地下狭长受限空间火场人员安全疏散初探

解军舰

（枣庄市公安消防支队，山东　枣庄）

摘要：地下狭长受限空间由于结构的特殊性，其火灾烟气蔓延规律及相对应地人员安全疏散不同于普通受限空间。本文通过小尺寸火灾模拟实验，研究地下狭长受限空间火灾发展过程中烟气的蔓延特性及运动规律，对实际地下狭长受限空间火场人员安全疏散起到一定的指导作用。

关键词：地下狭长受限空间；火场人员安全疏散；烟气层高度；烟气层流动速度

1　引言

近年来，随着地下空间开发利用的迅速发展，其火灾安全问题也随之而来。地铁、地下商业街等典型地下狭长受限空间，一旦发生火灾，极易造成重大的人员伤亡和财产损失。本文将通过小尺寸火灾模拟实验，对烟气层下降高度、烟气层流动速度进行研究，并根据理论研究结果对现有的地下狭长受限空间人员安全疏散模式提出改进。

2　实验装置

实验是在地下狭长受限空间火灾模拟实验装置上进行的。该装置主要由火灾实验箱、多路火灾信号检测仪、BX3200H电子天平、计算机等四部分组成，图1为地下狭长受限空间火灾模拟实验装置。

实验箱外部尺寸为2.50m×0.70m×0.70m，内部尺寸为2.40m×0.60m×0.60m。实验台的框架由4mm厚的钢板构成，同时为了模拟地下建筑的壁面，实验台的内衬采用了隔热性能较好的30mm厚的硅酸铝棉。观察窗设置在一侧长墙，由三块0.50m×0.30m耐高温玻璃板构成。实验箱的一端设计了一个可上下开合的开口，其大小为0.60m×0.60m，能依据实验需要改变开口大小。箱体底有燃料托盘孔，方便测量燃料的质量变化；顶部沿箱体长轴中轴线上装设五个K型铠装多点热电偶簇，用于采集箱体内部温度。

本实验采用目测法^［1］测量烟气层下降高度，该方法虽然有一定的主观性，但对于小尺寸实验，能够较好地满足要求。每次实验结束后，观察窗上会留下一条明显的烟熏痕迹线，定义烟熏痕迹线与实验箱体顶部之间的距离为烟气层下降高度。烟气层流动速度通过烟气速度测定系统获得，测速系统能够记录并保存不同时刻烟气羽流的图像，并通过其自带的分析软件分析其位置，烟气层流动速度计算公式为：

　　 （1） 　　

式中，l为地下狭长受限空间火灾实验模拟装置的长度，m；Δt为烟气从火源位置流动到开口处所需要的时间，s。

3　实验结果

本实验采用的燃料为有机玻璃，改变的参量主要是燃料规格以及开口大小，共计18种工况。表1给出了18种工况的实验结果。

表1所示为不同工况下的烟气层下降高度和流动速度。观察表可以发现，地下狭长受限空间轰燃的发生与烟气层下降高度以及烟气层流动速度有关。实验中烟气层多数下降到箱体高度的一半以上，有的工况烟气层甚至覆盖整个装置空间，可见烟气给人员逃生带来了极大的困难。图2、图3所示为不同烟气下降高度及烟气流动速度下各工况的轰燃情况。图中的结果表明：轰燃、轰燃临界状态以及未轰燃三种情况下，烟气层下降高度和烟气层流动速度有明显的分界线。发生轰燃的工况，烟气层下降高度从0.40～0.49m不等，平均值为0.45m；烟气层流动速度从0.30～0.40m/s不等，平均值为0.34m/s。

4　地下狭长受限空间火场人员安全疏散初探

本文在长2.4m宽0.6m高0.6m的小尺寸火灾模拟实验中，测量得到的烟气层流动速度为0.3m/s，烟气层下降高度为0.45m。根据相似比例原则，在实际地下狭长受限空间火场中，烟气层流动速度能够达到1～2m/s，烟气层下降到距离地面1～2m。地下狭长受限空间多是人员密集场所，本身自然采光条件又差，一旦发生火灾，人员在高温浓烟的笼罩下逃生，心理极度恐惧，人流速度降至0.4～0.9m/s^［2］。烟气层流动速度大于人员疏散速度，加上热烟气的流动方向与人员疏散方向一致，烟气的流动通道同时也是人员的逃生通道，人员很难在疏散必要时间内逃离火灾现场到达安全位置。按照我国《地铁设计规范》中给出的6min安全疏散的设计原则，即使人员逃生速度达到0.9m/s，临界安全疏散距离也只有324m，故当地下狭长受限空间区间长度在300m以上时，采取普通疏散模式难以达到安全疏散效果，必须要通过设置避难间或专用疏散通道等措施来辅助火场人员安全疏散。下面通过讨论目前常见避难间及专用疏散通道的优缺点，结合本文研究的内容提出优化方案。

避难间是火灾发生时专门用于人员临时避难的房间，具有一定防火、防烟功能，能够保证人员在里面避难2h以上^［3］。两个避难间之间的距离不应超过300m，方便火场人员就近进入避难间等待救援；避难间长度不小于5m，宽度不小于4m，高度不小于20m。下图4所示为常见避难间设置示意图。

避难间的优点是工程造价低、占用地下空间面积小；缺点是一旦在避难间最大避难时间内火灾没有得到有效控制，被困人员生命安全将受到极大的威胁。改进方法是在每一个避难间加设垂直疏散出口，如下图5所示。这样，避难间给人员逃生提供缓冲空间，保证被困人员有足够时间通过垂直疏散出口安全逃生。另一方面，也方便消防人员通过垂直疏散出口进入地下狭长受限空间内部开展灭火救援。

专用疏散通道^［4］（示意图见图6、图7）是设置在地下狭长受限空间平行位置，专供人员遭遇突发事件逃生的通道。专用疏散通道与地下狭长受限空间之间通过联络通道连接，人员通过联络通道进入专用疏散通道逃生。联络通道内安装排烟风机，火灾发生时，排烟风机向地下狭长受限空间进行正压送风，保证联络通道以及专用疏散通道不受烟热影响。

专用疏散通道的优点是火场人员能够快速有效地在未发生火灾空间进行安全疏散，缺点是对排烟风机的要求比较高，一旦排烟风机出现问题，烟气很容易蔓延到未发生火灾的专用疏散通道，给人员安全逃生带来极大危险。根据本文研究内容，火灾发生后，由于浮力的作用热烟气向上流动，烟气层竖向温度从顶棚到地面呈逐渐递减分布。因此，改进方法是将专用疏散通道设置在地下狭长受限空间主干线的下方。这样一来，不需要设置专门的排烟风机，就能避免烟热给人员安全疏散带来的影响，从而为被困人员安全逃生争取到更多的时间。

5　结论

（1）轰燃、轰燃临界状态以及未轰燃三种情况下，烟气层下降高度和烟气层流动速度有明显的分界线。发生轰燃的工况，烟气层下降高度从0.40～0.49m不等，平均值为0.45m；烟气层流动速度从0.30～0.40m/s不等，平均值为0.34m/s。

（2）当地下狭长受限空间区间长度在300m以上时，采取普通疏散模式难以达到安全疏散效果，必须要通过设置避难间或专用疏散通道等措施来辅助火场人员安全疏散。

参考文献

［1］　陆时正.可燃壁面材料条件下的单室轰燃研究.廊坊：武警学院，2011.

［2］　杨玲.火灾安全科学与消防.北京：化学工业出版社，2011.

［3］　王迪军，罗燕萍，李梅玲.地铁隧道火灾人员疏散与烟气控制.消防科学与技术，2004，23（4）：345-347.

［4］　彭立敏，杨高尚.隧道内火灾烟气流动对疏散救援的影响研究.地下空间与工程学报，2007，3（2）：325-332.