地铁防排烟系统性能的试验研究

4.75
3.98
3.32
3.42
6
1.40
1.57
3.08
2.61
2.42
2.22
站厅层排烟口测试风速平均值
4.04
3.1.3 站厅火灾工况热烟试验 在站厅火灾工况下，进行了热烟试验。图 3 显示了站厅热烟试验过程中烟气流动情况。
图 3 站厅热烟试验烟气流动情况（火源位于站厅中央） 根据试验观察，站厅内的能见度在火灾发展到中期时不足 2m，表明站厅的排烟系统在 火灾工况下的实际排烟效果较差。通过改进站厅的排烟系统，站厅火灾工况下的排烟效果有 明显改善，能见度可以达到 5m。但在站厅出入口 1 处有烟气沉降和聚集现象，其主要原因 为试验时该出入口尚未修建完善，导致气流流通不畅。
0.8
0.6
1.6
1.4
19
2.8
1.6
1.2
1.7
2.4
1.9
20
5.0
4.2
2.7
2.7
4.3
3.8
ຫໍສະໝຸດ Baidu21
5.6
7.6
4.2
4.3
7.2
5.8
22
6.6
6.7
4.3
5.0
8.7
6.3
站台上方排烟口测试风速平均值
3.8
表7
轨顶上方排烟口测试数据
风口
点1
点2
点3
点4
点5
平均值 m/s
1
4.77
2.47
置，共 52 个风口；站台上方回/排风机兼作公共区火灾工况排烟，风口分两排布置，共 66
个；两条轨道上方的回/排风管兼作排烟风管，每排风管分别设风口 54 个，共 108 个。车站 防排烟设计主要参数见表 1。
表1
车站防排烟设计主要参数
位置
防烟分区面积（m2）
风机布置与风管、风口布置
防烟分区 A
防烟分区 B
2 试验方案 2.1 地铁站概况
该地铁站为双层岛式车站，地下一层为站厅层，站厅共有 4 个通向地面的出入口，分别 为出入口 1、2、3、4；地下二层为站台层，站台与站厅之间设有两部楼梯和两部自动扶梯， 即楼梯 1、2 和扶梯 1、2。车站的站厅、站台平面布置分别如图 1、图 2 所示。
本文得到国家“十五”滚动科技攻关计划“重大工业事故与城市火灾防范及应急技术研究”项目之专题“地 铁防排烟设计参数及烟气控制系统研究”（2004BA803B04-2）的资助。
在过去的地铁火灾中，烟气是影响人身安全的主要因素。烟气不仅阻碍人员的逃生视线、 导致人员窒息，而且影响消防人员有效地开展灭火救援。防排烟系统作为地铁内重要的消防 设施，在保障人员生命安全和便于灭火救援方面具有不可替代的作用。为此，公安部天津消 防研究所在某城市一新建地铁投入运营前，对其防排烟系统的性能进行了计算机模拟分析， 并采用冷烟和小木垛与烟饼模拟无烟、冷烟和热烟 3 种工况开展了实地试验研究。系统的实 地火灾试验和数值模拟分析，不仅可客观、准确地评价地铁内防排烟系统的性能，发现问题、 寻找原因，提出改进建议，还可为修订我国现行相关技术规范提供依据。
3.2 站台火灾
本文得到国家“十五”滚动科技攻关计划“重大工业事故与城市火灾防范及应急技术研究”项目之专题“地 铁防排烟设计参数及烟气控制系统研究”（2004BA803B04-2）的资助。
3.2.1 车站通风排烟系统运行模式 站台火灾工况时，站台的通风/排烟系统采用排烟模式，停止送风，利用站台回/排风系
3) 站厅与站台楼梯口断面风速测量：在站台火灾工况下，分别在楼梯口、扶梯口、站 台中央等典型位置处进行热烟和冷烟试验，观察烟气流动情况，并连续测量楼梯口与扶梯口 的断面风速。
4) 区间隧道的断面风速测量：在区间隧道火灾工况下，测试隧道的断面风速。
3 现场模拟试验
3.1 站厅火灾
3.1.1 车站通风排烟系统运行模式
由于木垛燃烧产生的烟气少，与实际行李火有较大差别，不能达到较好地测试车站防排
本文得到国家“十五”滚动科技攻关计划“重大工业事故与城市火灾防范及应急技术研究”项目之专题“地 铁防排烟设计参数及烟气控制系统研究”（2004BA803B04-2）的资助。
烟系统性能的目的，因此，热烟试验采用了上述木垛火加烟饼发烟的方法进行。
出入口 2
北端
出入口 3
楼梯 1
扶梯 1
扶梯 2
楼梯 2
出入口 1
南端
出入口 4
图 1 站厅层平面示意图
隧道口 2
隧道口 1
北端 楼梯 1
隧道口 3
扶梯 1
扶梯 2
楼梯 2
南端
隧道口 4
图 2 站台层平面示意图
根据设计，该地铁车站站台和站厅分别划分了 2 个独立的防烟分区 A、B 和防烟分区 C、 D，面积分别为 537m2、560m2 和 854m2、856m2。车站站厅设有专用的排烟风管，分两排布
站台上方
轨顶上方
站台层
537m2
560m2
两排风管 33×2 个风口
两排风管 54×2 个风口
站厅层
防烟分区 C 854m2
防烟分区 D 856m2
两排风管 26×2 个风口
2.2 试验方案设计
现场实体试验可检验地铁防排烟系统的实际安装与运行效果及与设计之间的偏差。在保 证安全的前提下，为尽可能模拟真实的火灾情形，试验采取烟饼发烟并用工业酒精辅助加热 增加烟气浮力的方式和利用木垛模拟一定规模的实际火灾 2 种方式进行。
地铁防排烟系统性能的试验研究
倪照鹏 1 阚强 1 刘万福 2 1 公安部天津消防研究所（300381） 2 天津商学院（300134）
摘要：防排烟系统的性能好坏直接关系到地铁火灾中的人员生命安全和消防救援。通过实
地试验测试正常情况下各个区域的风流分布情况，并采用冷烟和小木垛与烟饼进行模拟火灾 试验，分别测试了无烟、冷烟和热烟 3 种工况下站台与站厅防烟分区的划分效果和排烟系统 的性能，观察了建筑内的烟气流动情况，验证并得到了防止烟气蔓延的临界风速。还采用计 算机模拟技术进行了数值分析计算，结果近似。根据试验结果，分析了影响排烟系统和防烟 性能的主要因素，提出了改进排烟系统的技术措施以及修订我国现行相关规范有关规定的建 议。
关键词：地铁 防烟 排烟 试验
1 引言
地铁作为一种快速、舒适、客运能力大的城市交通工具已有一百多年的历史，在世界主 要发达国家及地区得到了广泛应用。它对于缓解城市交通压力、发挥城市功能具有重要的作 用。但是由于地铁的构造特殊，一旦发生火灾，产生的烟气量大，热量不易散失，灭火施救 工作难，因而极易造成较大的人员伤亡。许多国家和地区均发生过各种原因引发的地铁火灾， 并造成了人员伤亡和（或）财产损失。
表4
站厅火灾工况排烟口测试数据（改进排烟系统后）
平均值
风口
点1
点2
点3
点4
点5
m/s
1
2.43
2.28
3.46
2.97
3.65
2.96
2
6.41
6.49
8.84
9.37
8.28
7.88
3
3.08
2.84
6.87
6.01
4.64
4.69
4
2.81
2.81
3.48
3.78
2.62
3.10
5
2.42
2.62
表3
站厅火灾工况排烟口测试数据
平均值
风口
点1
点2
点3
点4
点5
m/s
1
5.0
5.4
7.0
5.7
5.7
5.8
2
2.8
2.2
3.7
3.8
2.7
3.0
3
1.6
1.7
3.1
3.9
2.1
2.5
4
3.1
2.8
3.5
3.3
3.4
3.2
5
2.5
2.7
2.3
2.1
2.4
2.4
6
3.1
3.0
4.0
4.1
3.4
3.5
7
5.8
2.3 实体试验内容
根据试验目的以及车站的结构形式，共在站厅、站台和区间隧道 3 个区域的不同位置， 分别对无烟、冷烟和热烟 3 种工况下的以下内容进行了试验测试。
1）站厅、站台正常情况下的通风状况性能测试：测试正常状态下地铁车站送排风系统 的性能及内部环境状况。
2) 防烟分区性能试验：在站台、站厅火灾工况下，分别在楼梯口、扶梯口、站台与站 厅中央等典型位置处进行热烟和冷烟试验，测试防烟分区和挡烟设施的实际效果。
排烟
52
站台风机
工况
风口数量 （个）
补风
南端 34
轨顶上方风机
工况
风口数量 (个)
—
—
3.1.2 测试结果
站厅火灾工况时的主要测试内容为站厅各个排烟口风速的大小。试验过程中对站厅 52
个排烟口进行了测试，每个排烟口分别测试了 5 个不同位置（表 3 中点 1～点 5）的风速。
经过数据筛选和处理，部分典型测试结果见表 3。
建 筑 面 积 （ 1710m2 ）， 可 计 算 出 站 厅 的 实 测 排 烟 量 为 (55.5m3/min × 52)/1710 m2=1.69
m3/m2·min。
测试结果表明，站厅排烟系统的排烟量未达到设计要求。通过测试系统风道的压力损失、
风机的性能特性发现，站厅火灾工况下，站厅的通风排烟系统在向火灾模式的切换过程中，
13
3.5
2.4
2.3
3.7
4.8
3.3
14
2.7
5.2
4.8
2.3
2.2
3.4
15
7.2
8.8
9.1
4.9
5.7
7.1
站厅层排烟口测试风速平均值
3.7
站厅层排烟口为 500mm×500mm 的百叶风口，设计风量为 5262m3/h。排烟口实测平均
风速为 3.7m/s，折合风量为 3330m3/h（55.5 m3/min），约为设计值的 63%。根据站厅的实际
阀门、土建风道处的泄漏比较严重，且风机的排风量未达到设计要求。
经过对改进和调整的系统进行重新测试，实测站厅排烟口平均风速为 4.04m/s（部分典
型测试数据见表 4），单个排烟口折合风量为 3636m3/h（60.6 m3/min），约为设计值的 70%。
因此，站厅的实测排烟量为(60.6m3/min×52)/1710 m2=1.84 m3/m2·min，仍未达到设计要求。
3.05
5.28
2.73
3.66
2
2.64
2.09
3.08
3.09
1.90
2.56
3
0.72
0.55
0.67
0.72
0.55
0.64
本文得到国家“十五”滚动科技攻关计划“重大工业事故与城市火灾防范及应急技术研究”项目之专题“地 铁防排烟设计参数及烟气控制系统研究”（2004BA803B04-2）的资助。
行李火灾是地铁站厅、站台的常见火灾。根据相关研究报道和本课题组根据我国地铁行 李火灾荷载调查所进行的预备试验，确定普通行李火灾的平均火灾规模为 700kW 左右。为 能更好地重复试验，在地铁实地火灾试验时利用木垛火模拟此规模的实际火。
木垛参照国家标准《推车式灭火器性能要求和试验方法》（GB 8109-87）的规定制作。 通过利用试验室内大型量热器进行数次不同尺寸木垛的火灾试验，确定实体试验木垛尺寸 为：500mm×1300mm×6 层，火灾规模为 0.5～0.7MW。
统将烟气经风亭排至地面，新风将在负压的作用下经出入口、站厅层、站厅与站台的连通口
进入站台层。启动隧道通风系统，利用轨顶上方排热风道辅助排烟，将站台烟气通过风亭排
至地面。站台的火灾烟气控制方式见表 5。
表5
站台火灾烟气控制方式
火源 位置 站台
站厅风机
工况 风口数量(个)
—
—
站台风机
工况 风口数量(个)
站厅火灾工况时，站厅的通风/排烟系统采用排烟模式，停止送风，将站厅烟气通过风
亭排至地面。同时，站台的通风/排烟系统采用送风模式，使烟气不会扩散至站台，新风由
车站出入口进入站厅，以利于乘客从站厅疏散至地面。站厅火灾烟气控制方式见表 2。
表2
站厅火灾烟气控制方式
火源 位置
站厅
站厅风机
工况
风口数量 (个)
3.1
11
2.9
4.0
3.4
3.5
3.0
3.4
12
5.0
2.4
2.3
4.5
3.6
3.5
13
4.5
3.0
3.3
4.2
3.5
3.7
14
3.6
3.1
4.3
4.0
2.9
3.6
15
3.1
2.3
2.9
3.2
2.8
2.9
16
3.3
2.9
3.5
3.1
2.1
3.0
17
2.7
2.0
2.4
2.7
1.5
2.3
18
1.9
1.9
排烟
66
轨顶上方风机
工况 风口数量(个)
排烟
108
3.2.2 测试结果
在站台火灾工况下，测试了对站台上方和轨顶上方排烟口的风速，部分典型测试结果见
表 6、表 7。 表6
站台上方排烟口测试数据
风口
点1
点2
点3
点4
点5
平均值 m/s
1
3.7
5.8
8.1
4.9
6.8
5.8
2
5.2
7.7
8.4
5.2
6.8
6.7
3
4.9
6.7
7.0
4.7
5.6
5.8
4
3.3
6.4
6.4
3.1
5.0
4.8
5
3.2
5.0
4.0
2.7
4.0
3.8
6
2.1
3.5
3.8
2.4
3.2
3.0
7
2.1
2.0
3.3
1.6
2.1
2.3
8
2.3
4.6
4.3
2.4
3.8
3.5
9
4.1
2.5
3.0
4.6
3.7
3.6
10
2.8
3.3
3.5
2.7
3.0
4.5
3.6
3.3
4.4
4.3
8
5.7
5.1
4.5
4.1
4.6
4.8
9
1.4
1.8
1.6
3.6
3.9
2.5
10
4.3
5.8
5.4
2.6
3.3
4.3
11
2.5
4.4
3.7
2.7
2.1
3.1
12
1.9
2.6
2.6
1.9
1.7
2.1
本文得到国家“十五”滚动科技攻关计划“重大工业事故与城市火灾防范及应急技术研究”项目之专题“地 铁防排烟设计参数及烟气控制系统研究”（2004BA803B04-2）的资助。