地铁设计规范中要求火灾时至少达到 1.5m/s。3）烟气层高度，可以通过温度判断站台、站厅不同位置的高度，当某高度位置的温度探头温度升高时，说明
19、烟气已经下降至该高度 8。 4）火灾过程的图像和动态影像通过摄像机获得。 5）火源高度及火源顶棚处的烟气温度通过红外热像仪测量。6）系统联动状况和各系统的动作时间，通过车站控制室的实验人员记录得到。实验过程：（1）实验开始前，车站 BAS 系统、探测报警系统、疏散通道系统等均为正常运行模式；（2）实验前，加入燃料和发烟烟饼，实验开始时点燃燃料和发烟剂，并同时启动实验采集系统（温度、录像等） 。 （3）记录实验数据和现象。 （4）燃料燃尽后，仍然持续运行排烟、采集直至恢复至接近环境温度、烟气浓度降低到实验前，对各系统复位。3.3 实验结果分析1）系统联动状况分析站台火灾检测结果表明，FAS、BA
20、S 、扶梯、风机、风阀、事故照明系统能够实现火灾联动；但电梯、闸机、事故广播、PIS 等系统不能实现火灾联动，其中闸机和事故广播的设计模式为不联动；通过表 1 可以看出，探测报警系统可以在 31s 时完成自动报警；之后 BAS 系统联动通风排烟系统动作，在 32s 时排烟模式执行完成；自动扶梯在 52s 切换至疏散模式（站台火灾时上行自动扶梯保持上行，下行扶梯停止） ；52s 时非消防电源关闭（如站台非事故照明电源） ，事故照明启动；AFC 由 IBP 盘人工开启（30s 时开启） ，两端 4 个屏蔽门端门的开启也是由人工来完成的。测试表明主要的探测报警系统、通风排烟系统和疏散通道系统均能在
21、1 分钟之内完成事故模式转换，但 AFC 系统和事故广播不能联动，测试建议该车站在开通前实现 AFC 系统、 PIS 系统和事故广播的消防联动。表 1 HLG 站台火灾实验时间记录表点 切 报警 通风排烟系统 屏蔽 自动 闸机 灭火 通风排时间 s实验火 非1 烟感（预警）2 烟感（火警） 开启 启动完成 端门开启 扶梯联动 开启 时间 烟系统 停止站台火灾实验 0s 52s 23s 31s 31s 32s1min58s 52s 39s13min8s22min49s2）烟气控制效果分析（1）温度站台火灾实验时的顶棚温度和人眼高度处的温度曲线如图 45 所示。由图 4 可见，站台初始温度在 13
22、左右，排烟系统启动后，站台补风主要从站厅补充，而站厅补风是从室外补风，室外温度较低（5） 。测量串 1、2、11、12 位置顶棚温度下降的较多，最后接近室外环境温度（5） ，说明烟气没有蔓延至这些位置（站台两端） 。而其他位置温度比室外环境温度要高，说明烟气已经蔓延至该位置的顶棚。由图 5 可见，6 分钟内，测量串 7、8、9、10 处的人眼高度处的温度有明显的升高，说明在靠近火源位置附近的烟气已沉降到人眼高度，表明站台中间部位的烟气由于排烟能力不足，不容易排放，烟气容易沉降至逃生高度。特别在楼梯位置（测量串 10 位置）人眼高度处测点温度在200s 时开始升高，说明烟气已经沉降到逃生高度。因
23、此左侧楼扶梯位置的可用安全疏散时间为 200s，小于 6 分钟。实验通过示踪烟气的流动观测到，站台两端由于气流组织的原因，形成扶梯向下补风屏蔽门端门隧道的气流流向，将烟气抽至隧道，利用 TVF 风机排除。站台火灾时候，由于设计模式为开启安全门 4个端门，站台排烟主要靠站台两端的 4 台 TVF 排烟，补风由楼扶梯开口自然补风。实验观测到该种设计模式会导致站台烟气向一端聚集，严重影响疏散。气流横向组织导致起火一侧站台烟气横向移动（图 6） ，因此烟气混合严重，6 分钟时，烟气已经沉降到人眼高度，可用安全疏散时间小于 6 分钟，不满足地铁设计规范的要求。因此建议优化排烟模式为：4 台 TVF 风机
24、连接轨顶排烟风道，利用轨顶排烟来完成烟气控制。0204060801012014016051015202530354045 顶棚温度/摄氏度 时 间 /s测 量 串 1测 量 串 2 测 量 串 3测 量 串 4 测 量 串 5测 量 串 6 测 量 串 7测 量 串 8 测 量 串 9测 量 串 10 测 量 串测 量 串 12图 4 站台不同位置的顶棚温度0204060801012014016051052053054050560570 顶棚温度/摄氏度 时 间 /s测 量 串 1测 量 串 2 测 量 串 3测 量 串 4 测 量 串 5测 量 串 6 测 量 串 7测 量 串 8 测 量
25、串 9测 量 串 10 测 量 串测 量 串 12图 5 站台不同位置人眼高度处温度图 6 站台火灾实验时烟气横向移动（2）楼扶梯开口流速站台火灾情况下，楼扶梯开口处的流速测量结果如图 78 所示。可见当通风排烟系统启动后楼扶梯开口处的向下流速会有较大的升高，继而降到较稳定的数值，最终气流稳定以后，楼扶梯开口向下流速为45m/s ，满足 地铁设计规范 的要求。由于楼扶梯处的向下烟控流速较大，可以有效阻止烟气向站台层扩散。0123456789100:190:511:061:191:382:122:312:503:073:264:24:364:465:125:315:566:066:366:567
26、:18:18:268:469:169:359:5610:2110:411:061:26时 间 /分 ： 秒速度/m/s图 7 站台火灾实验时站台中间剪刀梯流速0123456780:00:471:161:542:303:103:504:285:045:416:156:497:237:58:299:129:4810:2610:591:3112:0812:43时 间 /分 ： 秒速度/m/s图 8 站台火灾实验时站台南端楼扶梯流速4 结 论文章在某地铁车站的站台进行了全尺寸火灾烟气实验，对地铁防灾系统的运行状况进行了整体性的安全测试，检验地铁通风排烟等系统的工作效果。实验测试表明：（1）FAS、BA
27、S、通风排烟系统及其他系统联动时间控制在 1 分钟之内，满足地铁设计规范的要求。 （2）站台火灾情况下，开启四台 TVF 风机（每台 60m3/s）及站台排烟（25m 3/s） ，楼扶梯开口向下流速为 45m/s，满足地铁设计规范 的要求，可有效组织烟气进入站厅层；（3）6 分钟时，部分区域的烟气已经沉降到逃生安全高度，不满足地铁设计规范的要求；（4）测试发现，开启屏蔽门端门，利用区间隧道风机辅助排烟，会导致烟气横向流动，不利于烟气排放，且站台中间区域的烟气不易排放，因此可建议屏蔽门系统制式情况下的优化排烟模式为：将 TVF风机连接轨顶排烟风道，开启一侧屏蔽门，利用轨顶排烟口来完成烟气控制。参
28、考文献1 史聪灵，钟茂华，涂旭炜，等. 深埋地铁车站火灾实验与数值分析M.北京：科学出版社，2009.8.2 Maohua Zhong, Congling Shi, Xuwei Tu, et al. Study of the human evacuation simulation of metro fire safety analysis in ChinaJ.Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2008,21(4):287-298.3 GB50299-1999,地下铁道工程施工验收规范.中华人民共和国国家标准,2003.4
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