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地铁火灾场景设计探讨

www.cechina.cn2009.06.01阅读 11576

  摘要:近年来,地铁火灾是火灾科学界研究的热点。火灾场景设计是开展地铁火灾研究的基础环节,它对地铁内的烟气运动和人员疏散有重要的影响。通过对国内外文献的调研发现,地铁火灾场景的设计并无统一明确的表述。在综合前人研究的基础上,对地铁火灾场景中需要确定的火灾荷载和起火点位置进行了初步探讨,并给出了分析结果。
  关键词:地铁;火灾场景;火灾荷载
  地铁火灾轻易造成人员大量伤亡的原因首先是地铁客流量大,人员集中,一旦发生火灾,极易造成群死群伤;其次,地铁列车的车座、顶棚及其他装饰材料大多可燃,轻易造成火势蔓延扩大,塑料、橡胶等新型材料燃烧时还会产生毒性气体,加上地下供氧不足,燃烧不完全CONTROL ENGINEERING China版权所有,烟雾浓,发烟量大,而地铁的出入口一般较少CONTROL ENGINEERING China版权所有,大量烟雾只能从少量几个洞口向外涌;最后,在地铁火灾中,烟气蔓延方向与人员疏散方向有可能同向而相互影响,大量有毒有害的烟雾及其造成的可见度的降低给疏散和救援工作造成困难。
  近些年来,地铁火灾的研究是国内外火灾科学研究的热点,主要从实验测试和计算机数值模拟两个方面进行大量的研究。在地铁火灾研究中,不论是火灾实验,还是火灾模型的建立,火灾场景设计都是首要的基础研究,它决

定了火灾发展的趋势和猜测目标[1,2]。然而,通过大量的文献调研发现,国内外对于地铁火灾场景的设计没有统一的表述,因此本文旨在对地铁火灾场景的设计方法进行初步讨论。
  1 典型火灾场景的设定方法  
  火灾场景是一类特定的火灾,其主要反映在两个方面:一是对于一个具体建筑物需要考虑的火灾场景数量不能是无穷多个,即不可能把所有的场景穷举出来,它应是一个有限的集合,一般是把可能最不利,危害后果最大的典型情况作为火灾场景的集合;二是火灾场景不是真实火灾,它是在对大量的,已发生的火灾数据的统计基础上,集成抽象出来具有典型特征的特定火灾,因而其具有一系列严格、规整的火灾发生、发展的演进条件[3]。
  典型火灾场景就是在具体建筑中针对几个危险性较大的功能单元,根据火灾的双重性特点,考虑在该位置发生局部火灾后的火灾发展特性。评价火灾发展特性的重要参数是火灾过程的热释放速率变化。在性能化防火设计中,常采用t2模型来描述火灾过程的热释放速率随时间的变化。
  Q=αt2 (1)
  式中:Q———火源热释放速率,kW;
  α———火灾发展速率,kW/s2;
  t———火灾发展时间,s。
  火灾发展速率的计算一般需要综合考虑可燃物、墙及吊顶材料的作用来完成。在NFPA的分类中CONTROL ENGINEERING China版权所有,将火灾的发展分为极快、快速、中速和缓慢4种类型。表1给出了不同火灾发展级别的火灾发展速率,以及与典型可燃材料的对应关系。


  2 地铁火灾场景设计的原则  
  火灾场景的选取通常采用最不利的原则,即根据火灾危害较大与火灾最可能发生的情况来选取火灾场景,但在实际操作过程上,设计者往往不能事先完全判定出哪一个火灾场景危害较大或最可能发生的情况来选取火灾场景[3,4]。但在实际操作过程上,设计者往往不可能完全判定出哪一个火灾场景危害较大或最可能发生,所以在确定火灾场景时应全面科学合理的筛选,以避免由于设计者本人对火灾规律熟悉的局限性控制工程网版权所有,导致选取的片面性。一般设计的原则包括以下3个方面:
  (1)客观反映真实火灾。火灾场景的设计虽然不能完全重复真实火灾场景,但必须能够对真实地铁火灾的主要特点作出描述,不能用某种统一的模式来反映所有真实火灾。
  (2)突出火源特性,具有代表性。根据地铁火灾的实际状况,确定其火源形式,进而通过对火源的全尺寸实验或者建立数学模型来研究,找出地铁火灾的火源特性,并且这种火源特性能够代表最一般的火灾特性,以适应地铁火灾研究。
  (3)充分考虑地铁的建筑结构,使用功能以及环境等因素的影响,将这些不同的影响因素作为火灾模型的边界条件结合到火源特性的研究中去,以体现地铁火灾发展和蔓延的特点。
  3 地铁火灾场景的确定  
  在地铁火灾场景进行确定过程中,要以火源特性为基础,结合建筑结构、使用功能、环境因素等边界条件,确定地铁火灾场景中的可燃材料物性、火灾荷载、起火点位置等。
  3.1 地铁火灾荷载的确定
  火灾荷载是指涉火空间内所有可燃物燃烧所产生的总热量值。火灾荷载越大,发生火灾的危险性越大,需要防火的措施越多[2]。一般情况下,用热释放速率随时间变化的曲线来表示。


  地铁火灾荷载的确定需要考虑两个方面:一是固定荷载,考虑地铁车厢本身的可燃物,主要包括列车车体的地板、窗体、墙壁及天花板材料,座椅及装饰材料;二是移动荷载,考虑旅客携带的行李物品。地铁内的人员流动非常大,难以统计所有可燃物的荷载分布,世界各国对于地铁火灾荷载的确定没有明确表述控制工程网版权所有,以美国NFPA130而言,并无可供参考的数值。


  3.1.1 固定荷载
  有关地铁列车火灾的热释放速率仅有很少的公开数据,主

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