地下地铁站台火灾安全性能化安全疏散设计.docx

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地下地铁站台火灾安全性能化安全疏散设计

摘要

时代的发展给人们带来了许多交通上的便利，地铁作为承载交通的主体发挥着不可估量的贡献。

但同时伴随着的是火灾安全隐患，一旦在地铁站台发生火灾事故，人员的逃生和火灾的扑救是每一个研究地铁火灾者的难题，也是世界难题。

地铁站台作为一个地下建筑大空间，设备复杂、人员众多，一旦发生火灾，人员的疏散和解救给我们带来很多问题。

现阶段我国地铁安全疏散设计和评估是采用“处方式”的设计和评估方法，这种方法有其自身的局限性：

没有系统地考虑各因素的综合作用；没有考虑安全管理在疏散中的作用；不能定量的评价疏散的安全性。

本文通过对国内外地铁火灾站台案例的分析，主要从火灾危险性，火灾原因这几点为火灾疏散作铺垫。

在论述疏散这问题上针对火灾特性、人员特性、建筑特性来考虑影响因素。

最后，该文从地铁地下站台火灾的特点以及安全疏散角度的剖析，利用火灾模拟软件FDS对某一站台进行安全性能化评估，主要从火灾发生的温度变化以及CO浓度的变化来分析，并且确定安全疏散时间，得出人员是否能安全撤离的结论。

同时全疏散为火灾疏散建立一个合理的逃生路线，并对地铁站台火灾的预防和发生提出对策和建议。

关键词：

地铁地下站台,火灾模拟，FDS，安全疏散，预防对策

Thesubwayundergroundplatformfiresafetyevacuationperformance-baseddesign

Abstract

ThedevelopmentofTheTimeshasbroughtpeoplemanytrafficonconvenience,thesubwayasthemainbodyofthetrafficloadplayimmeasurablecontribution.Butatthesametimewithfiresafehiddentroubleis,onceinthesubwayplatformfireaccident,personnelofescapeandfirefightingiseveryresearchtheproblemofthesubwayfire,anditisalsotheproblem.Subwayplatformasanundergroundbuildinglargespace,equipmentandpersonnelcomplexnumerous,oncethefire,personnelevacuationandsavebringsalotofproblems.

AtpresentinChinasubwaysafeevacuationdesignandevaluationistouse"placeway"designandevaluationmethod,thispartylawhavetheirownlimitations:

nosystemtoconsiderallthecombinationoffactors;Noaccountofthesafetymanagementintheevacuationoftherole;Thequantitativeevaluationoftheevacuationofnotsecurity.

Thisarticlethroughthedomesticandinternationalsubwayfirestationanalysis,mainlyfromthefirehazard,thecauseforthistimeofevacuationforbedding.Inthepaperthefireevacuationincharacteristics,personnelcharacteristics,constructioncharacteristicsinfluencefactorstoconsider.Finally,inthispaper,thecharacteristicsofthesubwayundergroundplatformfireandsafetyevacuationAngleanalysis,offiresimulationsoftwareforaplatformFDSperformance-basedevaluationforsafety,mainlyfromthetemperaturechangeofthefireandtheconcentrationofCOchangestotheanalysis,anddeterminethesafetyevacuationtime,whetherthatpersonnelcanevacuatedconclusion.Atthesametimefortheevacuationofevacuation,establishareasonableescaperoutes,andtothesubwayplatformfirepreventionandhappentoproposethecountermeasureandthesuggestion.

Keywords:

thesubwayundergroundstation,firesimulation,FDS,safeevacuation,preventioncountermeasures

第1章概论

1.1前言

地铁作为现代化的城市轨道交通工具,承担着越来越重要的大客流运输务。

地铁的便捷与快速给人们生活带来了巨大的变化。

然而，在看到地铁给人们带来方便快捷的同时，我们也应该看到地铁内人多、人员密集、流动性大，地铁的出入口比较少并且面积有限，火灾时往往供氧不足，可燃物发烟量大，排烟困难，散热慢，热烟的运动方向与人员的逃生方向一致；而且，烟的扩散速度比人的疏散速度快得多，致使人员无法逃脱烟气流危害，烟气中含有大量有毒气体，对乘客生命构成最直接的威胁，高温和有毒的烟气可导致人员中毒、窒息，甚至死亡。

地铁火灾往往给人类带来重大的损失[]。

地铁车站为人流密集的公众聚集场所,一旦发生爆炸、毒气、火灾等突发事件,人员安全及疏散问题十分严峻,社会影响力十分巨大。

日本东京地铁曾经遭受邪教组织“奥姆真理教”施放毒气,导致乘客严重伤亡,引起全世界震惊。

在美国“9.11”恐怖袭击事件后,美国的地铁随即增强了安全防范措施,台湾地铁也进行了防毒气演习[]。

1.2问题的提出

地铁作为现代化的城市轨道交通工具，承担着越来越重要的大客流运输任务。

地铁车站及地铁列车成为人流密集的公众聚集场所，一旦发生爆炸、毒气、火灾等突发事件，人员安全及疏散问题十分严峻，社会影响力十分巨大。

地铁中突出的重大事故主要有爆炸、火灾、重大设备故障等，其中以火灾最具代表性，火灾的发生是最常见，也是最普遍的一种危险事故，据统计，在所调查的事故中，火灾次数最多，约占30％，说明在地铁建设与运营过程中，地铁火灾是不容忽视的问题[]。

它危及到的不仅仅是地铁设备和人员的安全，更会造成对社会舆论的负影响。

目前，我国已有多个城市开通运营或正在修建地铁，由此引发的地铁火灾安全问题得到了相关部门的高度重视。

地下地铁车站较地面交通系统相对封闭，人员密集，设备复杂，若没有可靠的疏散系统，一旦发生火灾必将造成严重的人员伤亡。

南京地铁1号线在设计、建设、运营期间，就把发生火灾时旅客的安全疏散作为紧急事故处理预案中的主要内容，从系统、设备等技术手段以及管理程序等方面提供事故处理保障[]。

种种情况显示，对地下地铁地下站台火灾疏散性能化的研究是当务之急，也是许多领域正在攻克的一道难题。

1.3研究意义

地铁站台作为一个封闭的地下空间，它与外界相通的仅有车站出入口、通风亭与隧道口，在发生火灾时，由于通风不足、燃烧不充分，CO、CO2及其他有毒气体浓度增长迅速，同时排热排烟条件差、烟量较大，热量聚集较快内部温度上升快，人员的疏散方向与烟气扩散方向都是出入口，所以造成人员大量死亡，大多是由于有毒气体的熏到，因中毒、窒息所致。

所以地铁火灾需要有效地排除烟气，使烟气按一定的方向排出，以利于人员的疏散、迅速撤离现场及消防人员的进入[]。

故地铁火灾疏散是时下安全研究重要课题。

近年来，世界一些国家、地区地铁相继发生火灾、爆炸事故，造成了群死群伤的严重灾害。

惨痛的教训已经告诉我们地铁消防安全及疏散不容忽视，加强地铁消防安全管理、完善其消防设施刻不容缓。

1.4南京地铁一号线概况

南京地铁一号线现主线全长21.72公里，其中地下线14.33公里，地面及高架线7.39公里，项目总投资85亿元。

由迈皋桥至奥体中心，共16站，其中地下车站11座，地面及高架车站5座。

乘坐地铁除了使用公交"一卡通"外，乘客还可以在地铁站现场购买单程票。

现场购票分自动售票和人工售票两种。

南延线于2010年5月28日开通，全长25.08km，由一号线安德门站向南延伸至东山新市区，经过建设中的京沪高速铁路南京站，穿越雨花区和江宁区，止于中国药科大学站，线路全长25.08km。

南延线采用与一号线相同的A型车六辆编组，在既有一号线的基础上在城东路新建停车场一座，在小龙湾新建主变电站一座，控制中心设在珠江路控制中心大楼内。

本次设计主要是针对南京地铁一号线的某站台考察来探讨地铁地下站台的火灾特点，从火灾特性、人员特性以及建筑特性等方面综合分析影响地铁地下站台安全疏散的因素，并借鉴国内外火灾案例，探讨大型公共建筑火灾中人的行为心理，建立火灾时人员逃生行为模式图，并提出一些关于地铁地下站台疏散安全的对策和措施。

1.5研究现状

当今各国对地铁火灾的特点以及火灾疏散问题都进行了深入的研究，但现今各种关于地铁火灾的研究中对地铁火灾事故的成因以及疏散处理研究相对较少，要想更好地防范地铁火灾就要从火灾调查出发，通过以地铁火灾特点的研究为基础，对火灾成因进行分析，从而针对性的提出解决措施，达到消除地铁火灾隐患，预防地铁火灾发生，火灾善后处理的目的。

一系列的研究及成果有华南理工大学电力学院廖艳芬博士的元胞自动机的火灾地铁疏散动态分析：

在元胞自动机基本模型基础上，结合地铁人员疏散特征，开发一种扩展元胞自动机模型。

模型采用危险度的概念来反映人员对地理位置的认识，以及火情对主观选择的影响作用，并引入附加危险度来实现人与人，人与障碍物之间的摩擦和排斥效应,该附加危险度随乘客运动实时调整。

根据人行特征，采用八方向运动规则，结合人员密度确定乘客疏散速度，体现快即是慢的疏散规律。

通过站台和站厅两幅总危险度图的布置，模拟整个地铁建筑中人员的逃生过程[]。

20世纪80年代中期兴起计算流体力学模拟，软件CFD即为其中之一。

KumarS和CoxG对隧道内车辆火灾进行了三维模拟，并就辐射热传导和壁面粗糙度对火灾的影响进行了研究。

CFD模拟理论可以预测环境中的气流形态、温度分析及烟层发展分布状况。

CFD模拟的是三维局部的情形，如果把它与SES结合起来用于地铁环控的模拟研究，可弥补各自的不足[]。

南京工业大学蒋军成教授在《地铁火灾人员疏散的研究》提到公安部四川消防科学研究所等在“十五”期间,开展大空间公共建筑火灾疏散评估技术的相关研究。

研究人员准备建立疏散综合系统动态模型。

模型包括评估部分及相关的评判标准.。

综合系统动态模型,包括4个子模型：

1）逃生前期人员行为系统动态模型;

2）逃生中人员行为系统动态模型;

3）疏散人流系统动态模型;

4）疏散人员能力系统动态模型。

同时指出地铁火灾人员移动速度主要受地铁结构布置以及人员特征的影响[]。

地铁结构布置决定了疏散通道类型,人员疏散时经过不同的通道具有不同的移动速度。

根据地铁特征,可以把通道分为水平通道、楼梯通道和门等3类。

各种情况下移动速度的计算如下所示：

主要从人员在水平通道的移动速度考虑。

通常每个人在不同的位置、时刻所移动的速度是不同的,但在人口密度较大的公共场所,人们的群聚效应是明显的,个体比较难以独立采取行动,因此,可以忽略个体心理反应等次要因素,而假定人们的移动速度只与他所处的几何位置以及该位置一定范围内的人员密度两个因素有关,根据人们在前进时受前后和左右两个方向阻力,以及考虑其他因素3部分的影响,人们的逃生的速度表示为下列函数:

uj（ρ）=um（αA+βB+γ）

A=1.32-0.82ln（ρ）

B=3.0-0.76ρ

式中,um——自由移动时的速度（m/s）;

α,β,γ——人员几何位置、人员密度、其他方面3个因素的权重系数;

ρ——研究对象所处位置的人员密度（人数/m2）,即单位面积内承载的人数。

1.6研究趋势

对于地铁地下站台火灾的研究，国内外都有一定的成就，在火灾的预防及疏散人员都做了一定的准备工作及事故发生的处理方案。

今后还要对地铁火灾的形成机理、地铁火灾发展中的轰燃现象、烟气羽流的混沌、地铁火灾蔓延的时空非线性行为、地铁火灾中毒气扩散的自组织特性及毒性预测等方面开展研究工作。

而地铁安全疏散今后的研究方向包括[]：

（1）基于地铁火灾中烟气运动规律的人员疏散研究地铁火灾中对人员最直接的威胁往往不是火本身而是烟气，烟气中包含的热空气和有毒气体，以及在地下环境的特殊运动规律影响了人员逃生能力和逃生路线的选择，并且使得原本能见度就不高的地下环境的能见度大大降低，这些必然对疏散造成危害。

因此，将地铁火灾中烟气运动规律的研究与人员疏散研究相结合是一个重要的研究内容。

（2）有效的报警系统和疏散设施的研究地铁是恐怖主义分子实施化学攻击的目标之一，因此如何在发生这类事件后及时触发疏散警报和缓解焦虑对于降低伤亡非常重要。

（3）基于信息技术的安全性研究，特别是其在疏散引导方面的作用现在国际上已经开展了应用超媒体技术提高地铁输运的安全性。

研究如何在最短的时间内，通过大量的信息传输而做出正确的决定，提高疏散成功率和疏散效率。

超媒体技术中的超媒体文件综合了处理紧急事件所必须的所有信息，使用包含了文本、图片、声音、视频以及三维模型的友好交互界面，以减少反应时间，帮助人员做出正确抉择。

（4）基于建筑性能化设计和疏散方案的研究如何在地铁路线和车站设计过程中确保其在突发事件来临时的安全性和可靠性，也是当前国际上地铁疏散研究的重要方面。

这些研究和其他类型建筑性能化设计一样，关心的是人员疏散通道、疏散标志以及火灾预警和干预系统设计。

（5）人的心理的研究人的心理严重影响预动作时间和疏散效率，这对于地铁火灾重要，而且在地铁站台这一封闭系统中，紧急状况造成的恐慌更容易非理性夸大。

这方面的研究应包括两方面，一个是人员心理学的研究，一个是基于信息技术的疏散指导。

针对人为制造地铁火灾事故比例较大的预防措施：

（1）加强对危险物品进入地铁系统的检查很有必要。

这也是从源头上杜绝地铁火灾的重要手段之一。

目前我国地铁部门在这方面所做工作虽已有所加强,但仍显不够,存在检查覆盖面不广、被动性明显等问题。

对此观点现仍然存在不同的看法。

城市轨道交通研究力较大,但在个体安全感日益减小的今天,由此所产生的无形的社会效益和影响却是巨大的,绝对不是一件得不偿失的事情。

（2）针对地铁火灾发生时造成的伤亡和损失程度具有随机性的特点,地铁部门应加强设备的检修工作,减少由于地铁系统自身设备故障引起火灾的机率。

尤其是建设和运营时间较早的地铁系统,更不可忽视这一点。

因为在系统设备老化程度较大的情况下,出现一点小的电气设备故障,如果处理不当都有可能带来大的损失。

（3）提高地铁系统的防火抗灾性能。

地铁系统中的防灾系统对火灾的早期反应是否灵敏、自动扑救是否及时,以及火灾环境中不同系统设备的耐高温和抗火灾性能,都将影响火灾所造成的伤亡和损失程度。

对一些不满足防火要求的设备及部件等应尽早进行更换,提高系统承受火灾的能力。

（4）重视提高受灾主体的防灾减灾能力，这也以人为本原则的体现。

地铁火灾的主要受灾主体是人，包括乘客与地铁工作人员。

对员工上岗前后的安全教育与职业技能培训,对乘客进行防火安全意识教育与宣传,加强防火预案的制定与合作演练等,都可以提高人在发生火灾时的应对能力,减少伤亡与损失。

（5）建立并完善地铁站台突发事件处理机构,提高对地铁火灾等突发事件的响应与处理能力。

我国在2006年年初提出了国家突发公共事件总体应急预案及国家处置城市地铁事故灾难应急预案,这是一件可喜的事情。

地铁突发事件的处理机构纳入国家突发公共事件的应急处理组织中,形成了一个从政府到各相关职能部门都参与其中的完整健全的机构体系,提高了应对地铁突发事件的能力和效率。

1.7研究内容

本文的主要研究内容如下：

（1）地铁在国内外的火灾案例及分析

（2）从火灾特性、人员特性以及建筑特性等方面综合分析影响地铁地下站台安全疏散的因素。

（3）地铁地下站台火灾成因及各方面因素影响。

（4）性能化火灾安全疏散研究，主要包括性能化的概念，其评估的标准及步骤，还有其影响因素。

（5）对某站台进行火灾烟气的数值模拟，对其火灾安全疏散设计的合理性进行判定。

（6）根据实地调查对南京地铁1号线地下某站台及站厅层绘制出合理的安全疏散逃生图。

（7）对地铁火灾疏散安全提一些科学性对策，起到更好的辅助效果。

1.8小结

本章节根据开题报告相关内容进行补充说明，不仅说明在今后设计的内容，还为今后论文设计起到一个领导作用，论文后期的各章节中会选择重点的部分来研究，涉及的方面在深度上和广度上会相应加强，体现出我这次论文的价值所在，虽然内容不多，但由于本人水平有限，我只能针对部分问题和研究来说明。

第2章地铁地下站台火灾案例及原因分析

2.1国内外地铁火灾案例

2.1.1国内地铁火灾

我国自1965年修建第一条地铁以来,地铁火灾事故也屡见不鲜。

以下是几起型国内地铁火灾案例[7]：

（1）1969年11月11日，北京地铁因电气故障，使电气机车发生火灾，浓烟聚集，由于排烟设备不完善，未能形成有组织的排烟，因此烟气四处扩散，并从出入口逸出，给人员的疏散和救援带来极大困难，许多人被烟气熏倒，200多人中毒受伤。

（2）2002年11月22日22时30分左右，北京东直门地铁站内由东四十条开往东直门方向的地铁列车一节车厢内突然发生火情，在工作人员及时疏导和奋力扑救下，人员得到及时疏散。

（3）2005年8月26日早上，北京地铁1号线一列列车在运营中由于车辆老化，导致风扇短路在运营中失火，对此地铁公司启动了应急预案，虽无乘客伤亡，但地铁和平门站着火异味之后冒起浓烟，火苗蹿起半米高，列车司机呼吸道灼伤，内环地铁停运近50min，由于是上班高峰期，导致环线地铁地面交通部分路段出现了较严重的拥堵。

（4）2006年12月11日早晨7点55分左右，北京地铁2号线宣武门变电站瞬时过载跳闸，造成长椿街信号系统无法正常使用，导致列车通过能力下降，运营间隔加大，长椿街临近的复兴门等重点站乘客滞留30min。

2.1.2国外地铁火灾

地铁科技的发展带来的安全隐患随着时间的推移也日夜明显，在国外，地铁火灾发生频繁不断，给人们造成巨大的损失主要的典型性事故有[]：

（1）1987年11月18日,英国伦敦地铁君王十字车站,发生了一起31人死亡（含1名消防中队长）、大量人员受伤（含6名消防人员）的重大火灾。

这是世界地铁史上继1903年法国巴黎地铁发生死亡84人大火之后,又一起罕见的灾难性事故,引起了各国消防、地铁管理等部门的关注。

（2）1995年10月28日傍晚,在阿塞拜疆首府巴库的地铁内发生了一场火灾,造成至少289人死亡,265人受伤。

这次事故是阿塞拜疆迄今乃至苏联时期以来损失最为惨重的一次地铁火灾。

（3）2003年2月18日上午,由于一名中年男子纵火,造成韩国大邱市地铁一号线的中央路车站两列满载乘客的地铁列车被烧毁,共造成198人死亡,146人受伤,289人失踪。

据不完全统计,国外地铁曾多次发生火灾事故,损失惨重。

2.2火灾烟气的危害性

2.2.1火灾烟气的毒害性

发生火灾时会产生大量的烟和毒性气体，而这些烟和毒气对人体的危害是极大的。

文献[]总结了烟气中所有可能的有毒有害气体及其来源，见表2-1.：

表2-1可燃物燃烧时产生的有毒气体

可燃物名称

有毒气体

人造纤维

CO2CO

聚四氟乙烯

聚苯乙烯

聚氟乙烯

聚氯乙烯

酚树脂

三聚氰胺-酚树脂

环氧树脂

CO2CO

苯甲苯

CO2CO

HCCO

氨氰化物CO

氨氰化物CO

丙酮

一些主要有毒物质对人体的影响如下：

（1）一氧化碳对人体的影响；一氧化碳被人体吸入后和血液中的血红蛋白结合成一氧化碳血红蛋白，从而阻碍血液把氧送到人体各部分。

其对人体的影响见表2-2：

表2-2不同浓度一氧化碳对人体影响

空气中一氧化碳含量（%）

对人体的影响程度

0.01

数小时对人体影响不大

0.05

1h内对人体影响不大

0.1

1h后头痛，不舒服，呕吐

0.5

引起剧烈头晕，经20~30min有死亡危险

1.0

呼吸数次失去知觉，经过12min即可能死亡

（2）二氧化碳对人体的影响；火灾中通常产生大量的CO2，二氧化碳虽然在可探测到的水平上毒性不太大，但中等浓度却可增加呼吸的速率和深度，从而增加每min呼吸量（RMV）。

这可导致吸入毒物和刺激物的速度加快，因而使整个燃烧生成的气体环境更加危险。

2%的CO2可使呼吸速率和深度增加约50%。

如果吸入4%CO2，RMV大约增加一倍，但个人几乎意识不到这种效应。

进一步增加CO2含量（如从4%增加到10%）会使RMV也相应增加。

当CO2含量达到10%时，RMV可能是静止时的8~10倍。

此时，人员还可能有晕眩、昏迷和头痛等症状。

2.2.2高温危害

燃烧过程中产生的热，主要是火焰通过辐射向外传播。

事实上，在火灾中热辐射对人的威胁是相当大的。

（1）人能忍受的火场条件为[]：

062℃人能忍受一段有限的时间；

0120℃人能忍受大约15min；

0140℃人能忍受大约5min；

0175℃中人能忍受的时间小于1min。

（2）人在火灾中能忍受的辐射能量为：

00.12W/cm2，能忍受长时间；

00.40W/cm2，能忍受15s左右；

01.20W/cm2，能忍受几秒。

2.2.3对流热的危害

有试验表明，人体呼吸或接触过热的空气会导致热冲击和皮肤烧伤。

空气中的水分含量对这两种危害都有显著的影响，见下表2-3。

对于大多数建筑环境而言，人体承受100℃环境的对流热仅能维持很短的一段时间。

表2-3人体对热气的耐受极限

温度与湿度<60℃

水分饱和60℃

水分含量<1%100℃

水分含量<1%

耐受时间/min

>30

12

1

2.2.4缺氧的危害

火灾过程中，一方面产生大量的一氧化碳、二氧化碳及其他有害气体，另一方面，燃烧本身消耗大量的氧气，这样使得氧气的含量大大降低。

当空气中含氧量降低15%时，人的肌肉活动能力下降。

降到10~14%时，人就四肢无力，智力混乱，辨不清方向。

降到6~10%时，人就会昏倒。

当火场内气体中的含氧浓度低于6%时，在短时间内人们将因缺氧而窒息死亡。

即使含氧量在6%~14%之间，虽然不会短时死亡，但也会因失去活动能力和智力下降而不能逃离火场最终被火烧死。

2.2.5