地铁火灾的防火分析

地铁火灾的防火分析

摘要：地铁作为解决现代大中城市交通问题的基本手段，已得到普遍的使用。但是由于地铁结构的特殊性，一旦发生火灾损失巨大，所以应“以防为主，防消结合”，把危害降到最低。本文根据地铁火灾的特点和引发原因，综合分析地铁火灾监控与报警系统、防排烟系统、消防给水系统和救援系统等因素，提出了未来地铁防火安全工程的发展方向，从而促使其更好的为人类服务。

关键词 地铁; 火灾; 防火工程

引言

自1863年英国伦敦建成世界上第一条地铁至今，地铁作为解决城市交通问题的主要手段得到迅速发展，尤其是在人口超过100万以上的大城市，或单方向稳定的等候客流密度超过3万人每小时的情况下。

据不完全统计，目前全世界已有30多个国家和地区的80多个城市建造了地铁，已发展为地下、地面、高架轨道相结合的城市现代化有轨运输系统，最高设计速度可以达到每小时80～130公里，建设总长度约为5千公里，每年运送旅客160亿人次。目前世界各国主要城市的地铁均已形成规模，我国的地铁建设起步较晚但发展快，北京、上海、天津、广州都已经建设了地铁并投入运行。但是由于地铁运营方式的特殊性，一旦发生火灾，其后果非常严重，救护也很困难，所以地铁的防火安全问题不容忽视，研究预防地铁火灾、制定相应灭火预案已成为城市建设规划中的要点问题[1]。

1地铁火灾事故特点与原因分析

1.1 地铁火灾事故的特点

1.1.1 烟气危害性

有关统计资料表明[2]，火灾燃烧的产物（烟气）是火灾致死人命的主要原因，其具体的危害性表现如下：

（1）烟气的毒害性。天然物质如木材、羊毛以及人工生产的塑料和橡胶等在燃烧时烟雾的主要成分是微粒和一些有毒有害气体。国际卫生组织认定，对人体产生有害生理作用的浓度界限：CO 为0.15～0.20%，CO2为5～6.7%，在此浓度环境下人最长可以逗留时间为30～60分钟[3]；较危险的气体有氰化氢、丙烯醛、氯化氢、氨、二氧化硫、硫化氢、硝酸和硫酸，以及甲酸和醋酸。当它们达到一定浓度时，就会使人中毒，甚至瞬间死亡；

（2）烟气的减光性。可见光波长λ为0.4~0.7μm ，而烟粒子粒径d 为几μm 到几十μm ，由于d>2λ，烟粒子对可见光是不透明的。地铁由于其特定的构造，烟气不易散出，因此疏散指示器照明作用降低，甚至失去指示功效。据日本自治省消防厅研究所资料表明：当烟气浓度按减光系数达到0.1 m-1时，人的行进速度急剧下降，人的思考力和判断力也随之下降，当减光系数达到0.6 m-1时，人的步行速度接近于零，已无法自行脱险，当疏散走道上照明强度小于1 lx时，人员就会开始发生心理动摇，产生轻生的思想[2]；

（3）烟气的爆炸性。烟气中的不完全燃烧产物，如CO 、H2S 、HCN 、等一般都是易燃物质，而且这些物质的爆炸下限都不高，极易与空气形成爆炸性的混合气体，使火场有发生爆炸的危险。

（4）地铁火灾容易形成气浪。由于地铁工程散热排烟口少，燃烧产生的热会加热地铁内烟气，使其膨胀，加快烟气流动速度，形成高温气浪，使人员逃生更加困难。

（5）烟气流动速度快。地铁发生火灾时，烟气的前锋流速约为1.75～2.40 m/s，由于地铁烟气的排出口亦是人员的逃生口，而在照明系统正常的情况下，人员的疏散速度只有烟气速度的一半，因而更易受到烟气的危害；

1.1.2 疏散难度大

（1）客流量大。地铁作为现代城市的主要交通工具之一，其便利快捷受到广大市民的青睐，客流量非常大。据统计，莫斯科地铁日均客运量达800万人次，高居世界首位，北京市地铁日均客流量达125万人次。因此地铁发生火灾事故时，要组织有序的疏散相当困难；

（2）逃生途径少。地铁运营环境的特殊性，使其提供给乘客安全逃生途径单一。地铁的安全出口较少，一般是进出两用通道，除此之外既没有供乘客使用的垂直电梯，也没有紧急避难场所；

（3）逃生距离长。以上海地铁人民广场站为例，该站共有12个出入口，其中5个直通地面，7个通道连通地下商场(4个通道中间设有防火卷帘) ，12条疏散通道中有10条逃生距离在100 m以上，最远的达260 m，一旦突发火灾事故，地铁内人员被困受害的可能性相当大；

（4）障碍物阻隔。地铁一般在入口处设置自动检票装置，发生火灾时会严重阻碍人员的疏散，延滞人员的疏散时间[4]。

1.1.3 救护难度大

地铁构造是相对封闭的地下系统，发生火灾以后救护工作十分困难。火灾中产生的大量浓烟，使火场指挥员无法迅速确定起火点；高温烟气的热辐射和气浪的作用，使消防队员很难接近起火点；呼吸器使用时间的限制，使消防队员进行救助的活动范围受到限制；进出口单一，使消防队员之间难以进行战术配合、展开大兵团作战[2]；灭火剂的使用受限，灭火效果良好的卤代烷1211、1301和CO2灭火剂，在使用的过程中也会产生有毒有害气体，不易在地下空间着火时使用。

1.2 引发地铁火灾的原因

自地铁投入使用以来，其火灾从未间断过，究其原因主要有以下几点：

（1）地铁隧道中违章作业；

（2）乘客违反有关安全乘车规定，携带易燃易爆品上车或在车上吸烟[2]；

（3）电器短路；

（4）纵火；

（5）其它原因。

2地铁的防火安全工程建设

地铁的火灾预防包括地铁的防火安全设计和日常的安全管理，主要体现在建立地铁的火灾监控与报警系统、防排烟系统、消防给水系统、人员疏散和救援系统等方面内容。

2.1 地铁的火灾监控与报警系统

2.1.1 监控与报警系统的组成

地铁火灾监控与报警系统按两级监控方式设置。第一级为中央控制室级，对全线报警系统实行集中监控管理，随时掌握全线动态情况；第二级为车站调度室级，分别设置于地铁各车站，是独立的报警子系统，在其所管辖的范围内对火灾状况进行监控、报警，并能够实施有关的消防联动控制操作，上述监控与报警系统与现场设备连接成网络回路，保证各探测点发送的报警信号能及时、正确、通畅地到达各级监控中心。

2.1.2 地铁火灾监控与报警系统的分类

根据设备的使用环境条件可将系统分为：

（1）现场火灾监控与报警设备。包括：a) 火灾传感器，用于对站内设备用房、站厅、站台旅客公共区等进行火灾自动探测；b) 手动报警器，安置在站内旅客公共区、设备用房区域及列车上，以便及时通报火灾；c) 感温电缆，用于监测站台层变电所下的电缆夹层；d) 紧急电话插孔，配置在站内旅客公共区、设备用房区域、区间隧道以及站内轨道外侧设置的消火栓箱上；

（2）车站调度室级火灾监控与报警设备。包括：a) 报警控制器，能够随时监控接受各探测点的报警信号，发出声光报警信号，并能自动或手动执行，对有关消防设施实行联动控制；b) 模拟图形显示终端，能按照车站建筑平面分级、分区显示本站系统的详细信息，包括火灾报警部位、设备安装位置、设备运行状态、故障报警信号和有关消防设施动作返回信号等，并能够实时打印输出有关数据报告；c) 视频传输系统，在车站站台、站厅等公共场所安装全方位的监视器，实时收集站内的视频信息，并反映到值班室的闭路电视监控器上，由值班人员进行监控和处理；

（3）中央控制室级火灾监控与报警设备模拟图形显示终端，功能同车站模拟图形显示终端一样[5]。

2.2 地铁的防排烟系统

当发生隧道火灾时，最大的危险不是火灾本身（火焰和高温），而是能迅速蔓延到隧道中的烟气，它会降低能见度的和使被困人员窒息死亡。隧道火灾研究表明，如何建立高效的防排烟系统，控制火灾烟气的扩散是关键[6]。

2.2.1 防排烟系统的组成及运行

地铁的防排烟系统包括隧道风机、电动风阀、冲量风机及喷嘴。地铁的防排烟是通过隧道风机的正转或反转以及电动风阀的协调关闭或开启来实现送风或排风。

地铁车站由于其结构特殊性，难以设置独立排烟系统，因此宜将排烟系统与正常的通风系统合用，当火灾发生时将正常的通风系统转换为排烟系统。由于排烟量比正常运行时的排风量要大的多，所以一般选用双速风机，正常通风时低速运行，排烟时高速运行。当车站发生火灾事故时，其火灾事故运行通风模式为：（1）站厅层发生火灾，则关闭站厅层送风系统和站台层回/排风系统，由站厅层回/排风系统的排风井将烟气排至地面，新鲜空气经车站出入口从室外进入站厅，从而便于人员从出入口疏散至地面；（2）站台层发生火灾时，关闭站台层送风系统和站厅层回/排风系统，由站台层回/排风系统的排风井将烟气排至地面，同时使站台层的楼梯口形成负压和向下气流，便于人员安全疏散到站厅层，为防止烟气因热压作用流向站厅层，楼梯口向下气流速度一般应控制在1.5 m/s以上。

2.2.2 防排烟模式的设置

地下铁道火灾事故通常可以分为两种情况：车站火灾和区间隧道火灾。当列车在隧道内行驶发生火灾时应力争将列车开至临近车站疏散乘客，此时可按照车站站台火灾状况进行处理。下面以一实际工程的地铁列车发生火灾为例，利用理论分析和计算流体力学（CFD ）[7]的数值模拟分析等方法探讨最优的通风排烟模式。

站台发生火灾时，主要依靠的是布置在站台两端正常工况下的集中送风口进行排烟，由于排烟口的集中布置，不同的风机运行模式对通风排烟的效果相差很大，而且列车发生火灾位置的不同，也会影响排烟的效果。因此需要针对不同的火灾发生位置，研究如何合理调动站台内风机，以保证有最大的安全区和安全疏散通道。可利用CFD 软件模拟火灾发生时的气流场和温度场，为研究和分析合理的风机运行模式提供了有利的手段。a) 发生火灾事故时候，风机的运行和转向均应根据火灾发生的实际情况来确定；b) 如果列车中部发生火灾，建议采取将站台内的的风机作排风之用；c) 如果列车头部发生火灾，建议采取在靠近火灾一侧开启排风机，另一端风机关闭，同时开启一台邻近火灾的区间风机或者站台风机排风[8]。

2.2.3 防烟分区的设置

火灾发生时，烟气会导致被困人员中毒、甚至窒息伤亡，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1 m3/(min m2) 设计；区间隧道中经隧道断面的烟气流速应不小于2 m/s且不大于11 m/s，以免影响疏散[9]。 以广州某地铁站为例，设计按2023年考虑，早高峰每小时客流量为1.5万人，站厅及

站台层旅客公共面积分别为2.8×103 m2和3.9×103 m2，而《地铁规范》第12.4.3条规定：每个防烟分区的建筑面积不宜超过500 m2„„，据此规定每个旅客公共区均需划分6至8个防烟分区。但是由于资金等种种原因，为减小地铁初期投资车站的建筑层高达不到规范要求；其次，人均旅客公共区的面积很大，而且各层顶部都已设有通风、空调等大量大型风管以及电力、通信专业的电缆桥架，占据了较大空间；另外，站台层旅客公共区直接与列车区相连通，而列车区顶部是不允许有任何障碍物进行隔断的，所以防烟分区只能划做一个。其允许原因有三点：第一，《地铁规范》条文规定：“每个防烟分区的建筑面积不宜超过500 m2”，该条文所用词汇为“不宜”，从规范用词来讲，不宜表示允许稍有选择，因此在执行有困难的情况下，允许对该条规定有所选择；第二，规范中限制防烟分区最大允许面积的主要目的有两个，一是从技术经济角度出发，另一个是从技术安全可靠角度出发。从技术经济比方面看，防烟分区过小则不能有效地控制烟气的四处弥漫，同时也会因过多的防烟分区隔断给其它方面的设计带来困难，造成经济浪费；而防烟分区过大造成资金的浪费。地铁车站正常排风系统的排风量很大。以广州地铁某站为例，站厅及站台层旅客公共区设计排风量分别为：1.04×105 m3/h和2.4×105 m3/h。而站厅及站台层旅客公共区作为一个防烟分区所需要的排烟量分别为：1.68×105 m3/h和2.34×105 m3/h。《地铁规范》第12.4.11条规定：“排烟系统宜与正常排风系统合用„„，利用正常排风系统排烟”，站台层排风量可以满足排烟的风量要求；第三，根据《铁路旅客车站建筑设计规范GB 50226–95》第8.1.4条：“在无可燃材料装修情况下，最高聚集人数在4千～1万人的大型站的进站大厅防火分区面积可适当放宽，但不宜超过4×103 m2„„”[20]。对于地铁车站这类装修标准不高而大厅面积很大的特殊建筑可以在防烟分区面积限制上允许适当的放宽要求。所以地铁车站不需人为划分防烟分区[10]。

2.3 地铁的消防给水系统

地铁车站给排水消防设计功能需满足车站的生产、生活用水、消防用水，及时排除生产、生活污水、结构渗漏水、事故消防用水等等。

消防给水系统包括：消火栓系统和地面水泵接合器。消火栓系统为“实施”系统时，供水管网应环形布置，其供水压力要满足最不利点处正常供水。在站厅、站台层的下部以及区间、人行通道内应设置消防给水管网支线；消火栓箱设置间距为站厅层：30～40 m；站台层：40～50 m；站厅层、站台层的设备区及人行通道则按要求设置。地面消防水泵接合器设置在车站外给水引入管上，并在接合器40 m范围内设室外低压消火栓。

其它设置：a) 消防给水干管的直线段及分支处，根据计算设置波纹伸缩器；b) 阀门：均采用手动或电动碟阀；c) 给水干管在最低处设泄水阀，最高处设排气阀，排气阀置于站厅层设备房端部没有吊顶的部位。

排水系统包括排水管系和通气管系。排水管系是指在站台与站厅的最低点处设置集水坑，利用线路排水沟把车站内的各种废水引至集水坑内，再用坑内的潜污泵将污水排至城市的排水系统。通气管用于排出室内和管道中的有毒气体和废气，输送新鲜气体，并为排水系统补充空气，保持管线气压的稳定和水流的畅通。

2.4 地铁的灭火系统

灭火系统根据使用灭火剂的种类和灭火方式可分为：自动喷水灭火系统、气体灭火系统、消火栓灭火系统、干粉灭火系统等等[5][16]。

2.4.1 自动喷水灭火系统

根据美国国家标准技术研究局（NIST ）研究[11]表明：设置自动喷水灭火系统能比较显著地降低隧道内整个区域的平均温度，且能降低隧道顶部的温度，这有利于保护隧道结构。当火灾发生14s 时，火源点处喷头开始作用喷水；30s 时烟气有少许的扰动，此时不会影响人员逃生；120s 时上层烟气层有较大的扰动，且上下层间烟气和清洁空气的掺混比较严重，

可视率下降，对于在120s 内还没有逃出80 m范围燃烧区的人员来说比较危险，但是人员逃生速度一般为1.3 m/s，80 m范围内的人员逃生时间只需要60s 左右，因此自动喷水灭火系统可行。设置自动喷水灭火系统还能显著地降低火源点处的温度，因此热量被“平均”分配到了隧道区域的其它位置，产生大约150s 左右的滞后时间，供被困人员逃出火场；自动喷水灭火系统的设置，使热量不会集中聚积在隧道的顶部损害隧道顶部结构混凝土的强度，从而保护了隧道结构，因此在地铁隧道内设置自动喷水灭火系统可提高安全性、可靠性[12]。

2.4.2 气体灭火系统

综观国内外气体灭火系统的研制应用情况，目前已经投入使用的有几十种，这些系统的硬件设备大体上都是由钢瓶、管网、喷射装置、阀体等组成，但由于各系统所采用的灭火药剂不同，相应的灭火机理、灭火特点、系统组成亦存在很大差异。目前国际上公认的灭火系统有哈龙1301灭火系统、七氟丙烷灭火系统（FM200）、烟烙尽（INFRGFN ）灭火系统和CO2灭火系统等等。根据相关要求，目前适合于地铁工程的有FM200、INERGEN 两种气体灭火系统，从以下五个方面对二者的灭火性能做简单比较。a) 环保方面：INERGEN 的破坏臭氧层潜能值、温室效应潜能值和大气中存活寿命三项指标均为零，而FM200虽破坏臭氧层潜能值为零，但有一定的温室效应，大气中存留时间较长；b) 安全方面：在设计浓度范围内，两者对人体都是安全的，但FM200在高温条件下易分解产生剧毒物氢氟酸，有刺鼻气味，对设备也有一定的腐蚀性；c) 费用方面：初始投资INERGEN 稍高一些，但FM200的药剂费用比INERGEN 高得多，且更换周期也比较短，所以后期FM200的维护保养费用要高些；d) 设备：INERGEN 设备目前主要依赖进口，而FM200从设备到药剂国内已有多家企业可以生产；e) 应用条件方面：更换系统时，FM200只须更换哈龙系统的药剂，不必废除整个哈龙系统，因而FM200占有一定的优势。根据上述比较不难发现，两者各有优缺点，在实际工作中应结合地铁工程的特点选择相应灭火剂[13]。

2.5 地铁的人员疏散和救援系统

2.5.1 地铁的人员疏散

火灾的危险临界条件：a) 当烟气层界面高于人眼平均高度时，若上部烟气层的温度到达180℃时，可对人体造成辐射灼伤，此时的环境温度为临界温度；烟气层界面低于人眼特征高度时，对人的危害将是直接烧伤或吸入热气体引起的，实验表明115℃即是此刻的临界温度；c) 另外有害燃烧产物的浓度也是临界判断条件之一。所以要保证人员的安全疏散，必须保证发生火灾时达不到临界条件。

针对地铁火灾发生的位置和情况，制订相应的人员疏散预案。

（1）列车在行驶中着火

地铁发生火灾最难控制和最易造成人员伤亡的是列车在行驶中着火。尤其要重视对该种情况的应急处理。列车在行驶中着火可分为两种情况：

a) 火灾发生在站台附近。一般列车此时处于刚离站或者即将到站的状态。一旦发生火灾，司机要及时用无线电向车站通报火情，车站工作人员赶到站台做好组织疏散和救援工作的准备。此时若火情不是很严重，司机将车开至就近的站台，打开车门，和车站工作人员一起组织乘客疏散。若列车火势较大，司机应立即断开外部电源，启用备用电源，维持车厢的照明。同时，车站救援人员应立即开拖车将列车拖至站台，然后迅速开门疏散乘客；

b) 火灾发生在隧道中央处。此时列车离两端站台的距离都较远，来不及将列车开往站台。司机除用无线电与车站取得联系外，还应立即切断外部高压电源，启动紧急备用电源。车站调度室根据列车所处的位置和火情，开启通风系统，排出烟雾。司机打开列车疏散门，引导乘客逆风沿隧道中央进行疏散，快速撤离现场。

（2）车站发生火灾

车站发生火灾时，车站工作人员通过广播系统及时疏散站台上滞留的乘客，同时启动车

站紧急事故模式的通风排烟模式，为人员逃生创造条件。相邻的车站要对在该段区间隧道中行驶的列车下达停车或者返回的指令以减少人员的伤亡[5]。

3提高地铁安全性的几点建议

3.1建立地铁火灾的救援系统

制定紧急救援预案，根据紧急救援预案进行相应训练和演习，指导救援小组采取迅速高效的应急救援行动，并保证与城市的应急救援系统协调作战。完善救援队伍组织，组织工作人员进行定期安全培训，保证司机、车站工作人员和专门救援人员在发生火灾时能迅速采取行动，提高他们处理突发事件的能力，以保证将火情控制在初期阶段。另外，增强与社会其他救援组织如120医疗救援小组等组织间的协作，以降低人员死亡，提高救援质量。

3.2建立健全地铁的避难设施

避难设施不仅可为逃生人员提供保护，还可用于消防队员暂时逃避烟雾和热气。在中、长地铁隧道设计中，应考虑人员安全避难所的设置，考虑通道的布置、隔间及空间的分配以及相应的辅助设施的需要。横洞平时主要作为巡查、维修、养护的联络道以及隧道局部检修时车辆转换方向、并用的过渡通道使用；火灾和其它紧急情况下，横洞则可担负临时避难、人员安全疏散和灭火救援的通道。但是研究表明，火灾时被困人员虽已进入安全避难所，但由于热和烟气的泄漏，最终还是导致了死亡。因此，安全避难所的最低耐火极限除应与隧道结构的耐火极限一致，还应能够隔热隔烟，并应考虑在这些区域设置独立的送风系统。 隧道中人行横洞设置的防火卷帘及其构造和施工工艺均应满足以下要求：门扇各接缝处、导轨、卷筒等缝隙要有防火防烟的密封措施，防止烟火窜入；在防火卷帘的两侧设置启闭装置，并能做到自动、手动和机械控制，保证应急使用；防火卷帘的耐火极限应不低于3小时[4]。

3.3 整改地铁的火灾隐患

与地铁运营共生的一些消防不安全因素：书报摊和各类商铺、通风亭周围存在的违章建筑、超年限服役的老旧客车等等。书报摊和各类商铺虽然可以创造短期利益，但是其潜在火灾危险性较大；通风亭周围的违章建筑，具有重大火灾隐患，一旦发生火灾会对人员逃生等制造困难，甚至加剧火灾的发展；超年限服役的老旧客车在运营的过程中很可能是火灾发生的主要原因。因此对于以上各种火灾隐患应坚决予以整改或取缔，从而保证地铁的安全运行

[14]。

3.4 建立完善的地铁安全信息管理系统

研究和开发地铁安全生产事故统计系统、地铁安全生产政策法规检索系统、地铁安全生产专家库系统、地铁安全监管监察系统；建立安全生产信息系统，以提高地铁安全生产监管水平。

3.5 安全评价

定期对地铁系统进行安全检查，并做出定性、定量的安全评价分析，及时发现和解决地铁系统中存在的事故隐患，把事故发生的可能及事故发生造成的损失降低到最低点[15]。 4 结语

综上所述，地铁隧道不同于一般的地下建筑，其地形复杂，结构封闭，人员流动性大，一旦发生火灾给人民生命财产造成危害也会产生严重的负面效应。本文从地铁火灾的特点及产生原因角度出发，分析了适合地铁的火灾监控与报警系统、防排烟系统、消防给水系统、人员疏散和救援系统、为加强消防安全检查和安全隐患整改等方面提出了一定见解。并对地铁的防火安全工程建设未来发展提出几点意见：开发先进的地铁火灾监控和报警系统；完善地铁的防排烟系统、消防给水系统；发展先进的环保、安全、经济的地铁灭火系统；改进地铁的疏散模式，为地铁火灾的扑救工作和被困人员的疏散提供保障；采用先进的管理技术，完善地铁的日常管理。

参考文献

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地铁火灾的防火分析

摘要：地铁作为解决现代大中城市交通问题的基本手段，已得到普遍的使用。但是由于地铁结构的特殊性，一旦发生火灾损失巨大，所以应“以防为主，防消结合”，把危害降到最低。本文根据地铁火灾的特点和引发原因，综合分析地铁火灾监控与报警系统、防排烟系统、消防给水系统和救援系统等因素，提出了未来地铁防火安全工程的发展方向，从而促使其更好的为人类服务。

关键词 地铁; 火灾; 防火工程

引言

自1863年英国伦敦建成世界上第一条地铁至今，地铁作为解决城市交通问题的主要手段得到迅速发展，尤其是在人口超过100万以上的大城市，或单方向稳定的等候客流密度超过3万人每小时的情况下。

据不完全统计，目前全世界已有30多个国家和地区的80多个城市建造了地铁，已发展为地下、地面、高架轨道相结合的城市现代化有轨运输系统，最高设计速度可以达到每小时80～130公里，建设总长度约为5千公里，每年运送旅客160亿人次。目前世界各国主要城市的地铁均已形成规模，我国的地铁建设起步较晚但发展快，北京、上海、天津、广州都已经建设了地铁并投入运行。但是由于地铁运营方式的特殊性，一旦发生火灾，其后果非常严重，救护也很困难，所以地铁的防火安全问题不容忽视，研究预防地铁火灾、制定相应灭火预案已成为城市建设规划中的要点问题[1]。

1地铁火灾事故特点与原因分析

1.1 地铁火灾事故的特点

1.1.1 烟气危害性

有关统计资料表明[2]，火灾燃烧的产物（烟气）是火灾致死人命的主要原因，其具体的危害性表现如下：

（1）烟气的毒害性。天然物质如木材、羊毛以及人工生产的塑料和橡胶等在燃烧时烟雾的主要成分是微粒和一些有毒有害气体。国际卫生组织认定，对人体产生有害生理作用的浓度界限：CO 为0.15～0.20%，CO2为5～6.7%，在此浓度环境下人最长可以逗留时间为30～60分钟[3]；较危险的气体有氰化氢、丙烯醛、氯化氢、氨、二氧化硫、硫化氢、硝酸和硫酸，以及甲酸和醋酸。当它们达到一定浓度时，就会使人中毒，甚至瞬间死亡；

（2）烟气的减光性。可见光波长λ为0.4~0.7μm ，而烟粒子粒径d 为几μm 到几十μm ，由于d>2λ，烟粒子对可见光是不透明的。地铁由于其特定的构造，烟气不易散出，因此疏散指示器照明作用降低，甚至失去指示功效。据日本自治省消防厅研究所资料表明：当烟气浓度按减光系数达到0.1 m-1时，人的行进速度急剧下降，人的思考力和判断力也随之下降，当减光系数达到0.6 m-1时，人的步行速度接近于零，已无法自行脱险，当疏散走道上照明强度小于1 lx时，人员就会开始发生心理动摇，产生轻生的思想[2]；

（3）烟气的爆炸性。烟气中的不完全燃烧产物，如CO 、H2S 、HCN 、等一般都是易燃物质，而且这些物质的爆炸下限都不高，极易与空气形成爆炸性的混合气体，使火场有发生爆炸的危险。

（4）地铁火灾容易形成气浪。由于地铁工程散热排烟口少，燃烧产生的热会加热地铁内烟气，使其膨胀，加快烟气流动速度，形成高温气浪，使人员逃生更加困难。

（5）烟气流动速度快。地铁发生火灾时，烟气的前锋流速约为1.75～2.40 m/s，由于地铁烟气的排出口亦是人员的逃生口，而在照明系统正常的情况下，人员的疏散速度只有烟气速度的一半，因而更易受到烟气的危害；

1.1.2 疏散难度大

（1）客流量大。地铁作为现代城市的主要交通工具之一，其便利快捷受到广大市民的青睐，客流量非常大。据统计，莫斯科地铁日均客运量达800万人次，高居世界首位，北京市地铁日均客流量达125万人次。因此地铁发生火灾事故时，要组织有序的疏散相当困难；

（2）逃生途径少。地铁运营环境的特殊性，使其提供给乘客安全逃生途径单一。地铁的安全出口较少，一般是进出两用通道，除此之外既没有供乘客使用的垂直电梯，也没有紧急避难场所；

（3）逃生距离长。以上海地铁人民广场站为例，该站共有12个出入口，其中5个直通地面，7个通道连通地下商场(4个通道中间设有防火卷帘) ，12条疏散通道中有10条逃生距离在100 m以上，最远的达260 m，一旦突发火灾事故，地铁内人员被困受害的可能性相当大；

（4）障碍物阻隔。地铁一般在入口处设置自动检票装置，发生火灾时会严重阻碍人员的疏散，延滞人员的疏散时间[4]。

1.1.3 救护难度大

地铁构造是相对封闭的地下系统，发生火灾以后救护工作十分困难。火灾中产生的大量浓烟，使火场指挥员无法迅速确定起火点；高温烟气的热辐射和气浪的作用，使消防队员很难接近起火点；呼吸器使用时间的限制，使消防队员进行救助的活动范围受到限制；进出口单一，使消防队员之间难以进行战术配合、展开大兵团作战[2]；灭火剂的使用受限，灭火效果良好的卤代烷1211、1301和CO2灭火剂，在使用的过程中也会产生有毒有害气体，不易在地下空间着火时使用。

1.2 引发地铁火灾的原因

自地铁投入使用以来，其火灾从未间断过，究其原因主要有以下几点：

（1）地铁隧道中违章作业；

（2）乘客违反有关安全乘车规定，携带易燃易爆品上车或在车上吸烟[2]；

（3）电器短路；

（4）纵火；

（5）其它原因。

2地铁的防火安全工程建设

地铁的火灾预防包括地铁的防火安全设计和日常的安全管理，主要体现在建立地铁的火灾监控与报警系统、防排烟系统、消防给水系统、人员疏散和救援系统等方面内容。

2.1 地铁的火灾监控与报警系统

2.1.1 监控与报警系统的组成

地铁火灾监控与报警系统按两级监控方式设置。第一级为中央控制室级，对全线报警系统实行集中监控管理，随时掌握全线动态情况；第二级为车站调度室级，分别设置于地铁各车站，是独立的报警子系统，在其所管辖的范围内对火灾状况进行监控、报警，并能够实施有关的消防联动控制操作，上述监控与报警系统与现场设备连接成网络回路，保证各探测点发送的报警信号能及时、正确、通畅地到达各级监控中心。

2.1.2 地铁火灾监控与报警系统的分类

根据设备的使用环境条件可将系统分为：

（1）现场火灾监控与报警设备。包括：a) 火灾传感器，用于对站内设备用房、站厅、站台旅客公共区等进行火灾自动探测；b) 手动报警器，安置在站内旅客公共区、设备用房区域及列车上，以便及时通报火灾；c) 感温电缆，用于监测站台层变电所下的电缆夹层；d) 紧急电话插孔，配置在站内旅客公共区、设备用房区域、区间隧道以及站内轨道外侧设置的消火栓箱上；

（2）车站调度室级火灾监控与报警设备。包括：a) 报警控制器，能够随时监控接受各探测点的报警信号，发出声光报警信号，并能自动或手动执行，对有关消防设施实行联动控制；b) 模拟图形显示终端，能按照车站建筑平面分级、分区显示本站系统的详细信息，包括火灾报警部位、设备安装位置、设备运行状态、故障报警信号和有关消防设施动作返回信号等，并能够实时打印输出有关数据报告；c) 视频传输系统，在车站站台、站厅等公共场所安装全方位的监视器，实时收集站内的视频信息，并反映到值班室的闭路电视监控器上，由值班人员进行监控和处理；

（3）中央控制室级火灾监控与报警设备模拟图形显示终端，功能同车站模拟图形显示终端一样[5]。

2.2 地铁的防排烟系统

当发生隧道火灾时，最大的危险不是火灾本身（火焰和高温），而是能迅速蔓延到隧道中的烟气，它会降低能见度的和使被困人员窒息死亡。隧道火灾研究表明，如何建立高效的防排烟系统，控制火灾烟气的扩散是关键[6]。

2.2.1 防排烟系统的组成及运行

地铁的防排烟系统包括隧道风机、电动风阀、冲量风机及喷嘴。地铁的防排烟是通过隧道风机的正转或反转以及电动风阀的协调关闭或开启来实现送风或排风。

地铁车站由于其结构特殊性，难以设置独立排烟系统，因此宜将排烟系统与正常的通风系统合用，当火灾发生时将正常的通风系统转换为排烟系统。由于排烟量比正常运行时的排风量要大的多，所以一般选用双速风机，正常通风时低速运行，排烟时高速运行。当车站发生火灾事故时，其火灾事故运行通风模式为：（1）站厅层发生火灾，则关闭站厅层送风系统和站台层回/排风系统，由站厅层回/排风系统的排风井将烟气排至地面，新鲜空气经车站出入口从室外进入站厅，从而便于人员从出入口疏散至地面；（2）站台层发生火灾时，关闭站台层送风系统和站厅层回/排风系统，由站台层回/排风系统的排风井将烟气排至地面，同时使站台层的楼梯口形成负压和向下气流，便于人员安全疏散到站厅层，为防止烟气因热压作用流向站厅层，楼梯口向下气流速度一般应控制在1.5 m/s以上。

2.2.2 防排烟模式的设置

地下铁道火灾事故通常可以分为两种情况：车站火灾和区间隧道火灾。当列车在隧道内行驶发生火灾时应力争将列车开至临近车站疏散乘客，此时可按照车站站台火灾状况进行处理。下面以一实际工程的地铁列车发生火灾为例，利用理论分析和计算流体力学（CFD ）[7]的数值模拟分析等方法探讨最优的通风排烟模式。

站台发生火灾时，主要依靠的是布置在站台两端正常工况下的集中送风口进行排烟，由于排烟口的集中布置，不同的风机运行模式对通风排烟的效果相差很大，而且列车发生火灾位置的不同，也会影响排烟的效果。因此需要针对不同的火灾发生位置，研究如何合理调动站台内风机，以保证有最大的安全区和安全疏散通道。可利用CFD 软件模拟火灾发生时的气流场和温度场，为研究和分析合理的风机运行模式提供了有利的手段。a) 发生火灾事故时候，风机的运行和转向均应根据火灾发生的实际情况来确定；b) 如果列车中部发生火灾，建议采取将站台内的的风机作排风之用；c) 如果列车头部发生火灾，建议采取在靠近火灾一侧开启排风机，另一端风机关闭，同时开启一台邻近火灾的区间风机或者站台风机排风[8]。

2.2.3 防烟分区的设置

火灾发生时，烟气会导致被困人员中毒、甚至窒息伤亡，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1 m3/(min m2) 设计；区间隧道中经隧道断面的烟气流速应不小于2 m/s且不大于11 m/s，以免影响疏散[9]。 以广州某地铁站为例，设计按2023年考虑，早高峰每小时客流量为1.5万人，站厅及

站台层旅客公共面积分别为2.8×103 m2和3.9×103 m2，而《地铁规范》第12.4.3条规定：每个防烟分区的建筑面积不宜超过500 m2„„，据此规定每个旅客公共区均需划分6至8个防烟分区。但是由于资金等种种原因，为减小地铁初期投资车站的建筑层高达不到规范要求；其次，人均旅客公共区的面积很大，而且各层顶部都已设有通风、空调等大量大型风管以及电力、通信专业的电缆桥架，占据了较大空间；另外，站台层旅客公共区直接与列车区相连通，而列车区顶部是不允许有任何障碍物进行隔断的，所以防烟分区只能划做一个。其允许原因有三点：第一，《地铁规范》条文规定：“每个防烟分区的建筑面积不宜超过500 m2”，该条文所用词汇为“不宜”，从规范用词来讲，不宜表示允许稍有选择，因此在执行有困难的情况下，允许对该条规定有所选择；第二，规范中限制防烟分区最大允许面积的主要目的有两个，一是从技术经济角度出发，另一个是从技术安全可靠角度出发。从技术经济比方面看，防烟分区过小则不能有效地控制烟气的四处弥漫，同时也会因过多的防烟分区隔断给其它方面的设计带来困难，造成经济浪费；而防烟分区过大造成资金的浪费。地铁车站正常排风系统的排风量很大。以广州地铁某站为例，站厅及站台层旅客公共区设计排风量分别为：1.04×105 m3/h和2.4×105 m3/h。而站厅及站台层旅客公共区作为一个防烟分区所需要的排烟量分别为：1.68×105 m3/h和2.34×105 m3/h。《地铁规范》第12.4.11条规定：“排烟系统宜与正常排风系统合用„„，利用正常排风系统排烟”，站台层排风量可以满足排烟的风量要求；第三，根据《铁路旅客车站建筑设计规范GB 50226–95》第8.1.4条：“在无可燃材料装修情况下，最高聚集人数在4千～1万人的大型站的进站大厅防火分区面积可适当放宽，但不宜超过4×103 m2„„”[20]。对于地铁车站这类装修标准不高而大厅面积很大的特殊建筑可以在防烟分区面积限制上允许适当的放宽要求。所以地铁车站不需人为划分防烟分区[10]。

2.3 地铁的消防给水系统

地铁车站给排水消防设计功能需满足车站的生产、生活用水、消防用水，及时排除生产、生活污水、结构渗漏水、事故消防用水等等。

消防给水系统包括：消火栓系统和地面水泵接合器。消火栓系统为“实施”系统时，供水管网应环形布置，其供水压力要满足最不利点处正常供水。在站厅、站台层的下部以及区间、人行通道内应设置消防给水管网支线；消火栓箱设置间距为站厅层：30～40 m；站台层：40～50 m；站厅层、站台层的设备区及人行通道则按要求设置。地面消防水泵接合器设置在车站外给水引入管上，并在接合器40 m范围内设室外低压消火栓。

其它设置：a) 消防给水干管的直线段及分支处，根据计算设置波纹伸缩器；b) 阀门：均采用手动或电动碟阀；c) 给水干管在最低处设泄水阀，最高处设排气阀，排气阀置于站厅层设备房端部没有吊顶的部位。

排水系统包括排水管系和通气管系。排水管系是指在站台与站厅的最低点处设置集水坑，利用线路排水沟把车站内的各种废水引至集水坑内，再用坑内的潜污泵将污水排至城市的排水系统。通气管用于排出室内和管道中的有毒气体和废气，输送新鲜气体，并为排水系统补充空气，保持管线气压的稳定和水流的畅通。

2.4 地铁的灭火系统

灭火系统根据使用灭火剂的种类和灭火方式可分为：自动喷水灭火系统、气体灭火系统、消火栓灭火系统、干粉灭火系统等等[5][16]。

2.4.1 自动喷水灭火系统

根据美国国家标准技术研究局（NIST ）研究[11]表明：设置自动喷水灭火系统能比较显著地降低隧道内整个区域的平均温度，且能降低隧道顶部的温度，这有利于保护隧道结构。当火灾发生14s 时，火源点处喷头开始作用喷水；30s 时烟气有少许的扰动，此时不会影响人员逃生；120s 时上层烟气层有较大的扰动，且上下层间烟气和清洁空气的掺混比较严重，

可视率下降，对于在120s 内还没有逃出80 m范围燃烧区的人员来说比较危险，但是人员逃生速度一般为1.3 m/s，80 m范围内的人员逃生时间只需要60s 左右，因此自动喷水灭火系统可行。设置自动喷水灭火系统还能显著地降低火源点处的温度，因此热量被“平均”分配到了隧道区域的其它位置，产生大约150s 左右的滞后时间，供被困人员逃出火场；自动喷水灭火系统的设置，使热量不会集中聚积在隧道的顶部损害隧道顶部结构混凝土的强度，从而保护了隧道结构，因此在地铁隧道内设置自动喷水灭火系统可提高安全性、可靠性[12]。

2.4.2 气体灭火系统

综观国内外气体灭火系统的研制应用情况，目前已经投入使用的有几十种，这些系统的硬件设备大体上都是由钢瓶、管网、喷射装置、阀体等组成，但由于各系统所采用的灭火药剂不同，相应的灭火机理、灭火特点、系统组成亦存在很大差异。目前国际上公认的灭火系统有哈龙1301灭火系统、七氟丙烷灭火系统（FM200）、烟烙尽（INFRGFN ）灭火系统和CO2灭火系统等等。根据相关要求，目前适合于地铁工程的有FM200、INERGEN 两种气体灭火系统，从以下五个方面对二者的灭火性能做简单比较。a) 环保方面：INERGEN 的破坏臭氧层潜能值、温室效应潜能值和大气中存活寿命三项指标均为零，而FM200虽破坏臭氧层潜能值为零，但有一定的温室效应，大气中存留时间较长；b) 安全方面：在设计浓度范围内，两者对人体都是安全的，但FM200在高温条件下易分解产生剧毒物氢氟酸，有刺鼻气味，对设备也有一定的腐蚀性；c) 费用方面：初始投资INERGEN 稍高一些，但FM200的药剂费用比INERGEN 高得多，且更换周期也比较短，所以后期FM200的维护保养费用要高些；d) 设备：INERGEN 设备目前主要依赖进口，而FM200从设备到药剂国内已有多家企业可以生产；e) 应用条件方面：更换系统时，FM200只须更换哈龙系统的药剂，不必废除整个哈龙系统，因而FM200占有一定的优势。根据上述比较不难发现，两者各有优缺点，在实际工作中应结合地铁工程的特点选择相应灭火剂[13]。

2.5 地铁的人员疏散和救援系统

2.5.1 地铁的人员疏散

火灾的危险临界条件：a) 当烟气层界面高于人眼平均高度时，若上部烟气层的温度到达180℃时，可对人体造成辐射灼伤，此时的环境温度为临界温度；烟气层界面低于人眼特征高度时，对人的危害将是直接烧伤或吸入热气体引起的，实验表明115℃即是此刻的临界温度；c) 另外有害燃烧产物的浓度也是临界判断条件之一。所以要保证人员的安全疏散，必须保证发生火灾时达不到临界条件。

针对地铁火灾发生的位置和情况，制订相应的人员疏散预案。

（1）列车在行驶中着火

地铁发生火灾最难控制和最易造成人员伤亡的是列车在行驶中着火。尤其要重视对该种情况的应急处理。列车在行驶中着火可分为两种情况：

a) 火灾发生在站台附近。一般列车此时处于刚离站或者即将到站的状态。一旦发生火灾，司机要及时用无线电向车站通报火情，车站工作人员赶到站台做好组织疏散和救援工作的准备。此时若火情不是很严重，司机将车开至就近的站台，打开车门，和车站工作人员一起组织乘客疏散。若列车火势较大，司机应立即断开外部电源，启用备用电源，维持车厢的照明。同时，车站救援人员应立即开拖车将列车拖至站台，然后迅速开门疏散乘客；

b) 火灾发生在隧道中央处。此时列车离两端站台的距离都较远，来不及将列车开往站台。司机除用无线电与车站取得联系外，还应立即切断外部高压电源，启动紧急备用电源。车站调度室根据列车所处的位置和火情，开启通风系统，排出烟雾。司机打开列车疏散门，引导乘客逆风沿隧道中央进行疏散，快速撤离现场。

（2）车站发生火灾

车站发生火灾时，车站工作人员通过广播系统及时疏散站台上滞留的乘客，同时启动车

站紧急事故模式的通风排烟模式，为人员逃生创造条件。相邻的车站要对在该段区间隧道中行驶的列车下达停车或者返回的指令以减少人员的伤亡[5]。

3提高地铁安全性的几点建议

3.1建立地铁火灾的救援系统

制定紧急救援预案，根据紧急救援预案进行相应训练和演习，指导救援小组采取迅速高效的应急救援行动，并保证与城市的应急救援系统协调作战。完善救援队伍组织，组织工作人员进行定期安全培训，保证司机、车站工作人员和专门救援人员在发生火灾时能迅速采取行动，提高他们处理突发事件的能力，以保证将火情控制在初期阶段。另外，增强与社会其他救援组织如120医疗救援小组等组织间的协作，以降低人员死亡，提高救援质量。

3.2建立健全地铁的避难设施

避难设施不仅可为逃生人员提供保护，还可用于消防队员暂时逃避烟雾和热气。在中、长地铁隧道设计中，应考虑人员安全避难所的设置，考虑通道的布置、隔间及空间的分配以及相应的辅助设施的需要。横洞平时主要作为巡查、维修、养护的联络道以及隧道局部检修时车辆转换方向、并用的过渡通道使用；火灾和其它紧急情况下，横洞则可担负临时避难、人员安全疏散和灭火救援的通道。但是研究表明，火灾时被困人员虽已进入安全避难所，但由于热和烟气的泄漏，最终还是导致了死亡。因此，安全避难所的最低耐火极限除应与隧道结构的耐火极限一致，还应能够隔热隔烟，并应考虑在这些区域设置独立的送风系统。 隧道中人行横洞设置的防火卷帘及其构造和施工工艺均应满足以下要求：门扇各接缝处、导轨、卷筒等缝隙要有防火防烟的密封措施，防止烟火窜入；在防火卷帘的两侧设置启闭装置，并能做到自动、手动和机械控制，保证应急使用；防火卷帘的耐火极限应不低于3小时[4]。

3.3 整改地铁的火灾隐患

与地铁运营共生的一些消防不安全因素：书报摊和各类商铺、通风亭周围存在的违章建筑、超年限服役的老旧客车等等。书报摊和各类商铺虽然可以创造短期利益，但是其潜在火灾危险性较大；通风亭周围的违章建筑，具有重大火灾隐患，一旦发生火灾会对人员逃生等制造困难，甚至加剧火灾的发展；超年限服役的老旧客车在运营的过程中很可能是火灾发生的主要原因。因此对于以上各种火灾隐患应坚决予以整改或取缔，从而保证地铁的安全运行

[14]。

3.4 建立完善的地铁安全信息管理系统

研究和开发地铁安全生产事故统计系统、地铁安全生产政策法规检索系统、地铁安全生产专家库系统、地铁安全监管监察系统；建立安全生产信息系统，以提高地铁安全生产监管水平。

3.5 安全评价

定期对地铁系统进行安全检查，并做出定性、定量的安全评价分析，及时发现和解决地铁系统中存在的事故隐患，把事故发生的可能及事故发生造成的损失降低到最低点[15]。 4 结语

综上所述，地铁隧道不同于一般的地下建筑，其地形复杂，结构封闭，人员流动性大，一旦发生火灾给人民生命财产造成危害也会产生严重的负面效应。本文从地铁火灾的特点及产生原因角度出发，分析了适合地铁的火灾监控与报警系统、防排烟系统、消防给水系统、人员疏散和救援系统、为加强消防安全检查和安全隐患整改等方面提出了一定见解。并对地铁的防火安全工程建设未来发展提出几点意见：开发先进的地铁火灾监控和报警系统；完善地铁的防排烟系统、消防给水系统；发展先进的环保、安全、经济的地铁灭火系统；改进地铁的疏散模式，为地铁火灾的扑救工作和被困人员的疏散提供保障；采用先进的管理技术，完善地铁的日常管理。

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