地下狹長受限空間火場人員安全疏散初探

解軍艦

（棗莊市公安消防支隊，山東　棗莊）

摘要：地下狹長受限空間由于結構的特殊性，其火災煙氣蔓延規律及相對應地人員安全疏散不同于普通受限空間。本文通過小尺寸火災模擬實驗，研究地下狹長受限空間火災發展過程中煙氣的蔓延特性及運動規律，對實際地下狹長受限空間火場人員安全疏散起到一定的指導作用。

關鍵詞：地下狹長受限空間；火場人員安全疏散；煙氣層高度；煙氣層流動速度

1　引言

近年來，隨著地下空間開發利用的迅速發展，其火災安全問題也隨之而來。地鐵、地下商業街等典型地下狹長受限空間，一旦發生火災，極易造成重大的人員傷亡和財產損失。本文將通過小尺寸火災模擬實驗，對煙氣層下降高度、煙氣層流動速度進行研究，并根據理論研究結果對現有的地下狹長受限空間人員安全疏散模式提出改進。

2　實驗裝置

實驗是在地下狹長受限空間火災模擬實驗裝置上進行的。該裝置主要由火災實驗箱、多路火災信號檢測儀、BX3200H電子天平、計算機等四部分組成，圖1為地下狹長受限空間火災模擬實驗裝置。

實驗箱外部尺寸為2.50m×0.70m×0.70m，內部尺寸為2.40m×0.60m×0.60m。實驗臺的框架由4mm厚的鋼板構成，同時為了模擬地下建筑的壁面，實驗臺的內襯采用了隔熱性能較好的30mm厚的硅酸鋁棉。觀察窗設置在一側長墻，由三塊0.50m×0.30m耐高溫玻璃板構成。實驗箱的一端設計了一個可上下開合的開口，其大小為0.60m×0.60m，能依據實驗需要改變開口大小。箱體底有燃料托盤孔，方便測量燃料的質量變化；頂部沿箱體長軸中軸線上裝設五個K型鎧裝多點熱電偶簇，用于采集箱體內部溫度。

本實驗采用目測法^［1］測量煙氣層下降高度，該方法雖然有一定的主觀性，但對于小尺寸實驗，能夠較好地滿足要求。每次實驗結束后，觀察窗上會留下一條明顯的煙熏痕跡線，定義煙熏痕跡線與實驗箱體頂部之間的距離為煙氣層下降高度。煙氣層流動速度通過煙氣速度測定系統獲得，測速系統能夠記錄并保存不同時刻煙氣羽流的圖像，并通過其自帶的分析軟件分析其位置，煙氣層流動速度計算公式為：

　　 （1） 　　

式中，l為地下狹長受限空間火災實驗模擬裝置的長度，m；Δt為煙氣從火源位置流動到開口處所需要的時間，s。

3　實驗結果

本實驗采用的燃料為有機玻璃，改變的參量主要是燃料規格以及開口大小，共計18種工況。表1給出了18種工況的實驗結果。

表1所示為不同工況下的煙氣層下降高度和流動速度。觀察表可以發現，地下狹長受限空間轟燃的發生與煙氣層下降高度以及煙氣層流動速度有關。實驗中煙氣層多數下降到箱體高度的一半以上，有的工況煙氣層甚至覆蓋整個裝置空間，可見煙氣給人員逃生帶來了極大的困難。圖2、圖3所示為不同煙氣下降高度及煙氣流動速度下各工況的轟燃情況。圖中的結果表明：轟燃、轟燃臨界狀態以及未轟燃三種情況下，煙氣層下降高度和煙氣層流動速度有明顯的分界線。發生轟燃的工況，煙氣層下降高度從0.40～0.49m不等，平均值為0.45m；煙氣層流動速度從0.30～0.40m/s不等，平均值為0.34m/s。

4　地下狹長受限空間火場人員安全疏散初探

本文在長2.4m寬0.6m高0.6m的小尺寸火災模擬實驗中，測量得到的煙氣層流動速度為0.3m/s，煙氣層下降高度為0.45m。根據相似比例原則，在實際地下狹長受限空間火場中，煙氣層流動速度能夠達到1～2m/s，煙氣層下降到距離地面1～2m。地下狹長受限空間多是人員密集場所，本身自然采光條件又差，一旦發生火災，人員在高溫濃煙的籠罩下逃生，心理極度恐懼，人流速度降至0.4～0.9m/s^［2］。煙氣層流動速度大于人員疏散速度，加上熱煙氣的流動方向與人員疏散方向一致，煙氣的流動通道同時也是人員的逃生通道，人員很難在疏散必要時間內逃離火災現場到達安全位置。按照我國《地鐵設計規范》中給出的6min安全疏散的設計原則，即使人員逃生速度達到0.9m/s，臨界安全疏散距離也只有324m，故當地下狹長受限空間區間長度在300m以上時，采取普通疏散模式難以達到安全疏散效果，必須要通過設置避難間或專用疏散通道等措施來輔助火場人員安全疏散。下面通過討論目前常見避難間及專用疏散通道的優缺點，結合本文研究的內容提出優化方案。

避難間是火災發生時專門用于人員臨時避難的房間，具有一定防火、防煙功能，能夠保證人員在里面避難2h以上^［3］。兩個避難間之間的距離不應超過300m，方便火場人員就近進入避難間等待救援；避難間長度不小于5m，寬度不小于4m，高度不小于20m。下圖4所示為常見避難間設置示意圖。

避難間的優點是工程造價低、占用地下空間面積小；缺點是一旦在避難間最大避難時間內火災沒有得到有效控制，被困人員生命安全將受到極大的威脅。改進方法是在每一個避難間加設垂直疏散出口，如下圖5所示。這樣，避難間給人員逃生提供緩沖空間，保證被困人員有足夠時間通過垂直疏散出口安全逃生。另一方面，也方便消防人員通過垂直疏散出口進入地下狹長受限空間內部開展滅火救援。

專用疏散通道^［4］（示意圖見圖6、圖7）是設置在地下狹長受限空間平行位置，專供人員遭遇突發事件逃生的通道。專用疏散通道與地下狹長受限空間之間通過聯絡通道連接，人員通過聯絡通道進入專用疏散通道逃生。聯絡通道內安裝排煙風機，火災發生時，排煙風機向地下狹長受限空間進行正壓送風，保證聯絡通道以及專用疏散通道不受煙熱影響。

專用疏散通道的優點是火場人員能夠快速有效地在未發生火災空間進行安全疏散，缺點是對排煙風機的要求比較高，一旦排煙風機出現問題，煙氣很容易蔓延到未發生火災的專用疏散通道，給人員安全逃生帶來極大危險。根據本文研究內容，火災發生后，由于浮力的作用熱煙氣向上流動，煙氣層豎向溫度從頂棚到地面呈逐漸遞減分布。因此，改進方法是將專用疏散通道設置在地下狹長受限空間主干線的下方。這樣一來，不需要設置專門的排煙風機，就能避免煙熱給人員安全疏散帶來的影響，從而為被困人員安全逃生爭取到更多的時間。

5　結論

（1）轟燃、轟燃臨界狀態以及未轟燃三種情況下，煙氣層下降高度和煙氣層流動速度有明顯的分界線。發生轟燃的工況，煙氣層下降高度從0.40～0.49m不等，平均值為0.45m；煙氣層流動速度從0.30～0.40m/s不等，平均值為0.34m/s。

（2）當地下狹長受限空間區間長度在300m以上時，采取普通疏散模式難以達到安全疏散效果，必須要通過設置避難間或專用疏散通道等措施來輔助火場人員安全疏散。

參考文獻

［1］　陸時正.可燃壁面材料條件下的單室轟燃研究.廊坊：武警學院，2011.

［2］　楊玲.火災安全科學與消防.北京：化學工業出版社，2011.

［3］　王迪軍，羅燕萍，李梅玲.地鐵隧道火災人員疏散與煙氣控制.消防科學與技術，2004，23（4）：345-347.

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