寧丙文

《南京地鐵一號線運營風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)研究》項目對地鐵火災(zāi)風(fēng)險控制、人員安全疏散等方面進(jìn)行了深入研究,探索了地鐵運營風(fēng)險與控制的基本原理和規(guī)律,研發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套測試設(shè)備、形成了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范、探索了可推廣的方法和關(guān)鍵技術(shù),并在國內(nèi)20個城市約90條地鐵線路的設(shè)計、施工和運營中得到應(yīng)用。

為了減少與控制地鐵運營期間的安全事故,降低運營期間的風(fēng)險水平,中國在地鐵運營安全方面進(jìn)行了大量探索,其中中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院地鐵工程研究團隊與南京市地下鐵道工程建設(shè)指揮部等單位共同開展了《南京地鐵一號線運營風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)研究》,在地鐵運營風(fēng)險控制的相關(guān)方法、原理和關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。

為了對該研究項目的研究背景、創(chuàng)新之處、應(yīng)用價值與前景等方面有一個更加深入的了解,本刊記者采訪了該項目的主要完成人、中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院鐘茂華博士。

地鐵安全形勢嚴(yán)峻

在國外地鐵運營過程中,各種類型的事故都發(fā)生過。如2003年2月,韓國大邱地鐵發(fā)生特大火災(zāi)事故,造成198人死亡。此外,城市地鐵網(wǎng)絡(luò)化運營格局的形成必將帶來超大規(guī)模客流的沖擊。如2008年北京奧運會閉幕式散場之后,地鐵奧運支線70分鐘內(nèi)運送的乘客就達(dá)3.2萬人。地鐵運營安全的風(fēng)險因素在增加,安全形勢日益嚴(yán)峻。突發(fā)大客流和火災(zāi)事故是世界各國地鐵安全運營所面臨的重大挑戰(zhàn)。

盡管我國已將地鐵工程等交通運輸安全與應(yīng)急保障列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》的重點領(lǐng)域及優(yōu)先主題。但是,我國在地鐵運營安全風(fēng)險控制方面,缺乏系統(tǒng)性研究,也未形成完整的地鐵重大風(fēng)險綜合監(jiān)管和控制體系。

火災(zāi)風(fēng)險控制的研究

地鐵運營風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)研究的特點是大部分以現(xiàn)場實驗、檢查和測試為基礎(chǔ),研究團隊的每一個人都要進(jìn)現(xiàn)場開展工作。只有做實驗才能很好地驗證地鐵系統(tǒng)的實際效果,計算機模擬只是一個輔助的手段。做完大量的實驗之后,研究團隊心里就有底了。鐘茂華博士在談到研究特點時如是說。

如果在地鐵車站和隧道里著火怎么辦?人員能不能及時地逃出來?這就要看各種設(shè)備系統(tǒng)的可靠性了。所以要在不同的位置,對通風(fēng)排煙等各種設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行效果檢驗。該項目的研究團隊先后對地鐵中不同火災(zāi)場景下的煙氣擴散與控制進(jìn)行數(shù)值模擬、模型實驗和全尺寸實體實驗,分析火災(zāi)后可能存在的安全問題,并提出相應(yīng)的對策和措施。他們已在不同類型的地鐵車站里進(jìn)行了大量的全尺寸火災(zāi)實驗研究,在站廳層、站臺層、隧道、出入口通道等位置布滿各種測量設(shè)備。通過測試觀察多長時間消防系統(tǒng)能夠啟動,且與其他系統(tǒng)是否實現(xiàn)聯(lián)動,并記錄各項數(shù)據(jù)。此外,檢驗6分鐘之內(nèi)人員能否疏散到安全的地方,對煙流的控制是否達(dá)到了相應(yīng)的要求等,也是實驗所要考慮的因素。在取得現(xiàn)場數(shù)據(jù)后,他們再驗證和完善火災(zāi)煙氣蔓延與控制的計算模擬方法。此外,利用火災(zāi)數(shù)值模擬和實驗的方法,該研究團隊提出了區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的排煙送風(fēng)優(yōu)化設(shè)計方案。

地鐵典型材料的火災(zāi)燃燒特性也是他們的研究內(nèi)容之一。他們選擇地鐵內(nèi)典型的可燃物材料,進(jìn)行釋熱速率、發(fā)煙量、毒性等燃燒特性的實驗。經(jīng)過測試研究,他們發(fā)現(xiàn)電纜火災(zāi)的穩(wěn)定燃燒段與液體池火災(zāi)類似,熱釋放速率與有效平鋪面積有關(guān),電纜燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳和二氧化碳的量遠(yuǎn)大于木材火災(zāi)。這樣,他們就可以獲得地鐵火災(zāi)模擬所需要輸入的基本數(shù)據(jù)。

總的來說,研究團隊針對地鐵火災(zāi)煙氣蔓延與控制研究的框架是,對地鐵典型材料進(jìn)行實驗測試,實現(xiàn)對其火災(zāi)燃燒特征量的測量;通過全尺寸現(xiàn)場火災(zāi)實驗,觀測實驗現(xiàn)象和規(guī)律;輸入實驗數(shù)據(jù),通過煙氣運動模型、氣流組織模型、區(qū)域及場模型對煙流和控制規(guī)律進(jìn)行計算模擬分析。這樣,就可以得出地鐵車站及隧道火災(zāi)煙氣蔓延與通風(fēng)排煙控制的規(guī)律。

人員安全疏散的研究

2008年3月4日上午8點30分左右,北京東單地鐵站發(fā)生踩踏事故,至少造成11名乘客受傷。

如何保證地鐵人員安全疏散和大客流疏運,該研究團隊通過地鐵乘客安全行為問卷調(diào)查、地鐵人員疏散策略與計算模型、地鐵疏散和大客流疏運過程的計算模擬這3種方法,研究了地鐵車站的人員疏散策略、人員安全疏散時間、人員疏散和大客流疏運過程的數(shù)值模擬技術(shù),對地鐵車站的應(yīng)急疏散及疏運過程進(jìn)行仿真,最終分析了人員安全疏散時間、人員疏散個體特征和群體特征、大客流疏運過程的擁擠踩踏高風(fēng)險點,為地鐵風(fēng)險管理和客流安全分析研究提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)支撐。他們在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了一些問題,如50%左右的乘客不了解報警裝置的具體位置,站務(wù)人員對地鐵可能發(fā)生的事故類型及應(yīng)急處置也了解得不全面。

該研究團隊在基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)的采集和計算模型研究方面做了大量的工作。比如,發(fā)生了突發(fā)事件,乘客的反應(yīng)時間(預(yù)動作時間)是多少?乘客至樓扶梯的時間是多少?乘客通過樓扶梯的時間是多少?乘客在樓扶梯上滯留的時間是多少?此外,還要分析通道非均勻性偏差時間。這是因為通道在疏散時容易產(chǎn)生人員不均勻聚集,從而導(dǎo)致疏散時間的增加。這樣,將所有的時間相加,就可以推算出人員撤離站臺所需的總時間。

在前期準(zhǔn)備工作完成后,該研究團隊就開始對車站人員的疏散和大客流疏運過程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析人員是否能夠在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行安全疏散,現(xiàn)有的通道設(shè)備及出口設(shè)置是否達(dá)到大客流安全疏運的要求,并提出相應(yīng)的對策與措施。

創(chuàng)新之處

該研究團隊開展的《南京地鐵一號線運營風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)研究》的成果都是多年持續(xù)性深入研究摸索出來的,在一定程度上彌補我國在這一方面的空白。該研究項目有以下幾個創(chuàng)新點。

一是提出了城市軌道交通安全現(xiàn)狀評價指標(biāo)體系和評判標(biāo)準(zhǔn);

二是對地鐵內(nèi)典型材料的火災(zāi)燃燒特性進(jìn)行了實驗研究,并提出了適用于地鐵火災(zāi)數(shù)值模擬相關(guān)的技術(shù)、方法和計算模型;

三是對不同火災(zāi)場景下的火災(zāi)增長、煙氣擴散、煙氣控制進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了煙氣蔓延與通風(fēng)排煙控制規(guī)律,提出了氣流組織形式、排煙系統(tǒng)運行模式、火災(zāi)時屏蔽門開關(guān)方式、樓扶梯開口臨界向下空氣流速等結(jié)論,并給出了區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的排煙送風(fēng)優(yōu)化設(shè)計方案;

四是提出了人員撤離站臺時間序列的理論計算方法,同時提出了地鐵人員安全疏散準(zhǔn)則、人員疏散時間指標(biāo)和人員疏散策略;

五是國內(nèi)率先采用基于個體的人員行為動力學(xué)方法對地鐵車站的大客流疏運過程進(jìn)行模擬仿真研究,提出了重要風(fēng)險點和應(yīng)對突發(fā)大客流的控制措施。

總之,該研究團隊所開展的地鐵運營風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)研究項目取得的研究成果,較大程度的推動了我國在地鐵運營風(fēng)險控制方面的研究和實踐水平。

應(yīng)用前景

該項目形成了一整套適用于地鐵運營風(fēng)險控制相關(guān)的技術(shù)、方法體系和計算模型,可廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外地鐵運營風(fēng)險管理、安全現(xiàn)狀評價、地鐵火災(zāi)通風(fēng)排煙及新型系統(tǒng)設(shè)計、地鐵人員疏散通道設(shè)計和安全疏散分析、地鐵大客流疏運安全與動力學(xué)模擬、地鐵應(yīng)急預(yù)案編制等。

該項目的研究成果除具有良好社會效益外,還可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。該研究項目關(guān)于地鐵運營危險有害因素、各系統(tǒng)安全、事故風(fēng)險水平、典型事故災(zāi)害后果的綜合評估及提出的風(fēng)險控制措施,特別是對于與人身安全密切相關(guān)的重大風(fēng)險源,如火災(zāi)風(fēng)險、人員疏散風(fēng)險、大客流疏運的控制措施,及地鐵應(yīng)急預(yù)案的編制,應(yīng)用于地鐵運營安全管理中,可以有效應(yīng)對各種突發(fā)事故,降低事故影響,減少人身傷亡和財產(chǎn)損失,降低了地鐵運營成本。目前,該研究成果已在北京、廣州、深圳、成都等20個城市的約90條地鐵線路的設(shè)計、施工和運營中得到應(yīng)用。

該項目的相關(guān)理論和研究成果將對城市軌道交通的安全運營和事故預(yù)防提供參考和依據(jù),并會有效地降低地鐵運營單位的運營成本,改善地鐵運營的安全水平。

編輯寧 遠(yuǎn)