高鐵站房大空間高架候車層消防設計

●郭秀艷，王智勇

(1.邯鄲市消防支隊，河北 邯鄲 056000;2.廊坊市消防支隊，河北廊坊 065000)

隨著我國高速鐵路客運建設的飛速發(fā)展，一座座集鐵路、地鐵、城市道路交通換乘功能于一體的現(xiàn)代化大型高鐵站房不斷涌現(xiàn)。人們在享受高鐵所帶來的舒適、方便、快捷的同時，高鐵站房大空間高架候車層在消防設計方面也帶來了諸多難題，如大空間建筑的防火分隔問題、不同使用功能的公共空間人員流向問題以及人員安全疏散距離超過國家相關標準問題等。筆者本著安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理的原則，以某高鐵站房大空間高架候車層為例，通過引入“燃燒島”、“防火艙”等消防設計概念，對其可行性進行了定量的判定和評估。

1 工程概況

某高鐵客運站房地上二層，地下一層，局部設有夾層。其中地上一層為站臺層，建筑面積23 604m2;地上二層為高架候車層，局部設有夾層，建筑面積5 321m2;地下一層為出站層，建筑面積30 245m2，主站房建筑高度36.87m。預測旅客年發(fā)送量4 615萬人，日均發(fā)送量126 444人，高峰小時客流量12 664人，最高聚集人數(shù)12 000人。

高架候車層為328m×60m的候車大廳、商業(yè)區(qū)、客服區(qū)、辦公設備區(qū)、局部夾層餐飲休閑區(qū)等構成的完整空間體系，屋頂鋼結構最低點距離高架候車層地面凈高達到20m，距離高架候車層商業(yè)夾層地面13.4m。其設置的商業(yè)、休閑、服務等設施，為旅客提供多種方式的候車和休息空間。

2 高架候車層存在的主要消防問題

作為現(xiàn)代化的高鐵客站綜合體，由于功能需要，高架候車層及其夾層所形成的公共大空間作為一個防火分區(qū)，防火分區(qū)面積超出現(xiàn)行國家標準的規(guī)定，高架候車層空間巨大，人員疏散距離長度也超過國家標準的規(guī)定，對火災的蔓延及候車旅客的安全疏散均造成較大影響。

3 消防安全解決方案

針對高架候車層的超大公共空間，難以采用傳統(tǒng)的隔墻來限制火災及煙氣的蔓延，采用綜合判定和評估的方法，制定消防安全解決方案。

3.1 合理劃分防火分區(qū)

對于與高架候車層相連通的具有獨立疏散條件的售票廳、貴賓候車區(qū)域等空間應設置獨立的防火分區(qū)，與其他空間進行防火分隔。

3.2 設置防火單元控制火災蔓延

對于高架候車層內(nèi)設置的火災荷載不高、人員流動較小，無獨立疏散條件的區(qū)域(如為旅客服務的辦公室、設備用房等)可采用防火單元的處理方式，即采用耐火極限不低于2.0h的不燃燒體防火隔墻和1.5h的不燃燒體屋頂與其他空間進行防火分隔，必須在隔墻上開設門窗時，應采用甲級防火門窗。

3.3 設置“防火艙”限制火災煙氣蔓延擴大

對于高架候車層大空間內(nèi)設置的為旅客服務的餐飲、商業(yè)零售網(wǎng)點、商務候車等場所，由于火災荷載較高，人員流動性大，可在限制該場所明火作業(yè)的同時，采用“防火艙”的處理方式，以確保在一定時間內(nèi)將火災高溫煙氣的影響限制在局部范圍內(nèi)，從而避免危及生命安全、財產(chǎn)安全和運營安全的事故發(fā)生，同時可滿足大空間開敞布局的需要。

所謂“防火艙”由耐火極限不小于1.5h的不燃燒體罩棚以及罩棚外沿四周設置高度不少于1.0m的擋煙垂壁構成。設置“防火艙”時，將其覆蓋在整個火災載荷相對較高的區(qū)域之上，“防火艙”四周擋煙垂壁下沿距離地面的高度不應小于2m，罩棚下必須安裝火災自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)。這樣，既可快速抑制火災，又可防止煙霧蔓延到大空間。

對于餐飲及商業(yè)性質(zhì)的“防火艙”應控制其面積不大于100m2，其他“防火艙”控制面積一般不大于300m2。每個“防火艙”間應保持不小于8m(按TB 10063－2007第6.1.2條執(zhí)行)的防火間距，防止火災連續(xù)蔓延。當“防火艙”需要連續(xù)布置時，“防火艙”間應設置無門窗洞口且耐火極限不小于1.0h的不燃燒體隔墻，并保證每個“防火艙”的四周至少有一個長邊直通高架候車層的大空間。若確有困難時，上述部位的不燃燒體隔墻可采用防火卷簾或滿足耐火極限要求的帶框防火玻璃等構造措施代替。對于防火卷簾，當火災探測器發(fā)出火警時防火卷簾應分兩步延時下降關閉，保證艙內(nèi)人員的及時疏散。商業(yè)防火艙在自動噴水滅火系統(tǒng)失效時按火災規(guī)模6MW控制，以確定排煙量。

3.4 有限引入“燃料島”

“燃料島”是指在開放大空間內(nèi)設置的沒有頂棚的小型陳列和零售服務設施，這些設施占地面積被要求控制在6～10m2之內(nèi)，火災規(guī)模一般為3～5MW。燃料島之間應保持不小于8m(按TB 10063－2007第6.1.2條執(zhí)行)的防火安全間距。

3.5 采用分階段引導人員疏散策略

高架候車層采用分階段疏散策略，即首先將火災區(qū)域人員進行疏散，在必要時，再將其他可能受到影響區(qū)域的人員疏散至安全場所。人員在疏散過程中，首先進入相對安全區(qū)域，再經(jīng)由相對安全區(qū)域疏散至最終安全場所。

4 安全性評估

筆者采用的安全判據(jù)為:旅客必需安全疏散時間tRSET小于可用安全疏散時間tASET;火災高溫煙氣對高架候車層旅客安全造成影響的危險臨界時間不小于1 200s。

4.1 火災場景及疏散場景設計

為了驗證該方案的安全性，對高架候車層設計火災風險較高工況的火災場景和安全疏散場景進行定量的判定和評估。

根據(jù)NIST(美國標準與技術研究院)實驗數(shù)據(jù)以及其它文獻資料，火源設計為四種:高架候車層內(nèi)按“燃燒島”設計的小商亭火災、高架候車層內(nèi)按“防火艙”設計的商鋪火災、高架候車層內(nèi)座椅火災以及夾層內(nèi)餐飲場所火災，火災場景設置的目的是進行疏散及煙氣分析，具體見表1。

表1 火災場景設置

疏散人員數(shù)量采用高峰時期的人流量法計算，公式如下:

疏散人員數(shù)量=高峰每小時客流量×超高峰系數(shù)×停留時間(min)/60

預測遠期高架候車層高峰小時客流量為每小時12 664人，設定旅客平均停留時間為40min，超高峰系數(shù)為1.4。計算得出的疏散人員數(shù)量為11 820人。在此基礎上考慮10%的送站人數(shù)和10%的工作人員數(shù)得到高架候車層的需要疏散人員總數(shù)為14 184人。其中，每個商業(yè)夾層旅客服務區(qū)內(nèi)模擬人數(shù)，按照建筑設計提供的座位數(shù)量統(tǒng)計再考慮部分服務人數(shù)得到，每個旅客服務區(qū)內(nèi)疏散人數(shù)為630人。夾層共有四個旅客服務區(qū)，由此得到高架候車層夾層需要疏散人員總數(shù)為2 520人。

對應人員疏散場景設置兩種:高架候車層人員疏散場景(甲)和高架候車層夾層人員疏散場景(乙)。

4.2 模擬結果及分析

人員必需疏散時間tREST包括疏散開始時間tstart和疏散行動時間taction兩部分。疏散開始時間tstart可細分為探測時間、報警時間及預動時間。高架候車層大空間光束感煙探測系統(tǒng)火災探測時間通常設為60s;大型鐵路客站房的管理水平較高，管理人員能夠及時確認火災的發(fā)生，由此設定火災報警時間為30s;站房采用火災應急廣播系統(tǒng)，旅客通常處于清醒狀態(tài)，在有組織進行疏散的條件下，旅客疏散預動時間為90s。由于疏散分析中的不確定性導致時間延長，將考慮1.5倍的時間安全補償系數(shù)。運用人員疏散模擬軟件Pathfinder模型計算，得到旅客全部離開高架候車層的疏散行動時間taction為284s，全部離開高架候車層夾層的疏散行動時間taction為190s。

根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》第9.2.2條，本區(qū)域的自然排煙窗面積宜取該場所建筑地面面積的2%～5%?？紤]到高架候車層以及商業(yè)夾層需作為一體空間考慮，在模擬分析中取自然排煙窗面積為地面面積的5%。假定機械排煙系統(tǒng)全部失效僅進行自然排煙的工況下，在距地面2.1m高處影響旅客安全疏散的參數(shù)臨界值分別取:能見度大于10m，最高溫度小于60℃，CO濃度低于1 400ppm。模擬結果表明，在上述工況下至少在1 200s內(nèi)可為旅客安全疏散提供保證。

采用煙氣模擬軟件FDS和人員疏散模擬軟件Pathfinder分別對設計的火災場景和人員疏散場景進行模擬計算，所得結果對比如表2所示。

表2 旅客疏散安全性綜合判斷表

5 結論

從以上結果可以看出，四種火災場景下旅客疏散的必需疏散時間tREST均小于可用疏散時間tAEST，且有較大的安全余量。因此，該高架候車層及其夾層盡管具有凈空高度大、人員流動性大等特點，且存在防火分區(qū)過大、安全疏散距離超長等消防問題，通過引入“燃燒島”、“防火艙”的消防設計概念，其消防安全目標是可以實現(xiàn)的。筆者采用具體案例對某高鐵站房大空間高架候車層的消防安全性進行了計算分析，驗證了方案的合理性，為國內(nèi)類似工程的消防安全設計提供了參考。

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［4］GB 50016－2006，建筑設計防火規(guī)范［S］.

［5］TB 10063－2007，鐵路工程設計防火規(guī)范［S］.

［6］NFPA 101，Life Safety Code 2000 Edition［S］.2006.