陈旭锐
广州地铁集团有限公司 510000
摘要：本文以南方某城市地铁线路为例，对不同时刻、不同季节、不同时期的地铁系统环境温度、行车对数、客流等对区间环境影响较大的要素的特点进行分析，并结合SES程序的模拟计算结果，得出了车站隧道排风系统各种工况下的节能运行策略及其节能效果。对今后地铁隧道通风系统的设计具有参考意义与影响地铁安全运营的因素众多，通过地铁车站内部建筑结构复杂性，机电设备种类多的特点，可见众多事故类型中火灾事故在地铁发生频率较高的。因此，有必要对地铁车站的火灾事故应急处理及消防安全管理进行分析。
关键词：SES车站隧道排风系统；节能运行策略；节能效果；事故分析；地铁车站火灾预防技术
一、车站隧道排风系统简介
车站隧道是指由地下车站设置的屏蔽门与车站有效站台范围内的外墙、轨道上方及站台下方结构所形成的空间，该部分空间通过屏蔽门的开启满足乘客上、下车的要求，大部分时间屏蔽门处于关闭状态，以保证乘客候车的安全、隔断隧道和车站的气流，从而避免车站的空调冷量散失在隧道内。车站隧道通风系统主要由车站隧道排风机、消声器、风阀、防火阀等设备及相应的管路系统、动力配电及控制单元和控制单元组成。
二、车站隧道排风系统节能运行策略分析
车站隧道通风系统主要耗能设备为车站隧道排热风机。由于每个地下车站均须独立配置一至两台车站隧道排热风机，因此全线约需数十台风机，且此类通常为大型轴流风机（风量20~50m3/s，压头300~600Pa，功率10~45kW），故就全线而言，车站隧道排风机全年能耗十分惊人。又由于地铁车站隧道温度受客流、行车对数及室外新风温度较大，因此应结合上述因素，对车站隧道排热风机采取较优节能运行策略，以实现节能运行。
本文应用SES（Subway Environmental Simulation Computer Program）软件，以南方某地铁线路为例（每个车站配置配置两台30m3/s，压头400Pa，功率22kW；远期行车对数为30对/小时；列车为四节编组B型车），建立计算模型，对本线路在不同情况下的车站排热风机运行策略进行分析和研究，以得到优运行策略。
远期由于行车对数及客流大大高于初期及近期，因此区间及车站轨行区的温度受室外新风温度、车站排热风量及行车对数影响较大。
本章节将主要从室外新风温度及行车对数两个方面，并将全年分为夏季及非夏季两个时期对车站排热风量需求进行分析核实，进而确定车站隧道排热风机远期最优运行策略。
2.1 夏季排热风机运行策略
根据南方某市地铁二号线远期全日行车计划，将远期全日划分为四个时段考虑，并划分别按四个时段内最大行车对数及最高室外计算温度核算区间隧道温度。四个时段及相关计算参数分别如下表所示：
全日四个时段中，仅1时段行车对数较多，达30对/h，因此考虑车站隧道排热风机工频运行，排风量为30 m3/s，其余三个时段行车对数均较低，因此风机降频运行，同时考虑新风的影响，风机设为排风量为15 m3/s。
由于时刻4行车对数最少，温度最低，在排风量同为15 m3/s的情况下，若时段2与3区间温度能满足要求，则时段4亦可满足要求。因此，本文只对时段1~3的区间温度进行核算，其结果如下图所示：
由图1可以看出时段1~3区间温度均满足要求。
综上分析，南方某市地铁二号线车站隧道排热风机夏季运行策略应为
A. 早高峰时段（7：00~9：00）车站隧道排风风机工频运行，风量为30 m3/s。
B. 其余运营时段车站隧道排风风机降频运行，风量为15 m3/s。
2.2非夏季排热风机运行策略
南方某市6~9月平均气温较高，可执行夏季排热风机运行策略。而其余月份平均气温较低，且日最高气温不超过30℃。而当室外计算温度为30℃，行车对数为30对，车站隧道排热风机风量为15 m3/s时，区间隧道温度如下图所示：
由上图可以看出，在除6~9月外，南方某市地铁二号线在早高峰时段（行车对数30对/h），车站排热风机仅需排风15 m3/s，即可满足隧道内温度要求。
综上分析，南方某市地铁二号线车站隧道排热风机非夏季运行策略应为：
全天运营时段内，车站隧道排风风机降频运行，风量为15 m3/s。
2.3 远期车站排热风机节能运行策略及节能效果
（1）节能运行策略。综上所述，南方某市地铁二号线远期车站隧道排热风机节能运行策略为：夏季（6~9月）：a.早高峰时段（7：00~9：00）车站隧道排风风机工频运行，风量为30 m3/s。b.其余运营时段车站隧道排风风机降频运行，风量为15 m3/s。
非夏季（1~5月、10~12月）全天运营时段内，车站隧道排风风机降频运行，风量为15 m3/s。
（2）节能效果。a.远期夏季（6~9月）车站排热风机按夏季运行策略运行，每月每站可节省能耗1.06万kwh。b. 远期非夏季（1~5月、10~12月）车站排热风机按非夏季运行策略运行，每月每站节省能耗1.19万kwh。
三、地铁火灾特点
地铁建筑是深埋地下的密闭空间，从建构分析区间隧道内设有各种电气线路、电缆等电器设备；车站内不仅设有通信、信号、环控系统等设备，更有变电站、蓄电池室等重点房间；运行列车设有电机电器、高压电缆。这些都是潜在的火灾因素。外加复杂的建筑结构、疏散困难，人员集中，通风照明条件差，一旦发生火灾，扑救任务将非常艰巨，往往会造成重大的人员伤亡和财产损失。因此掌握地铁火灾的特性对于有效地预防和扑灭火灾有积极的指导作用。
（1）燃烧速度快
地铁由于可燃物质较多，地铁隧道气流流动性大，火势极容易蔓延扩大，如1983年8月16日日本名古屋地铁发生火灾，瞬间就扩大到3000平方米范围。1987年11月18日英国伦敦地铁君王十字车站发生火灾，由于当时列车正在运行，扰动气流，使火势迅速扩大。仅9 分钟大火就顺着自动扶梯烧到票房，燃烧面积迅速扩大，虽经消防队员奋力抢救，仍造成 30 人死亡、180 人严重烧伤。
（2）氧含量急剧下降
地铁火灾发生后，由于地铁隧道内部的相对封闭性，大量的新鲜空气被燃烧消耗而难以补充，使得空气内部氧气含量急剧下降。空气中氧含量降至6%～10%时，人即会晕倒，失去逃生能力；当空气中含氧量降到5%以下时，人会立即晕倒或死亡。
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（3）浓烟、毒气危害严重
地铁内有大量的电缆，发生火灾后产生大量的一氧化碳（CO）等有毒有烟气体，不仅使能见度降低，同毒气重加大了疏散人群窒息的可能性。
（4）火情侦查和扑救困难
地铁发生火灾时，由于地下空间限制，浓烟、高温、缺氧、有毒、视线不清、通信中断等原因，救援人员很难了解现场情况，对于火灾发生的部位，需要详细的查询和研究地下工程图，分析出可能发生火灾的部位和可能出现的情况，才能做出灭火方案。
（5）极易造成群死群伤
地铁人员集中，而且地下车站完全靠人工照明，一旦发生火灾，正常电源被切断，照明差，烟气多，人群根本无法有效逃离火场，极易造成群死群伤。比如2003年韩国大邱市地铁火灾。
四、典型火灾案例分析
（1）韩国大邱地铁纵火案
2003年2月18日上午9时55分左右，韩国大邱市已经过了上班的高峰时间，第1079次列车刚在市中心的中央路车站停住，第三节车厢里一名56岁的男子就从黑色的手提包里取出一个装满易燃物的绿色塑料罐，并拿出打火机试图点燃。车内的几名乘客立即上前阻止，但这名男子却摆脱阻拦，把塑料罐内的易燃物洒到座椅上，点着火并跑出了车站。
事故调查结果表示被纵火的1079次列车上乘客多数能死里逃生，然而92%死伤者为另一侧进站的1080次列车上乘客。究其原因在于1080次列车进站后停电无法继续行驶，此时车厢内的照明灯、换气扇等设备都靠紧急电源在维持。司机崔某尝试继续行驶，但未能成功。而后，他做出了一个最错误的决定―――拔出主控钥匙，切断了紧急电源。这使得车厢陷入一片漆黑之中，更严重的是致使列车车门不能打开，大批乘客因而失去了逃生的机会。
因为司机的失误导致列车车门无法开启，最终事故致使死亡人数198人，受伤者144人，298人失踪。
（2）案例分析
1、车厢设施
大邱地铁列车车厢的座椅采用易燃且会产生有毒气体的物料，火灾发生后另一侧列车又停在火灾位置，导致火势一发不可收拾。外加易燃材料燃烧过程产生的有毒气体对乘客造成巨大的伤害。
2、车门解锁装置
大邱地铁火灾事故中，若火灾列车车门能尽早打开，伤亡人数将明显减少。可是车门的解锁装置操作复杂，黑暗中根本看不清楚。根据现场记录，在1080号列车全部24个车门中仅有4个被打开。据调查，开启这4个门的是乘客中熟悉地铁构造的地铁内部人员，而普通乘客是难以做到的。
3、人员教育和培训
大邱地铁1080次司机本可以在最宝贵的时间内让乘客快速疏散，但却失误导致列车断电，造成车门、车厢照明关闭。控制中心本应让列车通过事故车站避开火灾或在前方车站扣停列车。控制中心和列车司机在火灾发生时处理措施不当，事发后站台人员没有经过足够的火灾处理经验，可见大邱地铁在突发事件应急处理的培训的不足。
五、车站火灾预防技术
地铁防灾重点是预防火灾，消防安全设施是地铁防灾系统的重要设施之一。地铁贯彻“预防为主，防消结合”消防工作方针，采取安全可靠和有效适用的消防安全综合措施与对策，加强消防安全管理与消防法制观念，最大限度地降低地铁火灾风险与减少火灾危害，以保证地铁运营安全。
（一）防火系统
1、气体灭火系统
容易发生火灾或一旦发生火灾可能严重危及人身和财产安全，以及对消防安全有重大影响的部位确定为消防安全重点部位，如地铁车站内的变电所、环控电控室、通信设备房、信号设备房等。
上述房间设有气体灭火系统，当发生火灾同时触发房间内的烟感及温感装置后，系统自动进行报警及灭火处理。确保消防安全重点部位。
2、FAS自动报警系统
FAS系统由火灾报警控制器、火灾探测器、手动报警按钮等组成。一旦火灾探测器探测到火警，马上将火警信号发送到火灾报警控制器确认。车站控制室值班人员可以通过火灾控制器查看火灾位置并安排人员到现场确认。
3、BAS环控系统
当确认火灾形成时，FAS系统就会发出火灾报警信号，当系统有消防联动控制要求时，BAS环控系统即启动相应的防火、排烟及应急照明等设备。
（二）应急预案
应急预案是指一旦发生重大的突发事件，能紧急启动预先制定的处置方案。随着地铁的快速发展，在运营过程中随时都有可能发生突发事件。一旦发生事故，将造成严重的生命财产损失以及极大可能造成城市交通瘫痪。但由于自然条件、技术、设备等原因，不可能完全避免事故或灾害的发生，因此应急预案的制定就显得极其重要了。
在总结国内外地铁消防事件教训的基础上，根据地铁运营的发展及需要，地铁针对火灾突发事件，制定了《消防安全管理办法》、《消防专项应急预案》等应急预案。对地铁车站火灾、列车火灾、区间隧道（高架线路）设备火灾等突发事件的处置措施进行划分。同样对车站值班站长、行车值班员、司机等各岗位在突发事件中的处理程序进行明确分工。通过应急预案提高地铁人对突发事件的处理能力，确保在面对突发事件时能有序、高效应对。
（三）应急演练
应急演练是检验地铁车站应急处理能力的一个重要手段。地铁的应急演练方式分为三种，分别是桌面演练、实地演练、双盲演练。其中双盲演练采取“四不两直”方式，即事先不发通知、不打招呼、不听汇报、不陪同接待，直奔基层、直插现场。通过这种方式更真实反映车站在消防应急演练方面的存在不足，更有效及时消除隐患。
结束语
地铁环境掌控体系是暖通空调在特殊空间当中的运用，地铁环境掌控体系具备自身独特的特征，所以对地铁环境掌控体系规划要遵循它独特的规律。地铁通风空调系统运行能源损耗是地铁总能耗的关键性构成单元，科学设计地铁通风空调体系及有效优化，是地铁能源节约运行的重点部分。
参考文献：
[1]地铁设计规范 中华人民共和国国家标准.北京：中国计划出版社，2003. 15
[2]采暖通风与空气调节设计规范中华人民共和国国家标准.北京：中国计划出版社，2003.25
[3]胡自林深埋地铁隧道通风设计计算研究.城市轨道交通研究2006.19
[4]地铁热环境试验研究报告.清华大学.2005.24
论文作者:陈旭锐
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/27
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