浅谈地铁非火灾状态下的烟雾处置能力

陈 治

（上海地铁第二运营有限公司，上海 200063）

0 引言

上海地铁的消防设计规范执行力度是全国最严之一，环控系统的防烟、排烟设计能力充足，经排烟能力测试，一般站台弥漫浸没烟雾可在2 min 内排尽，站厅烟雾可在5 min 内排尽，也为乘客或工作人员的消防疏散提供了有力的保障。然而对于非火灾状态下的烟雾，如随风道、风井进入的烟雾、设备故障产生的烟雾等，虽有一定的后续处置能力，但在正常运营的地铁环境下，仍会造成一定范围的恐慌，若处置疏导不及时，在大客流运营状态下，甚至会产生严重安全事故。为此针对非火灾状态下的情况进行分析讨论，以寻求合适的改进方案。

1 背景

若站厅、站台、区间、设备用房突发火灾，消防报警启动消防工况，一般会停止运行近端的新风送风系统并启动近端的排风系统，启动远端的新风送风系统并停止远端的排风系统，根据不同车站的形式，具体的执行方法会有不同。同时，消防广播启动播放疏散信息，声光报警器发出蜂鸣声及警报红光，通行闸机将全部打开以应对应急疏散，其他运行中的设备，如电梯、站台门、照明系统等均将进入相应应急工作模式。

火灾的探测主要依靠火灾探测器，主要有探测高温或者温度剧烈变化的感温探测器、探测达到一定浓度烟雾的感烟探测器、自然吸气式空气采样探测器、探测烟雾或气体光谱的光谱探测器、探测物体表面温度的熔断型探测器等，上海地铁车站内采用最多的为感温、感烟探测器，感温探测器具有对温度要求高、灵敏度差的特点，探测早期火灾不如感烟探测器，但感烟探测器虽更为灵敏，但对烟雾的来源及类型无法分辨，一般均默认为火灾预警。

上海地铁某线路2019 年未发生火灾事件，但发生各类烟雾或误动作的车站系统设备火灾工况联动23 起，23 起联动工况中，有6 起是因为设备故障或者外部烟雾进入风道造成的火灾工况联动；其余的17 起主要因为站内的清扫灰尘、人员的误操作、潮湿环境下的报警系统自身故障、未查明原因的误报警等。其中占总数26%的外部烟雾或设备故障造成的火灾工况联动，均会造成一定的社会影响和经济损失，如乘客的恐慌、为处理“火灾状况”而造成的地铁短时间的延误、通行闸机的打开造成的票款流失等。上海地铁秉承“安全第一、服务至上”的企业精神，一切为了乘客的基本准则，在致力于排除火灾隐患降低火灾风险的前提下，对于一些非火灾造成的影响事件将逐步改进。

2 情景与方案

2.1 避免外来烟雾进入新风或风道引起的火灾工况误动

上海是商业繁荣的大都市，大部分地铁车站紧邻商业地块或工农业地块，风井、出入口和商业、工农业处于相邻状态，商业的火灾烟雾、未有效处理的油烟或者路边餐饮油烟一旦进入新风道，将以3～10 m/s 的速度依次通过新风井、新风机、空调箱、站厅、站台送风管，烟雾大约5～10 s 即可进入公共区域，约10～20 s 即可弥漫车站，一旦烟雾弥漫车站，将造成以下后果：

（1）消防联动报警，并发出蜂鸣警报及疏散广播警告，此时车站管理人员、乘客无法及时获取真实信息，车站启动应急疏散预案，未经训练的乘客短时内未能有效听从指挥，极易造成拥挤、踩踏事故。

（2）为确保乘客有效疏散，消防报警的同时，检票闸机将自动打开，便于乘客及工作人员撤离，后续工作人员将对未出站检票的票卡进行业务变更。

（3）排烟工况在消防报警后3～10 s 内启动，进行排烟，若烟雾源及时被阻断，一般情况下大约30 s 可排尽站台烟雾、5 min内可排尽站厅烟雾。

针对上述后果，消防值班人员判断是否为真实火灾最多仅有30 s 可作出反应，以避免烟雾对正常运营造成的重大危害。事实上，站厅两端相距近200 m，结合寻找“烟雾源”、“火源”所需时间，即使是训练有素的运动员，都无法在30 s 内做出正确的反应，因此必然会造成比较严重的后果及经济损失。

解决上述问题最简单、实效的方法是在新风井或新风道内安装早期火警探测器，以探测室外进入地下车站的烟雾，因室外新风往往灰尘量大，容易造成探测器误报，因此探测器宜选用主动吸气式空气采样烟雾探测器或激光/LED 式红紫外光谱火警探测器。前者原理类似常用的感烟探测器，优点是灵敏度高，并可由前置过滤器过滤去大部分空气中粉尘颗粒，较大程度降低误报率，还可编程，根据不同的城市环境下设置报警点阈值，避免环境污染而造成的误报现象，缺点是安装、保养成本相对较高；后者原理通过红外、紫外双光速的发、收，以判断烟雾的情况。由于烟雾对红外、紫外有不同的折射特性，因此可有效避免灰尘、动物、物品遮挡而造成的误报警，并且成本低、安装方便，缺点是环境湿度要求高、保养频次相对较高。配置早期烟雾报警器后控制方案见图1。

图1 早期烟雾报警器控制方案

该控制方案下，从发现室外烟雾，至避免烟雾进入车站站厅、站台的时间一般仅需要10.5 s，远小于无该控制方案下烟雾进入站厅、站台的时间，结合值班人员的有针对性的及时检查、判断，即使存在误动作等情况下，也可及时恢复设备运行。

2.2 避免AHU 故障造成的烟雾进入站厅、站台公共区域

地下车站AHU 一般称为组合式空调箱，主要包含进风段、除尘段、换热段、风机段、消声段、出风段等，其中的风机段包括风机、电机等机械部件。电机通过变径皮带轮及传动皮带，减速后带动风机叶轮。组合式空调箱的叶轮一般为离心叶轮，转速700～1500 r/min 不等，高速运动下，传动皮带和叶轮轴承、电机轴承即成为了可能因摩擦而发热的部件。启动瞬间、皮带安装工艺的细微差错、皮带质量、老化等原因均可能造成皮带与皮带轮间发生位移，导致短时间内发热甚至冒烟、着火；轴承是滚动摩擦部件，轴承的安装工艺、质量、老化磨损等原因都可能在运转中导致滚子与轴承圈发生高速摩擦而导致发热，超过润滑油燃点时，可导致着火现象发生。

无论是轴承还是传动皮带着火现象，其显著特点是先冒烟，并随时间增长烟雾变浓，较少情况会发生明火，无论是润滑油还是皮带造成的烟雾，均有异味重、烟色深、扩散快、有轻微毒作用等特点。一旦烟雾产生后进入车站公共区域，同样会造成火灾工况联动、报警系统启动、疏散广播等影响正常运营的后果，因此，可仿照外来烟雾进入新风或风道的影响设置烟雾早期探测和制止装置。采用主动吸气式空气采样烟雾探测器或激光/LED 式红紫外光谱火警探测器设置于组合式空调箱的出风段或消声段内。一旦发生烟雾，无论烟雾从组合式空调箱内部生成还是来自空调箱前端、外界，烟雾送入车站公共区域都会造成不利影响，考虑到车站内的空调箱设计一般都有备用，可以设计以下控制方案（图2）：

图2 AHU 故障烟雾早期控制方案

由于空调箱没有较长的风道，并且空间小，探测器探测烟雾的时间相对较快，因此在该控制方案下，从空调箱内部产生烟雾到采取措施避免烟雾进入公共区域一般仅需6.5 s，尚未对公共区域造成较大影响，并通过近端的排风机排除异味，可在短时间内恢复正常，避免烟雾扩散、弥漫在站厅站台造成不良影响。

3 结语

上述两种情况下的控制方案，包括软件、硬件等安装、调试的成本，一般可控制在10 万元/台套（系统）之内，按一个车站3～4 台套系统计，成本约为三四十万元，甚至不到1 台组合式空调箱的采购成本，相较于烟雾对车站造成的严重社会影响或者安全影响具有一定的实践意义。目前公共交通快速发展，人员密集的轨道交通地下车站的安全防范工作极其重要，既要确保一旦发生火灾、恐怖袭击等突发公共安全事件时，能保障人员生命和财产安全，同时也应该保障这些“安保”设备自身发生故障时的运营安全。如同公共区域火灾探测、工况联动一样，对于高发故障的设备、区域，设置低成本、高效率的“故障探测”的系统，可更大程度确保运营安全，提高系统自动化、智能化水平，提高总体运营安全效率。