基于火災(zāi)下地鐵人員疏散的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

文/齊峰陽

摘 要：隨著社會(huì)和時(shí)代的發(fā)展，城市交通系統(tǒng)中地鐵運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢越來越明顯。由于其獨(dú)特的建筑結(jié)構(gòu)和操作環(huán)境，車站起火的后果非常嚴(yán)重。為了防止大規(guī)模破壞的發(fā)生，特別是有效防止和減少火災(zāi)受害者的方法，地鐵設(shè)計(jì)要著重參考該情境。地鐵安全避難設(shè)施十分重要，當(dāng)?shù)罔F上的所有乘客都要到一個(gè)安全的地方避難時(shí)，消防隊(duì)員們也要馬上進(jìn)入車站進(jìn)行滅火作戰(zhàn)和營救。從火災(zāi)疏離人群的角度出發(fā)，主要圍繞應(yīng)急照明設(shè)定模式、常規(guī)照明除去模式、自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主等幾個(gè)方面進(jìn)行論述，結(jié)合一些實(shí)際的案例使電氣系統(tǒng)在地鐵火災(zāi)救災(zāi)的過程更加具體。

關(guān)鍵詞：火災(zāi) 人員疏散 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

地鐵是一種大型的軌道交通體系，修建于地下。它不僅標(biāo)志著全球各大城市以及中型城市交通的最高水準(zhǔn)，同時(shí)也標(biāo)志著一個(gè)國家的綜合國力。乘坐地鐵是一種高效、經(jīng)濟(jì)、便捷的交通方式。這是現(xiàn)代都市運(yùn)輸體系中最關(guān)鍵的一環(huán)。在城市的日常運(yùn)輸中，它扮演了一個(gè)十分關(guān)鍵的角色。地鐵已成為當(dāng)?shù)卣诨A(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的一大熱點(diǎn)，也是拉動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱門產(chǎn)業(yè)。但其與在地基內(nèi)設(shè)置了開口部、窗戶和其他設(shè)施的地面建筑不同，火災(zāi)時(shí)乘客很難避難。此外，消防和救助工作非常困難。同時(shí)，由于巨大的火災(zāi)負(fù)荷和地鐵的人員密度的特征，使人們很難安全地避難。因此，火災(zāi)下地鐵人員疏散的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究是非常重要的研究課題。

2 地鐵火災(zāi)的主要特點(diǎn)

與地下建筑相比，地鐵的火災(zāi)特性主要反映在以下方面。

2.1 地車站的避難很困難。

由于地鐵運(yùn)營的大旅客流動(dòng)，到2021年，北京地鐵的總行駛距離達(dá)到了859km，428站，地鐵的平均旅客流動(dòng)超過1241.1萬人次。在這樣大的旅客流動(dòng)情況下，地鐵發(fā)生火災(zāi)事故的話，組織規(guī)則性的避難是很困難的，要確保所有乘客的安全避難更加困難。另一方面，地鐵的避難狀況不好。如上所述，地鐵站一般位于10米或幾十米的地下，封閉著。除了連接到地面的空氣軸，連接到地面的入口和出口的通道也被用作人員的入口和出口，而且在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，只有安全的避難路徑才能連接到地面。另外，緊急避難所一般不設(shè)置在地鐵站。一旦發(fā)生事故，人們必須直接躲到地面上。面對如此巨大的標(biāo)高差，車站內(nèi)狹窄的避難通道和售票機(jī)等車站的障礙物很多，會(huì)給乘客的逃出速度帶來嚴(yán)重影響，增加避難的難度。

2.2 車站空氣中氧氣含量急劇減少

地鐵幾乎沒有連接地下站的部分。地下站被認(rèn)為是封閉空間。在這樣的空間里有火的話，空氣中的氧濃度會(huì)急劇下降，最終人類活動(dòng)機(jī)能的降低和判斷事物的能力會(huì)下降，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致人的窒息和死亡。例如，上世紀(jì)倫敦地鐵火災(zāi)。車站由于設(shè)備老化存在大量的易燃物品，同時(shí)沒有安全疏散圖以及必要的消防設(shè)施導(dǎo)致。

2.3 車站排放大量煙霧

車站的頂棚、裝飾、電管等可燃性很高，車站的新氣補(bǔ)充劑量不足，火災(zāi)時(shí)沒有完全燃燒，煙的量和有害氣體的產(chǎn)生量會(huì)進(jìn)一步增加。大量濃煙和有毒氣體嚴(yán)重影響人們的視線，人們看不到逃生方向，陷入困境，進(jìn)而增加群眾避難的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，空氣中C0濃度高是導(dǎo)致死亡的主要原因。在第一階段，隨著C0在空氣中的濃度的增加，人們很難呼吸，變得無意識。稍長一點(diǎn)就容易死亡。另外，廢氣中含有大量的二氧化碳。那個(gè)濃度達(dá)到某個(gè)濃度的話，就會(huì)導(dǎo)致窒息死。在韓國大邱地鐵站發(fā)生的火災(zāi)，由于受到司機(jī)錯(cuò)誤操作的影響，導(dǎo)致大量乘客由于涌入的有毒有害氣體而瞬間昏厥，使得人員傷亡進(jìn)一步加重。

2.4 車站的煙排熱不良

車站是一個(gè)完全由鋼筋、巖石和泥土組成的地下結(jié)構(gòu)，因此并沒有與地面的建筑結(jié)構(gòu)一樣，與外面的窗戶相互連接。在這種封閉地方，一旦起火，大量的高溫氣體不能迅速和外面的空氣進(jìn)行交換，導(dǎo)致地下溫度急劇升高，“爆炸”的現(xiàn)象也會(huì)隨之出現(xiàn)。這使火勢在此情況下不斷擴(kuò)大，從而加大了在車站的人員從車站逃生的難度。

如果發(fā)生火災(zāi)，地鐵工作人員安全避險(xiǎn)設(shè)計(jì)的主要目的是保護(hù)人員在火災(zāi)起火點(diǎn)的安全性，提高逃生的生存幾率;第二是保護(hù)車站其他地區(qū)人員的安全，使資產(chǎn)損失最小化。優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)根據(jù)不同的工程條件設(shè)置了不同的安全避難方法。

3 地鐵智能照明控制系統(tǒng)的研究

3.1 地鐵智能照明控制系統(tǒng)的基本原則

地鐵燈光系統(tǒng)包括許多方面。通常，必須預(yù)先制定相關(guān)的準(zhǔn)則。車站燈光的設(shè)計(jì)原則是安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，便于相關(guān)人員的維修與管理，并與車站的建筑風(fēng)格相適應(yīng)。

車站燈光的基本內(nèi)涵是：節(jié)能，高效，舒適，安全，環(huán)保。按照綠色照明委員會(huì)的規(guī)定，采用亮燈和高效光源，達(dá)到光照和灰度的要求，可以有效地增加燈具的利用率。

車站電力分配原理是采用徑向和后車廂電力分布的組合，主要采用徑向配電模式。單獨(dú)設(shè)置車站廣告的照明（單獨(dú)設(shè)置便于收費(fèi)）。

3.2 地鐵智能照明控制系統(tǒng)中不同等級負(fù)荷供電要求

照明的負(fù)荷類型按滿足其的不同功能用途范圍以及使用重要性等分為了下列的三級：一級照明負(fù)荷：地下既有車站站廳、站臺地面照明、應(yīng)急電源照明、地下既有區(qū)間地面照明負(fù)荷;二級照明負(fù)荷：地上既有區(qū)間道路照明、設(shè)備維護(hù)管理等用房道路照明等;三級負(fù)荷;廣告照明。

一類負(fù)載必須由雙電源和雙電路驅(qū)動(dòng)。用于站臺和地鐵站大廳之間的照明，50%的照明設(shè)備使用這種特殊電路;

二類負(fù)載應(yīng)該由二重源單電路線專用線供電;

三類負(fù)載可以由單個(gè)電源和單次線路提供。當(dāng)只有一個(gè)系統(tǒng)的電源系統(tǒng)工作時(shí)，可以斷開級別III負(fù)載。

在上述電源模式下，當(dāng)發(fā)生站故障時(shí)，對于所有三個(gè)級別的負(fù)載電源都可以切斷的消防車，級別III負(fù)載裝置切斷所有非火災(zāi)負(fù)載，以滿足消防車的需要。

3.3 地鐵智能照明控制系統(tǒng)中的優(yōu)化研究

地鐵站內(nèi)的人群聚集區(qū)主要是由車站的公用部分和輔助設(shè)施部分組成。車站公共空間分為日常交通、車站大廳、站臺等。這是一個(gè)聚集了大量旅客的區(qū)域。與此同時(shí)，因?yàn)榇罅康娜藛T和設(shè)備，它們的安全性也是最差的;相對于車站的公用部分，它的輔助性設(shè)施則是運(yùn)營人員工作的區(qū)域。由于公共空間很重要，因此重點(diǎn)關(guān)注的是公共空間的照明。車站、站臺和出入口分別設(shè)計(jì)防火隔離室。這一地區(qū)的光照標(biāo)準(zhǔn)通常沒有劃分，但是在同一級別的大多數(shù)都是2001 X。在車站著火時(shí)，應(yīng)關(guān)閉作為車站非火源的常規(guī)照明。此時(shí)，根據(jù)火災(zāi)代碼的要求，車站的緊急照明的標(biāo)準(zhǔn)照度值為51x。另外，火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的大量煙霧會(huì)進(jìn)一步減弱緊急照明的照度。在圖1中，減光系數(shù)代表了煙氣遮擋燈具照度的強(qiáng)度。圖2表明的在煙氣中人員疏散的速度和減光系數(shù)大小的關(guān)系。煙的調(diào)光特性進(jìn)一步減少了車站已經(jīng)低的公共可視性。而且，直接導(dǎo)致人員避難條件進(jìn)一步惡化。

4 地鐵消防應(yīng)急疏散照明標(biāo)志系統(tǒng)的分析和研究

在國內(nèi)地鐵站的設(shè)計(jì)中，照明電池的電源有兩種主要形式：一種是獨(dú)立電源，另一種是集中電源。下面從以下幾個(gè)部分進(jìn)行分析。

獨(dú)立類型變壓器、調(diào)壓器、電池等各種緊急照明燈具內(nèi)部通常有很多電子部件，一般來說，系統(tǒng)越復(fù)雜，電子設(shè)備越多，可能發(fā)生更多的潛在事故。而且，緊急設(shè)備的電池在使用、維護(hù)和失敗期間必須充電并釋放。還會(huì)進(jìn)一步增加裝置故障的可能性。各緊急照明燈可節(jié)省多個(gè)電子元件，優(yōu)化燈內(nèi)復(fù)雜的電子電路。各緊急照明燈將根據(jù)火災(zāi)的需要最簡化。集中型由于存在許多獨(dú)立式電氣部件，這種緊急燈在長期活動(dòng)期間會(huì)產(chǎn)生很多熱量。這些發(fā)熱實(shí)質(zhì)上加速了部件的劣化，特別是電池的劣化，縮短了電池的使用時(shí)間，這與整個(gè)緊急照明系統(tǒng)的耐用年數(shù)直接相關(guān)。這種非常照明和普通照明之間基本沒有區(qū)別。在通常情況下，緊急照明采用了工作電源。只有在關(guān)機(jī)時(shí)，電池電源才自動(dòng)啟動(dòng)。然后，在非常照明系統(tǒng)中使用非常多的電組件、從電池管理和使用壽命的角度來看，集中型緊急照明系統(tǒng)的可靠性高于獨(dú)立緊急照明系統(tǒng)的可靠性。

獨(dú)立型這種非常照明設(shè)備是通過車站分配的，而一般地鐵站有很大的建筑規(guī)模。特別是近年來，隨著車輛容量的提高，車站規(guī)模更加增大，因此車站的緊急照明器具的數(shù)量和范圍也增加了。由于緊急照明燈的內(nèi)部電路復(fù)雜且有很多電氣部件，所以在緊急照明發(fā)生故障的情況下，首先很難進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)和修理，容易造成安全操作中隱藏的危險(xiǎn)性。集中型：這個(gè)緊急照明系統(tǒng)在特別的分配室里集成了零散的電氣零件和電池。而且，那個(gè)節(jié)省了很多維護(hù)時(shí)間。獨(dú)立型這種緊急照明燈中有很多電氣部件和電池，結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)復(fù)雜，整體的緊急照明系統(tǒng)成本高。集中型：這種形式的非常照明燈基本上和普通的好燈一樣。為了大幅降低緊急照明設(shè)備的成本，只有集中控制室和電池柜的組合根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)置在特別配電室可以滿足

要求。

獨(dú)立型的電源，因?yàn)殡娏?yīng)線的鋪設(shè)而沒有額外的要求，而且照明設(shè)備結(jié)束后由于線路故障而不能正常工作。集中型的電源，一旦故障就會(huì)影響系統(tǒng)的安全運(yùn)作。基于這樣的狀況，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，對電源電纜本身的材料保護(hù)、保護(hù)模式采取嚴(yán)格的保護(hù)對策。集中型緊急照明系統(tǒng)在此類應(yīng)用場景下不如獨(dú)立的緊急照明系統(tǒng)。根據(jù)以上比較，緊急照明系統(tǒng)中的集中電源模式和獨(dú)立電源模式具有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。根據(jù)地鐵事業(yè)的特點(diǎn)、建設(shè)進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)運(yùn)用。一個(gè)良好的地鐵火災(zāi)預(yù)警電氣系統(tǒng)應(yīng)該具有多方面的優(yōu)勢，可以讓地鐵的運(yùn)行更加地安全高效，在發(fā)生險(xiǎn)情的時(shí)候也更容易處置，減少人員傷亡。近幾年，很多大廠家生產(chǎn)銷售的各類消防及應(yīng)急用照明系統(tǒng)燈均有過很大程度上的提高，可達(dá)150-約160lm/W，實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中如選取一些光效度較高的照明系統(tǒng)燈具，完全可以充分滿足地鐵場所對疏散燈光照度高的要求。有效的降低電源系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平，國家標(biāo)準(zhǔn)《技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》也對單臺燈具應(yīng)急和照明應(yīng)急集中照明電源配置的最低容量分別作出限制，對于應(yīng)急燈具電源設(shè)置的數(shù)量集中較多的危險(xiǎn)場所，應(yīng)建議采用多臺照明集中應(yīng)急電源進(jìn)行分散集中布置系統(tǒng)的方案。

5 結(jié)語

總之，作為當(dāng)前城市交通最重要的手段，地鐵相比于其他交通設(shè)施更加復(fù)雜，且地下建筑結(jié)構(gòu)更麻煩。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)給國家和國民的生活和財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。因此，我們必須高度注意安全有效地避難。安全避難的要求非常廣泛。我們不僅要加強(qiáng)地鐵各系統(tǒng)部門的建設(shè)，還要加強(qiáng)工作人員和乘客的消防知識宣傳，隨時(shí)改進(jìn)一些消防設(shè)備。另外，在發(fā)生災(zāi)害的時(shí)候，應(yīng)該制定冷靜舒適的避難計(jì)劃。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭桃明，曹宇齊.地鐵消防疏散問題思考與研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2021（09）：58-62.

[2]李弋飛，薛凱，張鋒冉.地鐵列車火災(zāi)應(yīng)急處置模擬[J].鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，33（03）：7-10.

[3]王曉燕，呂雪，王力，祝良.地鐵車輛主動(dòng)滅火系統(tǒng)對人員安全疏散的有效性分析[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2021，17（04）：152-155.

[4]孫超.地鐵淺埋半地下車站自然通風(fēng)與排煙方案研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2021，40（07）：63-65+55.