基于火災下地鐵人員疏散的電氣系統設計研究

文/齊峰陽

摘 要：隨著社會和時代的發展，城市交通系統中地鐵運輸的優勢越來越明顯。由于其獨特的建筑結構和操作環境，車站起火的后果非常嚴重。為了防止大規模破壞的發生，特別是有效防止和減少火災受害者的方法，地鐵設計要著重參考該情境。地鐵安全避難設施十分重要，當地鐵上的所有乘客都要到一個安全的地方避難時，消防隊員們也要馬上進入車站進行滅火作戰和營救。從火災疏離人群的角度出發，主要圍繞應急照明設定模式、常規照明除去模式、自動火災報警系統設計為主等幾個方面進行論述，結合一些實際的案例使電氣系統在地鐵火災救災的過程更加具體。

關鍵詞：火災 人員疏散 電氣系統設計

1 引言

地鐵是一種大型的軌道交通體系，修建于地下。它不僅標志著全球各大城市以及中型城市交通的最高水準，同時也標志著一個國家的綜合國力。乘坐地鐵是一種高效、經濟、便捷的交通方式。這是現代都市運輸體系中最關鍵的一環。在城市的日常運輸中，它扮演了一個十分關鍵的角色。地鐵已成為當地政府在基礎設施建設上的一大熱點，也是拉動區域經濟發展的熱門產業。但其與在地基內設置了開口部、窗戶和其他設施的地面建筑不同，火災時乘客很難避難。此外，消防和救助工作非常困難。同時，由于巨大的火災負荷和地鐵的人員密度的特征，使人們很難安全地避難。因此，火災下地鐵人員疏散的電氣系統設計研究是非常重要的研究課題。

2 地鐵火災的主要特點

與地下建筑相比，地鐵的火災特性主要反映在以下方面。

2.1 地車站的避難很困難。

由于地鐵運營的大旅客流動，到2021年，北京地鐵的總行駛距離達到了859km，428站，地鐵的平均旅客流動超過1241.1萬人次。在這樣大的旅客流動情況下，地鐵發生火災事故的話，組織規則性的避難是很困難的，要確保所有乘客的安全避難更加困難。另一方面，地鐵的避難狀況不好。如上所述，地鐵站一般位于10米或幾十米的地下，封閉著。除了連接到地面的空氣軸，連接到地面的入口和出口的通道也被用作人員的入口和出口，而且在發生火災事故時，只有安全的避難路徑才能連接到地面。另外，緊急避難所一般不設置在地鐵站。一旦發生事故，人們必須直接躲到地面上。面對如此巨大的標高差，車站內狹窄的避難通道和售票機等車站的障礙物很多，會給乘客的逃出速度帶來嚴重影響，增加避難的難度。

2.2 車站空氣中氧氣含量急劇減少

地鐵幾乎沒有連接地下站的部分。地下站被認為是封閉空間。在這樣的空間里有火的話，空氣中的氧濃度會急劇下降，最終人類活動機能的降低和判斷事物的能力會下降，嚴重的情況下會導致人的窒息和死亡。例如，上世紀倫敦地鐵火災。車站由于設備老化存在大量的易燃物品，同時沒有安全疏散圖以及必要的消防設施導致。

2.3 車站排放大量煙霧

車站的頂棚、裝飾、電管等可燃性很高，車站的新氣補充劑量不足，火災時沒有完全燃燒，煙的量和有害氣體的產生量會進一步增加。大量濃煙和有毒氣體嚴重影響人們的視線，人們看不到逃生方向，陷入困境，進而增加群眾避難的風險。根據相關統計，空氣中C0濃度高是導致死亡的主要原因。在第一階段，隨著C0在空氣中的濃度的增加，人們很難呼吸，變得無意識。稍長一點就容易死亡。另外，廢氣中含有大量的二氧化碳。那個濃度達到某個濃度的話，就會導致窒息死。在韓國大邱地鐵站發生的火災，由于受到司機錯誤操作的影響，導致大量乘客由于涌入的有毒有害氣體而瞬間昏厥，使得人員傷亡進一步加重。

2.4 車站的煙排熱不良

車站是一個完全由鋼筋、巖石和泥土組成的地下結構，因此并沒有與地面的建筑結構一樣，與外面的窗戶相互連接。在這種封閉地方，一旦起火，大量的高溫氣體不能迅速和外面的空氣進行交換，導致地下溫度急劇升高，“爆炸”的現象也會隨之出現。這使火勢在此情況下不斷擴大，從而加大了在車站的人員從車站逃生的難度。

如果發生火災，地鐵工作人員安全避險設計的主要目的是保護人員在火災起火點的安全性，提高逃生的生存幾率;第二是保護車站其他地區人員的安全，使資產損失最小化。優秀的工程設計根據不同的工程條件設置了不同的安全避難方法。

3 地鐵智能照明控制系統的研究

3.1 地鐵智能照明控制系統的基本原則

地鐵燈光系統包括許多方面。通常，必須預先制定相關的準則。車站燈光的設計原則是安全可靠，技術先進，便于相關人員的維修與管理，并與車站的建筑風格相適應。

車站燈光的基本內涵是：節能，高效，舒適，安全，環保。按照綠色照明委員會的規定，采用亮燈和高效光源，達到光照和灰度的要求，可以有效地增加燈具的利用率。

車站電力分配原理是采用徑向和后車廂電力分布的組合，主要采用徑向配電模式。單獨設置車站廣告的照明（單獨設置便于收費）。

3.2 地鐵智能照明控制系統中不同等級負荷供電要求

照明的負荷類型按滿足其的不同功能用途范圍以及使用重要性等分為了下列的三級：一級照明負荷：地下既有車站站廳、站臺地面照明、應急電源照明、地下既有區間地面照明負荷;二級照明負荷：地上既有區間道路照明、設備維護管理等用房道路照明等;三級負荷;廣告照明。

一類負載必須由雙電源和雙電路驅動。用于站臺和地鐵站大廳之間的照明，50%的照明設備使用這種特殊電路;

二類負載應該由二重源單電路線專用線供電;

三類負載可以由單個電源和單次線路提供。當只有一個系統的電源系統工作時，可以斷開級別III負載。

在上述電源模式下，當發生站故障時，對于所有三個級別的負載電源都可以切斷的消防車，級別III負載裝置切斷所有非火災負載，以滿足消防車的需要。

3.3 地鐵智能照明控制系統中的優化研究

地鐵站內的人群聚集區主要是由車站的公用部分和輔助設施部分組成。車站公共空間分為日常交通、車站大廳、站臺等。這是一個聚集了大量旅客的區域。與此同時，因為大量的人員和設備，它們的安全性也是最差的;相對于車站的公用部分，它的輔助性設施則是運營人員工作的區域。由于公共空間很重要，因此重點關注的是公共空間的照明。車站、站臺和出入口分別設計防火隔離室。這一地區的光照標準通常沒有劃分，但是在同一級別的大多數都是2001 X。在車站著火時，應關閉作為車站非火源的常規照明。此時，根據火災代碼的要求，車站的緊急照明的標準照度值為51x。另外，火災時產生的大量煙霧會進一步減弱緊急照明的照度。在圖1中，減光系數代表了煙氣遮擋燈具照度的強度。圖2表明的在煙氣中人員疏散的速度和減光系數大小的關系。煙的調光特性進一步減少了車站已經低的公共可視性。而且，直接導致人員避難條件進一步惡化。

4 地鐵消防應急疏散照明標志系統的分析和研究

在國內地鐵站的設計中，照明電池的電源有兩種主要形式：一種是獨立電源，另一種是集中電源。下面從以下幾個部分進行分析。

獨立類型變壓器、調壓器、電池等各種緊急照明燈具內部通常有很多電子部件，一般來說，系統越復雜，電子設備越多，可能發生更多的潛在事故。而且，緊急設備的電池在使用、維護和失敗期間必須充電并釋放。還會進一步增加裝置故障的可能性。各緊急照明燈可節省多個電子元件，優化燈內復雜的電子電路。各緊急照明燈將根據火災的需要最簡化。集中型由于存在許多獨立式電氣部件，這種緊急燈在長期活動期間會產生很多熱量。這些發熱實質上加速了部件的劣化，特別是電池的劣化，縮短了電池的使用時間，這與整個緊急照明系統的耐用年數直接相關。這種非常照明和普通照明之間基本沒有區別。在通常情況下，緊急照明采用了工作電源。只有在關機時，電池電源才自動啟動。然后，在非常照明系統中使用非常多的電組件、從電池管理和使用壽命的角度來看，集中型緊急照明系統的可靠性高于獨立緊急照明系統的可靠性。

獨立型這種非常照明設備是通過車站分配的，而一般地鐵站有很大的建筑規模。特別是近年來，隨著車輛容量的提高，車站規模更加增大，因此車站的緊急照明器具的數量和范圍也增加了。由于緊急照明燈的內部電路復雜且有很多電氣部件，所以在緊急照明發生故障的情況下，首先很難進行及時的維護和修理，容易造成安全操作中隱藏的危險性。集中型：這個緊急照明系統在特別的分配室里集成了零散的電氣零件和電池。而且，那個節省了很多維護時間。獨立型這種緊急照明燈中有很多電氣部件和電池，結構和設計復雜，整體的緊急照明系統成本高。集中型：這種形式的非常照明燈基本上和普通的好燈一樣。為了大幅降低緊急照明設備的成本，只有集中控制室和電池柜的組合根據系統的需要設置在特別配電室可以滿足

要求。

獨立型的電源，因為電力供應線的鋪設而沒有額外的要求，而且照明設備結束后由于線路故障而不能正常工作。集中型的電源，一旦故障就會影響系統的安全運作?；谶@樣的狀況，在實際的工程設計中，對電源電纜本身的材料保護、保護模式采取嚴格的保護對策。集中型緊急照明系統在此類應用場景下不如獨立的緊急照明系統。根據以上比較，緊急照明系統中的集中電源模式和獨立電源模式具有各自的優點和缺點。根據地鐵事業的特點、建設進行靈活設計運用。一個良好的地鐵火災預警電氣系統應該具有多方面的優勢，可以讓地鐵的運行更加地安全高效，在發生險情的時候也更容易處置，減少人員傷亡。近幾年，很多大廠家生產銷售的各類消防及應急用照明系統燈均有過很大程度上的提高，可達150-約160lm/W，實際的工程設計中如選取一些光效度較高的照明系統燈具，完全可以充分滿足地鐵場所對疏散燈光照度高的要求。有效的降低電源系統風險水平，國家標準《技術標準》也對單臺燈具應急和照明應急集中照明電源配置的最低容量分別作出限制，對于應急燈具電源設置的數量集中較多的危險場所，應建議采用多臺照明集中應急電源進行分散集中布置系統的方案。

5 結語

總之，作為當前城市交通最重要的手段，地鐵相比于其他交通設施更加復雜，且地下建筑結構更麻煩。發生火災時，會給國家和國民的生活和財產帶來巨大損失。因此，我們必須高度注意安全有效地避難。安全避難的要求非常廣泛。我們不僅要加強地鐵各系統部門的建設，還要加強工作人員和乘客的消防知識宣傳，隨時改進一些消防設備。另外，在發生災害的時候，應該制定冷靜舒適的避難計劃。

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