城市地铁工程消防安全的研究
摘 要 根据我国城市交通地铁工程的特点,分析了地铁工程火灾产生的多种原因及火灾的特点。列举了20世纪90年代以来世界各地地铁工程火灾实例,同时对国内地铁工程火灾的预防对策和灭火措施作了总结和分析比较。
关键词 地铁工程 火灾 火灾案例 防火措施
0引言
地铁作为世界上最繁忙效率最高的城市交通工具,已发展了240多年,遍布40多个国家128个城市,线路已超过8000。世界上最早的地铁是英国伦敦的地铁,建成于1863年,全长427公里,共有273个站,运输高峰时巧个重要的车站每30秒就有一列车通过。
近年来我国不少城市对于积极、高效地利用地下空间的呼声越来越高,产生这种动向的直接原因是大城市中心地区的地上空间过密化和地价暴涨。现在国内利用地下空间的形式主要有地铁、地下街、地下人行道、地下停车场和一些地下文化体育、研究、实验、娱乐设施等。
而目前,对于我国大多数大中城市来说,交通问题仍是所面临的主要问题之一,因而,地铁是我国利用地下空间的一个重要内容。发达国家的经验表明,地铁和轻轨是解决大中城市公共交通运输的根本途径。城市交通的一部分转人地下,不仅具有快速便捷和不受气候影响的特点,而且对地面交通城市布局和城市环保等方面都有积极意义。目前我国的北京、上海、天津、广州、深圳等特大城市已经建设了地铁并投人使用,在今后的十年里,还将有十几个大中城市正在建设地铁,另外二十多个城市也立项计划建设地铁。
地铁被誉为城市交通运输工具中的“绿色交通”,其与城市中的其他交通工具相比确实具有很多优点,比如运输量大、少污染、速度快、准点、低能耗、乘坐舒服方便等,但是同时应关注的是地铁也有一个突出的问题,这就是地铁的火灾发生的次数逐渐增加,火灾的发生率极高,造成千百万人死亡,经济损失巨大。
我国地铁自1969年相继投人运行以来,因变电所、地铁车辆内的电气设备和线路出现故障以及违章电焊和电器设备误操作等,共发生火灾巧6起,其中重大火灾事故3起,特大火灾事故1起。另据国内外资料介绍,造成地铁损失最大的因素就是火灾。因此,必须做好地铁的火灾预防和尽可能把火灾灭在初期阶段,建设比较完善有效的预防和灭火措施,做好地铁消防安全工作。
1地铁工程中火灾的起因
列车在一个非常封闭的环境中通行,一旦着火出事,火势发展迅速,组织扑救困难。而且地铁是用电作为动力的现代化交通运输工具,电气线路十分复杂,有通讯用电、照明用电、动力用电等,由于不同的电缆往往由不同的单位负责铺设和管理,它们在密闭的管道里杂乱地放在一起,有时还要增设新的电缆,因此使得管道里的电缆更为复杂。因此引起地铁火灾的原因是多方面的,具体归纳起来有一下几点:
a.电气设备线路老化或短路。1969年北京地铁就是因为电气故障,使电气机车发生火灾,又因排烟设施不完善,导致200多人中毒受伤。
b.机械碰撞、摩擦引起的火花引燃易燃的装修材料或其他化学药品。
C.乘客吸烟时火星或随便乱丢烟头或携带易燃、易爆物品。虽然地铁运营管理要求禁止旅客携带易燃、易爆等危险品,但还是经常会有此类事故发生。
d.人为故意纵火或恐怖袭击。2003年2月韩国大邱市的惨绝人寰的地铁纵火案,造成近200人死亡。
地震和战争火灾的次生灾害。
e.我国地铁自1969年相继投人运行以来,共发生火灾巧150多起,其中重大火灾事故3起,特大火灾1起。其中绝大多数是因电气故障,比如变电所、地铁车辆内的电气设备和线路故障以及违章点焊和电气设备误操作等。又因之后的“消”的措施又不够完善,比如分区不合理,排烟设施不完善等,使我国地铁也遭受了巨大的损失。
2地铁工程火灾的特点
地铁大部分都深处地下,外部由岩石或土层包围,与外部相连通的通道少,而且高度宽度都较小。同时,地铁内人员密集,空间相对狭小。由于地铁自身的特殊性,决定了地铁内发生火灾的特点。
(l)烟、热危害严重。因地铁出人口少,空气流通不畅,通风不足,氧气供应量不足,发生不完全燃烧,致使一氧化碳、二氧化碳等有毒气体的浓度迅速升高,高温烟气的扩散流动,不仅使所到之处的可燃物蔓延燃烧,更严重的是导致疏散通道能见距离降低,影响人员疏散和消防队员扑救火灾。由于地铁的内部空间比较封闭,发生火灾后,烟、热不能及时排出去,使热量集聚,内部空间温度上升很快,发生“轰燃”的时间也比较短,但发生“轰燃”后,由于通风量的限制,轰燃之后的燃烧速度比地面建筑慢,而且燃烧产物中的毒性成分、一氧化碳等浓度较高,散热慢,由烟、热造成的危害更大。
(2)人员疏散困难。地铁疏散由于受到条件限制,出人口少,疏散的距离较长;火灾时,人员疏散只能步行通过出人口或联络通道,地面建筑火灾时使用的云梯车之类的消防救助工具对地下的人员疏散就无能为力。最重要的是火灾时,平时的出人口在没有排烟设施或排烟设施效果较差时,将成为喷烟口,高温的浓烟的流动方向与人员逃生的方向一致,都是从下至上,而烟气的扩散流动速度比人群的疏散逃生速度快的多,人们就在高温浓烟的笼罩下逃生,能见度大大降低,使人群心理更加恐慌,同时烟气中的有些气体,如氨气、氟化氢和二氧化硫等的刺激使人的眼睛睁不开,使人心理极度恐惧,可能会瘫倒在地或盲目逃跑,造成不必要的伤亡。
(3)扑救困难。地下建筑的火灾比地面建筑的火灾扑救要困难得多。我国地下建筑发生的数起大火中,最长的一次延烧时间为41天。这次火灾共邀请了28个单位540名专家研究灭火方案,救火人员死亡4人,80多人受伤;抢救和灭火工作十分艰苦。地铁发生火灾时究竟发生在哪个部位,无法直观火场,需要详细询问和研究工程图,分析可能发生火灾的部位和可能出现的情况和危险,才能作出灭火方案。而且由于灭火线路少,出人口又经常是火灾时的冒烟口,消防队员在高温浓烟的情况下很难接近着火点。
(4)火灾蔓延快。由于地铁相对封闭,和外界的联系只有出人口和换风口,故烟、热不能及时排出,使热量聚集,内部空间温度上升很快,一般5一10min即可达到“轰燃”时的温度,及早出现“轰燃”,即“F·O”现象,使温度急剧升高到800℃以上,可燃物全部烧着,烟气体积急剧膨胀。故我国要求的地铁允许疏散时间为6min。
3国内外地铁工程火灾实例
地铁火灾时有发生,而且人员伤亡人数特别多,经济损失巨大。据国内外资料介绍,火灾是造成地铁损失最大的因素。表1是20世纪90年代以来世界各地地铁火灾重大事故情况统计表。

4地铁工程火灾的防护对策
随着社会经济的飞速发展和建筑科技的长足进步,新型建筑的大量出现使性能化防火设计成为一种新型的防火设计方法。因为传统的方式设计已经不能满足新型建筑的防火需要。但在地铁防火设计中,性能化防火设计采用的还很少。地铁工程火灾的防护应严格执行地下工程防火规范,贯彻“预防为主,防消结合”的方针,进一步完善人防工程防火设计及施工规范,尽快组织专家编写地下工程的消防设计规范和施工技术规范。我国地铁工程现有的消防设施系统主要有消火栓灭火系统,化学灭火设施,自动报警系统,自动喷水灭火系统,防火防烟分区,防排烟系统,安全疏散和结构耐火的设计。而现在“消”方面在隧道区间主要采用的仍是比较传统的自动报警+消火栓灭火系统,只有在设有商业网点的车站站厅才设自动喷水灭火系统,在车站管理用房和设备用房内,因其设备的特殊性通常采用化学灭火设施。
(l)消火栓灭火系统:消火栓灭火系统目前仍是地铁消防设计中采用的主要灭火工具,因其价格便宜,安装方便而被普遍采用。消火栓用水量按全线同一时间发生一次火灾考虑,消火栓的布置要保证任何位置失火,都能同时有两股水柱到达。
(2)自动喷水灭火系统:自动喷水灭火系统具有很高的灭火、控火率,且不污染环境,应该有很广阔的应用前景。但目前在地铁工程消防的设计中应用的很少,只有在设有商业网点开发的车站才设自动喷水灭火系统,原因是多方面的。不采用的原因经济上是因为费用太高,在灭火效果上的原因是认为使用自动喷水会使烟气层高度降低,扰乱烟气层的流动规律,不利于排烟和疏散。但是,自动喷水也有很多优点:a.可扑灭初期火灾,消火栓灭火系统灭火要经历发现火灾、报警、然后消防员去救火。等到消防员赶到出事地点时可能火灾已经发展到无法控制的地步,错失了灭火的良机。而且地铁内着火外部很难发现具体的着火点,又给扑救带来了困难。b.采用细水雾,可降低烟气浓度,且用水量少。C.可靠性更高。d.因地铁建设费用本来就很高,90年代建成的广州的两条地铁线,其综合平均造价为6一8亿元/km,此项所占费用比例很小。据统计,日本的地铁建设中,环境、防火防灾及安全对策加起来才占9%,而采用之可以大大提高地铁运行的安全性。故目前已有很多人在研究地铁工程采用自动喷水灭火系统的可行性。
(3)防火分区和防排烟系统:车站每一个防火分区最大允许使用面积不大于1500m2采用水幕保护的防火卷帘。防烟分区面积最大为750 m2。发生火灾时,人员的伤亡绝大多数是被烟气熏倒、中毒、窒息所致。因此,地铁工程中的防排烟系统就特别重要。一般车站站厅和站台、设备用房和车站管理控制用房排烟量按1m3/(min·m2)设计;区间隧道按烟流经隧道断面的流速不小于2m/s计,且不大于11m/s,以免影响疏散。
(4)安全疏散系统:车站内设最高优先权的防灾广播。且确保车站乘客在6min内疏散完毕,即列车远期高峰小时满载的乘客和站台上候车的乘客以及工作人员在6min内全部安全撤离,设计时确保下车乘客至就近通道和楼梯间的最大距离不超过50m。
(5)结构耐火设计:主体结构和区间结构,站台顶棚组件的耐火等级不低于二级,装修材料按一级防火要求。采用钢筋混凝土结构,且要对钢结构进行防火保护处理。
5总结
现在多数大中城市交通阻塞、交通秩序混乱、耗能大且污染严重,修建地铁工程确实是解决大中城市公共交通运输问题的根本途径。但是随之而来的高火灾发生率不能不让人忧虑。而且地铁工程中火灾燃烧时的特点与地面建筑不同,疏散和扑救都很困难,因此一旦发生火灾,造成的损失就很大。总的来看,我国地铁的消防措施还不完善,在很多方面还需改进,使我国地铁工程能够真正的发挥城市绿色通道的作用,为我国城市建设作出贡献。
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