地铁隧道火灾的疏散与救援

     地铁作为大运量的城市轨道交通工具，在世界主要发达国家及地区已经得到了广泛应用。我国的北京、上海、广州、天津、深圳、南京、武汉、重庆、长春等城市的地铁已在运营和建设中，对城市的公共交通起到了重要作用。
　　地铁运营安全是非常突出的问题。在地铁各类事故中，危害最大的主要是地铁站台和地铁隧道内燃烧、烟气、毒害物质的扩散所造成的人员伤亡，而隧道火灾（列车停留）乘客疏散是地铁各类事故救援的难点。因为在地铁区间隧道内，空间相对封闭、疏散条件差，若一旦发生火灾，产生的热烟气较难控制排除，且火灾不易扑救，容易造成较大的伤亡事故。在目前国内现行有关规程和规范中，尚未对地铁隧道发生火灾时乘客疏散方式有较明确的规定，而国内不同城市地铁所采用的疏散方案不完全一致。所以，有必要对地铁隧道内火灾发生情况进行分析。本文以地铁隧道火灾（列车停留）为对象，根据有关专家对地铁隧道火灾、烟气扩散与疏散的数值模拟分析结果，提出解决地铁隧道火灾救援的思路和建议。

一、 地铁隧道火灾的特殊性分析

　　地铁隧道火灾与地面建筑相比有其特殊性：地铁系统与外界的联系主要为出入口，人员密集，排除热量困难，因此比地面建筑火灾具有更大的危险性，一旦发生火灾，损失往往十分严重。主要表现在：
　　一是地铁里面客流量大，人员集中，一旦发生火灾，极易造成群死群伤。
　　二是地铁列车的车座、顶棚及其它装饰材料一旦发生火灾，容易造成火势蔓延扩大；有些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，烟雾浓，发烟量大；同时地铁的出入口少，大量烟雾只能从一两个洞口向外涌，与地面空气对流速度慢，地下洞口的“吸风”效应使向外扩散的部分烟雾又被洞口卷吸回来，容易令人窒息。
　　三是隧道内设备或列车起火后，隧道内的电源可能会因烧损而被自动切断，隧道风机系统失效，失去通风排烟作用。大量有毒烟雾和黑暗给疏散及救援工作造成困难。
　　四是列车在隧道内发生火灾时，乘客在隧道中的逃生方向和烟气的扩散方向均由下往上，隧道口即是乘客的逃生出入口，可能也是喷烟口，含有大量毒害物质的黑热浓烟会令人窒息死亡。

　　二、 地铁隧道火灾、烟气扩散分析

　　国家安全生产监督管理局安全科学技术研究中心在对广州地铁四号线工程进行安全预评价时，采用计算流体力学、计算燃烧学和传热传质学等方法，对地铁列车停靠站台期间、停留隧道期间和在隧道内运行期间的燃烧、烟气扩散的影响进行了深入的数值模拟研究，探讨了不同的燃烧条件下的温度分布、烟气作用范围、辐射分布规律。结论是：列车在隧道内停留时发生的火灾和烟气扩散与列车在停靠站台时的情况类似。但是，当火灾发生900s后，隧道内2m以下空间的烟气平均温度已达80℃，1000s左右接近100℃，烟气温度已对乘客构成威胁。当火灾发生610s左右时，隧道内2m以下空间的烟气平均CO浓度已达0.025%，烟气浓度对乘客构成伤害。因此，乘客可利用的疏散时间为610s。
　　而当列车在隧道中运行时，车厢内发生了火灾和烟气扩散，在隧道内气流的作用下，从起火车厢处产生的高温气体被气流携带向下游车厢蔓延，而烟气也随之向起火车厢的下游车厢蔓延。在这一高温气体和烟气传播规律的支配下，位于起火车厢后部的车厢内乘客应采取灼伤和烟气毒害的应对措施。而在起火车厢内除应采取高温灼伤和烟气毒害的应对措施外，还应采取防范缺氧导致乘客伤亡的应对措施。

　　三、 地铁隧道火灾的疏散时间分析
　　假设一辆满载乘客（4节编组，1203人）的列车运行到3km长的隧道中央处，按区间隧道同一时间一条线只有一节B型车厢突然发生火灾事故。

　　（一）列车着火，驶向前方车站停靠后的疏散时间
当列车着火，继续行驶到前方车站停靠疏散乘客，大约需要行驶60s就能到达站台。若不考虑烟气浓度和烟气温度对乘客疏散行为的影响，1203人从12个1.4m宽的车厢侧门疏散到站台，经测算得出最后一个从车厢出来的人员的疏散时间为95.7s。根据火灾模拟结果发现，在60～70s，烟气浓度和温度就会对人造成伤害。因此，列车在隧道内着火且向前方车站行驶而后进行疏散的方法，仍然存在着危险。

　　（二） 隧道内就地疏散的分析
　　由于各种原因，列车着火后必须在隧道内就地进行疏散时，隧道内的温度和烟气浓度均小于临界危险条件。乘客离开事故列车的方法有两种，即通过列车侧门到隧道侧向疏散平台或通过列车端头门下车。
　　如果通过与列车侧门脚踏板平行的隧道侧向疏散平台进行疏散，则乘客在隧道中可以利用的疏散时间与疏散平台的乘客通过量有关。人在隧道内的正常疏散速度为1.5m/s，但在有烟气的情况下可能只有1m/s。乘客从起火车厢（列车中部）撤离至隧道平台再步行到隧道出口（一般是前方车站站台），所需的时间约30分钟。基本可以认为，乘客在隧道中可以利用的疏散时间（610s）很有限。
　　如果通过列车端头门下车（在隧道侧壁没有疏散平台的情况下），乘客在隧道中几乎没有可以利用的疏散时间。因为乘客只能从列车的两端头门疏散。就疏散门通道的面积来讲，远小于车站站台，而且在隧道中行动不方便，从车厢疏散到隧道的时间大大超过隧道内可利用的疏散时间，对疏散过程造成困难。
　　四、 解决地铁隧道火灾疏散的思路

　　通过上述分析可以看到，列车在隧道内发生火灾并停留，其危害性最大，可造成群死群伤的特大事故，是隧道内火灾疏散和救援的重点。所以，目前现行的各国规程、规范中均特别强调：若列车在运行过程中出现事故或火灾时，应尽可能将列车驶入前方车站，在前方车站疏散乘客，利用前方车站的消防设施灭火和排烟。
　　若由于各种原因，列车着火后必须在隧道内就地进行疏散时，则要采取下列措施予以救援：

　　（一） 隧道火灾排烟模式的原则
　　若列车因爆炸、火灾而被迫停在区间隧道时，通风排烟及乘客疏散的基本原则为：
　　1．应立即启动环控风机进行通风、排烟、降温。
　　2．列车上人员仅需单方向疏散时，应向与人员撤离方向的相反方向送风，同时另一端排烟，引导人员逆风撤离。
　　3．列车前部或后部发生火灾，且列车上人员需往列车头尾两端分别双方向疏散时，应向与多数人员撤离的方向相反的方向送风，同时另一端排烟，诱导多数人能逆风撤离。
　　4．列车中部发生火灾，且人员需往列车头尾两端分别双方向疏散时，离列车近的车站应排烟，而离列车远的车站则应同时送风；而当列车此时恰好位于区间隧道中间时，应往列车的行车方向进行送风、另一端同时排烟。
　　5．无法判断列车上火灾位置时，按列车中部火灾模式组织疏散和采取环控模式。

　　（二）利用疏散平台和联络通道进行疏散
　　目前，多数地铁隧道均设置了隧道侧向疏散平台，是乘客遇到火灾的情况下逃生的通道，是较为成熟的区间隧道消防方式。疏散平台的宽度不小于600mm，并设置了扶手，以便在最不利的火灾情况下，能保证乘客较快离开着火车厢，安全疏散。
在长区间隧道中，每隔500m距离设置了联络通道，与疏散平台配套使用，高度与疏散平台相当。所以，列车在隧道内发生火灾而必须就地疏散时，应充分利用两条隧道之间的联络通道进行疏散，以便延长乘客在隧道中可以利用的疏散时间。

　　（三）在地铁列车上应用细水雾灭火技术
　　在对地铁隧道火灾、烟气扩散的分析中可以看到，列车在隧道内着火，增加了消防救援的难度，也增加了乘客疏散的难度。虽然火灾发生后隧道风机立即启动，并按隧道火灾排烟模式进行排烟，但是在隧道内气流的作用下，从起火车厢处产生的高温气体被气流携带向起火车厢的下游车厢蔓延，而烟气也随之蔓延。这时，沿顺风方向疏散的乘客可能会受浓烟伤害。这些都是不能忽视的危险因素，必须采取应对措施。
　　笔者认为，在地铁列车上应用细水雾灭火系统技术，可解决车厢火灾蔓延和烟气扩散的问题，从而在火灾中起到降烟、控火的作用，延长乘客可利用的疏散时间，减少事故损失，或直至达到灭火作用。
　　有关技术资料表明，细水雾灭火系统具有持续控火、冷却、消烟、除尘直至窒息灭火的特点，另外还具有安全、环保等特性，可用于A、B类和电气类各类火灾，因此，细水雾灭火系统受到各个国家的重视。例如，西班牙马德里地铁从1996年开始，先后在6～10号线的75个列车上采用了瓶组式高压细水雾自动灭火系统，喷头按4m间距设计，系统按10分钟喷水时间设计。系统的保护对象是列车车厢内的各种可燃物，采用以控火为主的全淹没灭火原理，其结果是要达到降烟、降温、控火的目的。