如何解决地铁站台隧道的通风排烟问题

1 科学地设置防排烟设施及事故状态下进行合理的防排烟处置, 对于减少人员伤亡和财产损失具有极为重要的意义。
在地铁站台、隧道设置通风排烟设施是由地铁的建筑结构决定的。与地面建筑相比, 地铁工程结构复杂, 环境密闭、通道狭窄, 连通地面的疏散出口少, 逃生路径长。发生火灾, 不仅火势蔓延快, 而且积聚的高温浓烟很难自然排除, 并迅速在地铁隧道、车站内蔓延,给人员疏散和灭火抢险带来困难, 严重威胁乘客、地铁职工和抢险救援人员的生命安全, 这是造成地铁火灾人员伤亡的最大原因。经统计, 北京地铁自1969 年至今的34 年运营历史中就曾发生过151 起火灾。1969年11 月11 日, 北京地铁客车行至万寿路东600 米处时, 在隧道内因车下放弧引燃车体起火, 造成300 多人中毒, 3 人死亡的重大事故。1987 年11 月18 日英国伦敦地铁国王十字车站电梯引发火灾, 造成32 人死亡、100 多人受伤。2003 年2 月18 日韩国大邱市中央路地铁车站因纵火造成火灾, 造成196 人死亡、147 人受伤。国内外地铁火灾的历史充分证明: 地铁车站、客车和隧道不仅会发生火灾, 而且一旦发生火灾将很难进行有效的抢险救援和火灾扑救, 极易造成群死群伤的重大灾害事故。根据国内外地铁火灾资料统计, 地铁发生火灾时造成的人员伤亡, 绝大多数是因为烟气中毒和窒息所致。而且地铁是人员高度密集的公众聚集场所, 恐怖集团、邪教组织、对社会不满分子均有可能把地铁作为袭击的目标, 人为破坏造成的火灾, 其损失和影响将更为严重。因此, 有地铁的国家, 均对地铁的通风排烟设施极为重视, 不仅将通风排烟设施做为地铁必备和最为重要的安全设施, 在各自国家的规范中明确提出了很高的设计标准和设置要求, 而且无一例外在地铁的站台、隧道都设置了机械通风排烟设施。由此可见, 在地铁站台、隧道科学地设置防排烟设施以及事故状态下合理地进行防排烟处置, 对于减少人员伤亡和财产损失具有极为重要的意义。
2 目前国内地铁站台、隧道设置的通风和排烟设施的情况
因建设年代不同, 北京地铁、上海地铁、广州地铁的通风和排烟系统不尽相同。总体可分为两类。
第一类是通风和排烟同为一个系统, 即通风和排烟系统均由相同的风机、消音器、风口、风道和风亭组成。由风机的风叶进行正转或反转, 来实现系统的送风或者排烟。隧道、站台内的烟气流动方向为沿隧道或站台水平方向流动。站台发生火灾, 通风排烟方式是站台隧道入口上部的风机反向运转, 将站台内的烟气由风口吸入风道, 经风道尽头处的风亭排到地面; 隧道内发生火灾, 区间风机反转吸风, 站台风机正转送风, 使隧道内烟气从事故发生处流向区间风口, 经风口进入风道, 再从风道尽端的风亭排到地面。
另一类是通风系统和排烟系统分开设置, 各自分别成为相对独立的系统。即通风系统和排烟系统是由各自独立的风机、消音器、风道、风口(排烟系统含风亭) 分别组成。进烟口、通风口分别设在站台行车道上方和站台集散厅顶部, 站台内的烟气流动为垂直方向流动。
因建设年代早, 北京地铁的站台和隧道采用的是通风和排烟共为一个系统。上海、广州地铁的通风和排烟是将两种方式结合使用, 即隧道内采用第一种方式,站台上采用第二种方式。
国内地铁设置的通风排烟设施的实际排烟能力至今没有经过重特大火灾的实践检验。站台的通风排烟设施在通风排烟的设计能力上, 能够有效解决站台火灾的排烟问题。北京地铁每个站台及隧道的通风排烟系统均采用双风道、双风机, 单台风机的设计排气量为每小时20 万立方米, (即每分钟3333 立方米, 每6 分钟为2 万立方米) , 每个站台或隧道通风排烟系统的通风排烟能力为每小时40 万立方米, 北京地铁多数站台的体积为6000 立方米至10000 立方米。依靠现风机能力, 仅需1～ 1. 5 分钟即可对站台内空气实现一次换气。现《地下铁道设计规范》对疏散的要求是6 分钟内将一列客车及站台候车乘客疏散完毕。按此要求, 在车站乘客6 分钟的疏散时间内, 排烟系统能够对站台实现4～ 6 次换气。因此北京地铁站台的通风排烟设施是具备了足够的设计排烟能力。作者虽没详细了解上海、广州地铁站台通风、排烟系统设计的具体情况。但上海、广州地铁均为九十年代设计建造的, 建设年代近,且通风排烟方式较北京地铁的通风排烟方式更为先进和有效。因此, 上海、广州地铁站台的通风排烟系统应该具备了有效的排烟能力, 能够保证人员的疏散安全。
3 地铁站台、隧道的通风和排烟存在的问题
3.1 地铁隧道在通风排烟方面存在严重问题
隧道内排烟的原则是沿乘客安全疏散方向相反的方向送风。这样既可以阻止烟气与人同向流动, 又给疏散逃生人员送去新鲜的空气。地铁隧道内起火部位与客车的位置关系决定了乘客的疏散方式。而乘客的疏散方式又决定了隧道内的排烟方向。因此, 隧道内发生火灾时, 起火部位与客车的位置关系既决定了乘客的疏散方向, 又决定了区间两端站台风机和区间风机的送风排烟方向。
发生火灾时, 起火部位与客车大致有三种位置关系, 即起火部位位于车头、车中或车尾。
当起火部位位于车头时, 乘客必然向车尾即后方车站疏散, 后方车站的风机送风, 前方车站的风机排风, 使隧道内的烟气流动方向与乘客的疏散方向相反。
当起火部位位于车尾时, 乘客必然向车头方向即前方车站疏散, 前方车站的风机正转送风, 后方车站的风机反转排风, 使隧道内的烟气流动方向与乘客的疏散方向相反。
若火灾发生在客车的中部, 起火处前部车厢的乘客将向前方车站疏散; 起火处后部车厢乘客将向后方车站疏散。无论客车迫停在区间隧道的任何位置, 乘客自然分成两部分分别向隧道两端进行疏散。在此种情况下, 用地铁隧道现有的排烟设施无论采取怎样的排烟措施, 隧道内烟气流向必然与部分乘客的疏散逃生方向相同, 威胁同向逃生乘客的生命安全。
由此可见, 现在地铁隧道采用的通风和排烟共用一个系统的方式, 势必造成烟气在排入风道前与疏散逃生人员均同处隧道内, 这种通风排烟方式既不科学合理也不安全有效, 无法从根本上保证隧道内避难人员的安全疏散, 因此没有彻底解决地铁隧道的通风排烟问题。
3.2 地铁风机的实际耐火性能以及《地下铁道设计规范》对风机耐火性能的规定要求过低
《地下铁道设计规范》规定“火灾状态下不超过150℃时连续工作1 小时”。北京地铁风机的轴温继电器的正常工作温度为90℃, 风机的实际火灾工作时间和工作温度均与《地下铁道设计规范》的规定相同。然而地铁的特点及地铁火灾的历史充分证明了: 抢险救援力量难以在短时间内完成抢险救援工作和灭火作战任务。因此《地下铁道设计规范》对火灾时风机的150℃的最高工作温度和1 小时的工作时间的规定以及北京地铁风机的实际耐火性能, 均不能满足实际地铁火灾的防排烟要求。此外, 风机的电源箱设在风机房内, 电器线路也没有经过防火保护, 火灾状态下风机的电源系统必然在短时间内被高温烟气损坏, 使风机停止运行, 无法进行通风和排烟。
3.3 北京地铁站台防排烟设施不完善
一是没有实施防排烟分区, 二是站台通向站厅的出口处也未设挡烟垂幕。
4 地铁站台、隧道通风排烟问题的整改意见
总原则是实施人、烟分流。即在地铁发生火灾时,用设施将人员和火灾烟气有效分隔, 使避难人员在无烟气的环境中进行避难和逃生。
4.1 改变通风排烟系统的通风排烟方式
在站台、隧道顶部设置排烟管道, 将通风系统和排烟系统分开设置, 用垂直方向的排烟方式取代水平方向的排烟方式。
因为自下向上是烟气本身的扩散规律, 且排烟管道内气体的流动降低了烟道内部压力, 使隧道和烟道形成压差, 这种“吸啜效应”进一步加快了隧道内的烟气进入烟道中的速度, 从而提高了排烟效率。此外通过排烟管道也使避难人员和烟气进行了有效的分隔, 从而使避难人员的安全有了更好的保障。
4.2 充分利用上下行隧道并行的特点, 对现有隧道安全设施进行改造和完善
应在上下行隧道的联络通道处安装甲级防火门,使上下行隧道各自成为独立的防火分区, 并在隧道内设置应急事故照明和蓄光型或蓄电池型疏散导流指示标志, 使上下行隧道相互作为紧急事故避难通道。保证事故状态下, 避难人员能够尽快由起火隧道疏散到非起火隧道。这样不仅可以使避难人员免受起火隧道中烟气的伤害, 而且能够在非起火隧道中进行安全有序的逃生。
4.3 完善地铁站台的防排烟设施
在站台按规范标准设置防排烟分区, 在站台通向站厅的楼梯口处设置挡烟垂幕。
4.4 提高地铁排烟风机及其供电设施的整体耐火性能
提高规范对地铁排烟风机耐火性能的标准, 提高地铁排烟风机的实际耐火性能。将设置于风机房内的风机电源箱迁出风机房; 对风机房内的电气线路进行耐火保护, 提高电气线路的实际耐火性能。从而使地铁排烟风机的整体性能真正能够满足防止重特大火灾的实际需要。