地鐵防災(zāi)系統(tǒng)有效性檢驗(yàn)技術(shù)
——全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)

文·圖/黃貴彬 呂敬民 王克明 李 建

全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)克服傳統(tǒng)單體測(cè)試的局限，通過準(zhǔn)確的定量分析，能快速高效檢驗(yàn)軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)的有效性，已在全國75條軌道交通線路上得到應(yīng)用。

站臺(tái)測(cè)試照片

作為地鐵車站內(nèi)基本安全保障設(shè)施，地鐵防災(zāi)系統(tǒng)是地鐵綜合防災(zāi)能力的保證，與乘客的安全息息相關(guān)。

目前，我國地鐵技術(shù)和驗(yàn)收規(guī)范體系中針對(duì)地鐵各系統(tǒng)的檢測(cè)大多是功能性的單體測(cè)試和綜合聯(lián)調(diào)。單體測(cè)試會(huì)根據(jù)專業(yè)劃分，有關(guān)部門及相關(guān)專業(yè)對(duì)各自負(fù)責(zé)系統(tǒng)組織檢測(cè)和驗(yàn)收。由于地鐵各系統(tǒng)之間是緊密聯(lián)系的，單體測(cè)試無法對(duì)各系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)性進(jìn)行有效檢驗(yàn)。而綜合聯(lián)調(diào)是指城市軌道交通新線建設(shè)過程中，為滿足試運(yùn)營需要而進(jìn)行的行車相關(guān)類設(shè)備、運(yùn)營相關(guān)類設(shè)備等各設(shè)備系統(tǒng)間調(diào)試及驗(yàn)證活動(dòng)，并不僅僅是針對(duì)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)，對(duì)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)有效性的檢驗(yàn)效果十分有限。

因此，不論是單體測(cè)試還是綜合聯(lián)調(diào)，目前都不能有效地檢驗(yàn)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)的防災(zāi)能力。中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)的城市軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)，通過在現(xiàn)場(chǎng)模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景，并對(duì)相關(guān)火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行采集分析，能夠有效地對(duì)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)情況及其聯(lián)動(dòng)效果進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，依此評(píng)估地鐵防災(zāi)系統(tǒng)是否有效。

全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)基本原理

城市軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)全尺寸熱煙測(cè)試，通過在地鐵車站站臺(tái)/站廳最不利位置設(shè)置火源來模擬真實(shí)火災(zāi)，通過燃燒定量的燃料使火源功率達(dá)到真實(shí)火災(zāi)功率。根據(jù)真實(shí)火災(zāi)的發(fā)煙量，燃燒定量無毒無害煙餅來產(chǎn)生煙氣，并通過火源釋放的熱量加熱煙氣來模擬火災(zāi)產(chǎn)生的熱煙氣，高度還原火災(zāi)熱煙氣的流動(dòng)過程，并有效觸發(fā)地鐵車站各系統(tǒng)的防災(zāi)功能進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，通過事先布置好的溫度測(cè)量串對(duì)火災(zāi)溫度場(chǎng)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)多方位、可視化、整體性、實(shí)尺度的測(cè)試，得到較完整的測(cè)試結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了地鐵各防災(zāi)系統(tǒng)的安全性能及聯(lián)動(dòng)時(shí)間，分析了站臺(tái)門開啟條件下火災(zāi)煙氣沉降高度、擴(kuò)散區(qū)域、樓扶梯開口流速、可用安全疏散時(shí)間等特征，并以此為依據(jù)，對(duì)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)防災(zāi)能力進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

根據(jù)測(cè)試得到的聯(lián)動(dòng)時(shí)間可以對(duì)防災(zāi)系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行評(píng)估；根據(jù)測(cè)試得到的火災(zāi)煙氣沉降高度、擴(kuò)散區(qū)域以及樓扶梯開口流速等結(jié)果，可以對(duì)防災(zāi)系統(tǒng)的煙氣控制能力進(jìn)行評(píng)估。測(cè)得結(jié)果中，煙氣沉降高度越高，擴(kuò)散區(qū)域范圍越小，以及可用安全疏散時(shí)間越長，則說明地鐵防災(zāi)系統(tǒng)的防災(zāi)能力越強(qiáng)。若測(cè)試結(jié)果中各指標(biāo)不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，則需對(duì)被測(cè)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)進(jìn)行整改，以確保運(yùn)營安全。

全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

目前國內(nèi)廣州、北京、深圳、西安、長沙、南京、哈爾濱、鄭州、成都、蘇州、寧波、無錫、昆明、南昌等城市的地鐵均在試運(yùn)營前開展了此項(xiàng)全尺寸熱煙測(cè)試工作，取得良好效果。以下以寧波地鐵為例，介紹城市軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)所測(cè)試的寧波地鐵某地鐵車站防災(zāi)系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)的城市軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)及設(shè)備，在站臺(tái)開展一組全尺寸火災(zāi)熱煙測(cè)試實(shí)驗(yàn)?；鹪垂β蕿?.5MW，燃燒材料為工業(yè)甲醇（純度99.99%），火源設(shè)置在站臺(tái)層公共區(qū)中間部位。

電梯上測(cè)試照片

實(shí)驗(yàn)過程中，采用熱電偶測(cè)量串來記錄站臺(tái)不同位置的豎向溫度，每組測(cè)量串上豎向布置8個(gè)溫度測(cè)量探頭，每個(gè)探頭豎向間距0.5m，最下面的溫度測(cè)量探頭距離地板1m。根據(jù)測(cè)量串的不同位置的煙氣變化來判斷煙氣層高度，當(dāng)測(cè)量串某一高度的溫度測(cè)量探頭溫度升高時(shí)，說明煙氣已經(jīng)下降至該高度；使用風(fēng)速儀測(cè)量各樓扶梯開口處的向下流速，測(cè)點(diǎn)分別位于兩組樓扶梯開口的最小截面積的中心位置；通過攝像機(jī)采集火災(zāi)過程的圖像和動(dòng)態(tài)影響；通過車站控制室的實(shí)驗(yàn)人員記錄獲得系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)狀況和聯(lián)動(dòng)時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的地鐵防災(zāi)系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)情況，可以作為防災(zāi)系統(tǒng)防災(zāi)能力的評(píng)估依據(jù)。在本例中，站臺(tái)火災(zāi)熱煙測(cè)試期間，第一個(gè)感煙探測(cè)器報(bào)警時(shí)間為15s(以點(diǎn)火時(shí)刻為0時(shí)刻，下同)，第二個(gè)探測(cè)器報(bào)警時(shí)間為16s；同時(shí)BAS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)事故風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥動(dòng)作，在23s時(shí)切換至站臺(tái)公共區(qū)火災(zāi)模式，52s時(shí)啟動(dòng)完成；其它系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行站臺(tái)公共區(qū)火災(zāi)聯(lián)動(dòng)模式，應(yīng)急電源切換、應(yīng)急廣播、閘機(jī)、PIS系統(tǒng)在點(diǎn)火后16s時(shí)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，事故照明在6min16s切換成功；18s時(shí)火災(zāi)確認(rèn)后，人工開啟一側(cè)屏蔽門；電梯由BAS系統(tǒng)在點(diǎn)火后16s時(shí)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。除應(yīng)急照明之外（設(shè)計(jì)模式為6min后啟動(dòng)），探測(cè)報(bào)警時(shí)間和其它系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)時(shí)間均控制在1min之內(nèi)，滿足測(cè)試規(guī)范要求。

站臺(tái)火災(zāi)測(cè)試時(shí)站臺(tái)層樓扶梯開口向下流速

站臺(tái)火災(zāi)熱煙測(cè)試時(shí)，在點(diǎn)火后6min時(shí)，根據(jù)采集到的溫度參數(shù)可知，站臺(tái)火源附近的中間站臺(tái)區(qū)域有較大的溫升，說明煙氣已經(jīng)沉降到危險(xiǎn)高度。其他位置（站臺(tái)兩端及左右兩組樓扶梯）沒有沉降到危險(xiǎn)高度。

站臺(tái)火災(zāi)熱煙測(cè)試情況下，根據(jù)樓扶梯開口處的流速測(cè)量結(jié)果（如上圖）可知，當(dāng)通風(fēng)排煙系統(tǒng)啟動(dòng)后樓扶梯開口處流速會(huì)有較大的升高，繼而降到較穩(wěn)定的數(shù)值，最終氣流穩(wěn)定以后左右兩組樓扶梯開口向下流速約為5～6 m/s（《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求大于1.5m/s）。

采用全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)和設(shè)備，在寧波市軌道交通2號(hào)線一期工程典型地下二層車站開展了防災(zāi)系統(tǒng)全尺寸熱煙測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)地鐵防災(zāi)系統(tǒng)的安全性能進(jìn)行了整體性安全測(cè)試。根據(jù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析可知，該測(cè)試車站防災(zāi)系統(tǒng)防災(zāi)能力滿足相關(guān)規(guī)范要求。

城市軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)全尺寸熱煙測(cè)試技術(shù)在全國25個(gè)城市的75條軌道交通線路上得到應(yīng)用，通過準(zhǔn)確的定量分析和評(píng)估，能快速高效檢驗(yàn)城市軌道交通防災(zāi)系統(tǒng)的有效性，為保障地鐵開通后的安全運(yùn)行和有效應(yīng)急起到技術(shù)把關(guān)作用。