第2章　基于PyroSim和Pathfinder数值模拟的双层岛式地铁站火灾扑救

2.1　概述

2.1.1　研究背景

2.1.1.1　地铁安全现状

地铁指在城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通。地铁能够充分利用城市地下空间，对环境污染小，并能够快捷、安全地运送旅客，是解决现代城市交通拥堵问题的有效途径；同时地铁也体现了一个国家得综合国力、城市经济实力和人们生活水平的高低。

地铁的发展在世界上已有近150年的历史，19世纪中叶，英国首都伦敦市区交通拥堵现象日趋严重，整个城市道路交通系统基本上处于瘫痪的状态。为了缓解伦敦市区的交通压力，查尔斯·皮尔逊于1843年向议会提交了修建地铁的建议。1863年1月10日，英国伦敦建成世界上第一条地铁——大都会铁路，标志着地铁的诞生，它有效地缓解了伦敦市区地面交通的压力。随后，欧美发达国家的各大城市纷纷仿效伦敦：1863～1924年，相继有16座城市修建了地铁，包括马德里、柏林、费城等；1925～1949年，受第二次世界大战的影响，地铁建设速度放慢。1950～1974年，全世界又有30多座城修建了地铁，其中亚洲有20多座城市修建了地铁。

中国地铁建设较晚，但发展很快，目前已成为世界上建设规模最大、范围最广、速度最快的国家。我国地铁建设事业开始于1965年，至今已历经55年。1969年我国第一条地铁——北京地铁1号线开通，截至2014年年底，我国运营地铁的城市达22个，开通地铁线路83条，运营总里程达2700km，我国各城市地铁运营里程长度如图2.1.1所示。

截至2015年3月，发展改革委获批修建地铁的城市已达38个，如表2.1.1所示，预计2020年全国地铁运营里程将达到7000km。

我国地铁建设事业快速发展，在解决城市交通拥堵问题上发挥了巨大的作用。地铁能够充分利用城市地下空间，运输量大，运行速度快，特别适用于寸土寸金的现代化大城市。

地铁在给人们带来便捷的同时，也带来了巨大的安全隐患。通过表2.1.2统计的近100多年来国内外地铁灾害事故，可以将地铁在运营期间发生的事故分为：火灾、水灾、列车出轨或者相撞、爆炸、毒气袭击及其他事故。

通过对表2.1.2列举的世界地铁灾害事故进行统计，可得表2.1.3和图2.1.2。

由统计可知，93起地铁灾害事故中，地铁火灾发生55起，占59.14%，位居第一。55起地体火灾事故造成3431人伤亡，占伤亡总数的43.02%，位居第一。因此，地铁火灾事故是地铁灾害事故中发生最多，伤亡人数最多的事故。地铁站是人员换乘地铁线路的中介，大量乘坐地铁的人员在此汇聚，属于人员密集场所。由于其建筑结构复杂、环境密闭、人员密集、多数人对地铁站环境不熟悉等特性，一旦发生火灾，极易造成群死群伤，给人民生命财产安全造成了巨大的威胁。因此地铁站火灾和人员的紧急疏散、避难、逃生等问题越来越被重视。

2.1.1.2　地铁站火灾的特点

（1）氧含量急剧下降　地铁站发生火灾，由于地下建筑相对封闭，外界的空气难以迅速进入地铁站，火灾燃烧不断消耗氧气，使得地铁站内氧气含量急剧下降。

（2）发烟量大　火灾的发烟量与可燃物的物理化学性质、燃烧状态、供气充足程度有关。地铁站内可燃物主要有电线电缆、列车座椅、行李等，这些材料在氧气充足的完全燃烧时会产生大量的烟气。由于地铁站火灾时空气供给不及时，导致电线电缆、列车座椅、行李等可燃物发生不完全燃烧反应，产生大量的烟气。

（3）烟热难以排出，易形成窑洞效应　窑洞效应指可燃物在窑洞中燃烧，烟热难以排出，因热对流和热辐射受到空间限制而蓄热，造成温度迅速上升的现象称为窑洞效应。地面建筑80%的烟气可以通过门窗扩散到建筑外，而地铁站与地面之间仅有2～6个出入口，燃烧产生的热量和烟气很难排出，容易形成窑洞效应，加快火灾的蔓延速度。

2.1.1.3　地铁站火灾的危害

《生产安全事故报告和调查处理条例》将火灾等级划分为4个等级，即特别重大火灾、重大火灾、较大火灾和一般火灾4个等级，其标准如表2.1.4所示。

根据表2.1.2统计的55起火灾事故中，特别重大火灾为12起，重大火灾为3起，较大火灾为4起，一般火灾为36起。其中总死亡人数1165人，特别重大火灾1101人，占总死亡人数的94.5%，可以看出，地铁站火灾如果不能在火灾发展初期采取有效的灭火措施将火势控制住，那么就可能会造成巨大的人员伤亡和财产损失。