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1、第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛 清 华 大 学 2008第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛 清 华 大 学 2008 本文为建设部2007年科学技术项目“地铁智能化综合消防系统研究”，项目编号：2007-K5-10。作者简介：吴文忠，1968年生，男，博士研究生，工程师， 从事建筑环境模拟与控制研究。（e-mail: wuwenzhong.）；由世俊，男，教授，博士，从事供热、供燃气、通风空调研究。 天津地铁一号线车站内楼梯口防烟的分析天津地铁一号线车站内楼梯口防烟的分析 吴文忠，由世俊 （天津大学环境学院，天津 300072） 摘
2、要：天津地铁一号线南楼车站的火灾试验、模拟和设计都说明：在发生火灾时，不能保证站厅到站台的楼梯和 扶梯口处具有不小于1.5m/s 的向下气流，满足不了楼梯口的防烟要求。因此采取在楼梯和扶梯口处设置挡烟垂壁阻 止烟气向楼梯和扶梯口蔓延，进一步开启楼梯口上方的站厅吊顶上喷口送风，直接维持楼梯口的1.5m/s的向下风速. 当喷口风速不低于1.5m/s时，楼梯口风速不小于0.9m/s，加上站台排烟诱导的楼梯口平均速度0.6621m/s，楼梯口总 的向下的风速达到1.5m/s，符合地铁设计规范的要求。如果不考虑站台排烟诱导的楼梯口风速，应选择喷口风速不 低于2m/s，才能提供楼梯口不小于1.5m/s向下
3、的风速。依照本研究结果，能完善天津地铁一号线所有车站楼梯口的 防烟能力，保障在火灾时天津地铁乘客生命和财产的安全，减少群死群伤事故。 关键词：天津地铁一号线；楼梯口防烟；挡烟垂壁；喷口送风 Analyze Staircase Smoke-Protection of Tianjin Subway Line 1 Wen-Zhong Wu，Shi-Jun You （School of Environment Science and Technology, Tianjin University，300072） Abstract: Fire test, simulation and design of
4、Nan-Lou station, one of Tianjin Subway Line 1 all show that: when fire opens at its platform, downward ventilation rate at its staircase is smaller than 1.5m/s, which cannot keep away smoke. Therefore, smoke screen is stalled to hinder smoke motion nearby staircase, further, jet ventilation on hall
5、ceiling is activated to sustain downward rate 1.5m/s at staircase. Its rate should surpass 1.5m/s to provide staircase downward rate not less than 0.9m/s. Adding to extraction induced 0.6621m/s, staircase downward rate totals to be 1.5m/s. Without extraction induced rate, jet ventilation has to be n
6、ot less than 2m/s to provide staircase downward rate more than 1.5m/s. Applying this result to all other stations of Tianjin Subway Line 1, its staircase smoke-protection can be optimized, guaranteeing property and life of Tianjin Subway safe from fire. Key words: Tianjin Subway Line 1; Staircase Sm
7、oke-Protection; Smoke Screen; Jet Ventilation 1 引言 随着经济的快速发展，地铁承担着越来越多的城市交 通任务，例如：天津市地铁交通网远期规划为 9 条线 路，总长度 227km，近 300 个车站，其中每个车站预 计输送旅客 2.83.0 万人/小时 1。由于地铁站内人 流密度太大，加上地铁站处于地下而不易疏散，因此 一旦发生火灾，如果不能及时控制火灾的发展，控制 高温烟气的扩散流动，不仅毁坏财物，更严重的是导 致疏散通道能见度降低，影响人员疏散和消防队员救 火，会造成群死群伤事故2 ，3。我国地铁自 1969 年开 通以来，共发生火灾 156
8、起，其中有大火灾 3 起，特 大火灾 1 起。目前我国地铁火灾安全形势不容乐观， 因此对地铁火灾防排烟的研究已成为当前研究的热点 问题4。 地铁车站的防排烟系统，包括：排烟风机和车站 防烟分区，当站台层公共区发生火灾，关闭站厅层送/ 排风管，启动隧道风机从站台排风，使站台层造成负 压，楼梯口形成向下气流，便于人员安全疏散至站厅 层1 ，2，3 杨君涛等5以上海市中山北路地铁站为原形，搭建 了一个地铁站厅和站台实体模型，并进行了实体火灾 实验，火源功率约为 1.30MW，获得地铁站台和站厅 之间楼梯口处的温度和烟气速度变化趋势。实验测得 楼梯口处最高温度为 105，在楼梯口顶部水平方向 上温度变
9、化是一致的，在楼梯口顶部中央和测边位置 温度随着时间的增长而快速增长，达到极值并稳定一 段时间后因为燃料耗尽而快速下降。楼梯口顶部中央 第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛 清 华 大 学 2008第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛 清 华 大 学 2008 2 / 6 烟气速度的变化由 3 个阶段组成：增长阶段、稳定阶 段和衰减阶段。其在 100 s 前迅速上升，然后数值达 到稳定，并上下小幅波动，500 s 后，由于燃料耗尽， 风速开始急剧下降。楼梯口风速在 100-500 s 稳定阶 段的平均烟气速度为 2.5 m/s,最大风速为 2
10、.98 m/s。 这些结果为以后进行的计算机模拟实验提供边界条件, 并验证计算机模拟结果与实际情况的误差。火源热释 放速率为 5MW 时,距离楼梯口 10 m 情况下,测点 3 位置处烟气速度的稳定阶段平均值为 3.24 m/s。火源 位置距楼梯口 20 m,测点 3 位置处烟气速度的稳定阶 段平均值为 2.7 m/s,比火源位置距楼梯口 10 m 场景 所测数值要低 16%,由此看出,在真实地铁站台火灾中, 火源位置和火源功率对于楼梯口烟气速度的影响很大, 火源功率越小,火源离楼梯口越远,烟气速度越小。 顾正洪等6在分析了地铁站台火灾时烟气流场变化 规律的基础上，提出了楼梯口临界通风速度的概
11、念。 利用 FDS 场模拟软件，对不同条件下站台与站厅间 所必需的临界通风速度进行了计算机模拟研究。研究 表明： 临界通风速度不是一个定值,与火灾热释放速率 成正比，与站台和站厅间楼梯口处的挡烟垂壁高度成 反比。因此，地铁车辆应尽量选用难燃的材料，以降 低火灾时的热释放速率；虽然挡烟垂壁高度受站台净 空高度和楼梯口高度的限制，可能的取值范围很小， 但也应尽量增加挡烟垂壁高度。随着楼梯口宽度的增 加临界通风速度有所降低， 但由于楼梯口面积的增加， 所需要的供风量却提高了。由此可见，通过增加楼梯 口宽度来降低临界通风速度是不经济的。为验证车站 站台发生火灾时事故通风系统的可靠性，该研究还在 广州地
12、铁二号线中大站进行了实物测试。在测试的同 时，对 4 部楼梯口风速进行了测定。测试采用拍摄电 影用的烟饼来模拟火灾时的发烟，排烟系统采用火灾 热释放速率为 7.5MW 时的通风强度。测定结果表明， 当火灾发生后，楼梯口风速 3.7m/s，烟气能有效地控 制在站台内，并很快由排烟系统排除，没有出现烟气 站厅扩散的现象。 天津地铁 1 号线，始建于 1970 年 6 月，于 2001 年 进行改扩建， 2005 年底竣工。在消防验收期间，为 了测试地铁一号线的防排烟系统在不同工况（包括火 灾工况）下的实际性能，天津消防科研所在南楼车站 进行了 0.5MW 行李火灾试验7。试验测量结果发现： 楼梯、
13、电梯口在站台火灾工况下的向下风速在各个位 置均未能达到规范要求的 1.5m/s，测试值在 0.82m/s 与 1.15m/s 之间。 本研究结合试验实测结果、施工或装修情况、运营 现状，分析问题的成因，采取：第一步，在站厅主动 送风，在楼梯口上方的站厅吊顶上喷口送风，提供楼 梯口 1.5m/s 的向下风速，将站台和站厅划分成独立的 防烟分区；第二步，升高楼梯口、自动扶梯口的挡板 到站厅楼板下方，阻挡烟气进入楼梯口，从而配合现 有排烟设施， 解决南楼站台消防排烟系统存在的问题， 指导地铁一号线所有车站消防排烟系统的改造和完善 工作。 2 试验与问题 天津地铁南楼站，长120m宽12m高12.25
14、m, 是典型 的双层岛式站台，站台上二个楼梯、二台自动扶梯供 乘客通行。设计考虑由楼梯口、扶梯口挡板作为挡烟 垂壁，划分站厅、站台为2个独立的防烟分区，进一步 分别划分站厅、 站台为2个独立的防烟分区， 其中站台 防烟分区A、B，面积分别为537 m2、560 m2，计算排 烟量A区：3.222104 m3/h、B区：3.360104 m3/h；站 厅分为2个独立的防烟分区C、D，面积分别为854 m2、 856 m2，计算排烟量C区：5.122104 m3/h、D区： 5.138104 m3/h1。图1是南楼站横截面（a）和站台防 烟分区、楼梯口防烟示意图（b）。 结合地铁火灾的特性和调研分
15、析，站台的常见火灾 为行李火灾。可燃物点燃大约 350s 后，热释放速率 基本达到其峰值，大约为 0.6MW；在 300s 之前，火 灾的增长速度介于慢速火与中速火之间；在 300s 以 后直到热释放速率达到峰值， 火灾基本按中速火发展。 火灾达到其热释放速率峰值后， 维持约 80s 后逐渐熄 灭。因此，确定地铁站台行李火灾最大热释放率为 500-700kW，按中速火发展7。 在消防验收期间，天津消防科研所在南楼车站站台 0.5MW 行李火灾工况下，分别在站台中央、站台楼梯 口、隧道靠近站台等位置开展了不同位置释放冷烟的 试 验 7 。 试 验 采 用 木 垛 ， 尺 寸 为 1300mm50
16、0mm240mm，采用刨光的杉木或松木条 堆成。 试验观察到： 木材堆垛进入稳定燃烧期时， 烟气持 续上升到站台吊顶， 在火源上方形成波形， 上下振荡， 接着向火源上、下游吊顶蔓延。在火源下游，一部分 烟气沿站台纵向前进，直到站台尽端；另一部分烟气 越过邻近二侧轨道上方的挡板， 进入轨顶区域； 还有 一部分烟气前进到楼梯口，遇到楼梯口向下的气流， 被迫折回、重新加入到主要的烟气流中，沿站台纵向 前进或进入轨顶区域。在火源下游，烟气在吊顶上前 进，到5 - 6m 远时，其中的一部分开始下降，越到站 台尽端，烟气越低，直到充满整个站台空间。 前进到楼梯口的那部分烟气，对楼梯形成包围，当 楼梯口向下风速不足以阻挡它时， 楼梯就会进入烟气， 对乘客疏散和灭火构成威胁。 试验火灾的实测排烟量、 第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛 清 华 大 学 2008第 六 届 全 国 土 木
