鐵路無(wú)錫站站房改擴(kuò)建工程消防性能提升及評(píng)估技術(shù)研究

劉松濤研究員 劉文利研究員 歐 宸工程師 劉詩(shī)瑤工程師

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司建筑防火研究所，北京 100013）

1 工程概況

既有無(wú)錫站包括普速站房和城際站房，普速站房站場(chǎng)規(guī)模為4臺(tái)7線，城際站房站場(chǎng)規(guī)模3臺(tái)7線。其中城際站房主體一層，站臺(tái)層架空，建筑最高點(diǎn)24.275m，總建筑面積約6000m2。無(wú)錫站改擴(kuò)建工程包括既有普速站房改造及新建普速場(chǎng)高架候車廳，既有普速站房改造范圍包括進(jìn)站層進(jìn)站大廳、候車室、旅客服務(wù)區(qū)和二層候車大廳，總建筑面積為10846m2。新建無(wú)錫普速場(chǎng)高架候車室總建筑面積6486m2。其總平面布置圖和剖面圖，如圖1，2。

圖1 總平面圖Fig.1 General layout plan

為提高鐵路站房旅客候車服務(wù)水平，提升旅客滿意度，方便旅客進(jìn)站及車站管理，同時(shí)使連為一體的普速及城際高架站房獲得完整的候車空間效果，改擴(kuò)建工程打通了新建無(wú)錫站普速場(chǎng)高架候車廳與既有城際站高架候車廳。改造后的普速站房、新建高架候車廳和既有城際站高架候車廳為一體空間，建筑最高點(diǎn)24.275m，檐口最高點(diǎn)22.6m。高架候車廳地面標(biāo)高8.30m。

2 主要消防安全問(wèn)題

2.1 規(guī)范適用性問(wèn)題

改擴(kuò)建后的站房建筑高度23.44m，為建筑高度不超過(guò)24m的多層公共建筑，其防火設(shè)計(jì)原則上應(yīng)滿足《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》TB 10063-2016和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[2018版]》GB 50016-2014的相關(guān)要求[1-2]。新建高架候車廳耐火等級(jí)為一級(jí)，站房地上其他區(qū)域耐火等級(jí)為二級(jí)。對(duì)于未改造的城際高架候車廳，由于要保持鐵路運(yùn)營(yíng)的連續(xù)性，無(wú)法按現(xiàn)行防火設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行改造。

圖2 剖面圖Fig.2 Cutaway view

2.2 防火分區(qū)劃分問(wèn)題

本次改造工程的既有普速站房首層進(jìn)站大廳以及高架層和高架夾層為一體空間，在設(shè)計(jì)上難以進(jìn)行防火分區(qū)劃分，作為一個(gè)擴(kuò)大的防火分區(qū)，面積達(dá)到20625m2，無(wú)法滿足TB 10063-2016第6.1.2條規(guī)定的鐵路旅客車站候車廳及集散廳每個(gè)防火分區(qū)建筑面積不應(yīng)大于10000m2的要求[1]。

3 消防設(shè)計(jì)原則和策略

3.1 消防設(shè)計(jì)基本原則

3.1.1 既有未改造城際站房

（1）建筑防火原則上保持現(xiàn)狀，但應(yīng)對(duì)擴(kuò)大防火分區(qū)內(nèi)的高火災(zāi)荷載區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)及消防設(shè)施按相同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造。

（2）結(jié)構(gòu)防火原則上保持現(xiàn)狀。

（3）消防系統(tǒng)應(yīng)盡量按現(xiàn)有防火設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行性能提升。

（4）考慮運(yùn)營(yíng)連續(xù)性和工程可實(shí)施性等因素，消防系統(tǒng)末端可不進(jìn)行改造。

3.1.2 改造普速站房和新建高架候車廳

（1）原則上應(yīng)執(zhí)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[2018版]》GB 50016-2014關(guān)于多層公共建筑的要求。

（2）加強(qiáng)對(duì)擴(kuò)大防火分區(qū)內(nèi)的高火災(zāi)荷載區(qū)域的控制。

（3）各消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.2 未改造區(qū)域防火性能提升策略對(duì)高火災(zāi)荷載房間采取防火分隔措施。

（1）公共區(qū)內(nèi)布置的設(shè)備和辦公用房按防火單元進(jìn)行改造，即采用耐火極限不低于2.0h的不燃性防火隔墻和耐火極限不低于1.5h的不燃性屋頂與其他空間進(jìn)行防火分隔，在隔墻上開(kāi)設(shè)門(mén)窗時(shí)，應(yīng)采用甲級(jí)防火門(mén)窗，防火單元設(shè)計(jì)，防火單元內(nèi)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)按規(guī)范執(zhí)行。

（2）公共區(qū)內(nèi)設(shè)置商業(yè)店鋪按防火艙進(jìn)行改造，所謂防火艙是指由有一定耐火極限的不燃燒建筑構(gòu)件圍合火災(zāi)載荷相對(duì)較高的區(qū)域，采用耐火極限不低于1.0h的防火隔墻、A類防火玻璃墻，或耐火完整性不低于1.0h的C類防火玻璃墻并設(shè)置噴淋系統(tǒng)保護(hù)。防火艙頂板的耐火極限不低于1.5h，各防火艙之間設(shè)置耐火極限不低于2.0h的防火隔墻，隔墻兩側(cè)沿走道門(mén)洞之間應(yīng)設(shè)置寬度不小于2m的耐火極限不低于2.0h的實(shí)體墻或A類防火玻璃墻，如圖3。防火艙內(nèi)要求安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和排煙裝置，可快速抑制火災(zāi)，又可防止煙霧蔓延到大空間。

圖3 商業(yè)店鋪消防改造Fig.3 Reform of fire- fighting system in shops

根據(jù)各消防給水系統(tǒng)水量水壓需求對(duì)既有城際站房消防泵房?jī)?nèi)消火栓水泵、自噴和水炮合用水泵進(jìn)行更換，消防給水型式不變[3]。新建消防控制室，作為總控室，將既有城際站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)作為一個(gè)子站，采用數(shù)據(jù)總線方式將所有既有城際站的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)納入到新建火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控管理，火災(zāi)廣播與通信廣播共用，并與消防設(shè)備配套[4]。

3.3 改擴(kuò)建區(qū)域消防設(shè)計(jì)策略

3.3.1 防火分區(qū)/分隔

（1）普速站房二層西側(cè)集中布置的售票廳室、設(shè)備辦公區(qū)按規(guī)范要求劃分防火分區(qū)，上述防火分區(qū)與擴(kuò)大防火分區(qū)采取防火墻和甲級(jí)防火門(mén)分隔。

（2）新建普速場(chǎng)高架候車廳與城際場(chǎng)高架候車廳之間應(yīng)設(shè)置防火隔離帶將候車區(qū)劃分為2個(gè)防火控制分區(qū)，防止火災(zāi)大范圍水平蔓延及用于消防系統(tǒng)的分區(qū)控制。

（3）擴(kuò)大防火分區(qū)內(nèi)布置的設(shè)備和辦公用房按防火單元設(shè)計(jì)，商業(yè)店鋪按防火艙設(shè)計(jì)，無(wú)障礙電梯采用耐火完整性不小于1.0h的構(gòu)件與公共空間分隔。

3.3.2 疏散設(shè)計(jì)

（1）站臺(tái)區(qū)為半室外空間，作為人員疏散安全區(qū)。

（2）通向站臺(tái)的敞開(kāi)樓梯和公共區(qū)敞開(kāi)樓梯（間）作為人員疏散出口。

（3）根據(jù)各樓梯梯段凈寬度不同，承擔(dān)的疏散人數(shù)也不同，總疏散寬度滿足人員最小疏散寬度要求。每百人可用疏散凈寬度不低于0.65m，疏散樓梯梯段凈寬度不小于1.6m。

（4）通向疏散出口的閘機(jī)和控制門(mén)應(yīng)具有消防聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟功能，閘機(jī)兩側(cè)設(shè)置活動(dòng)式柵欄或疏散平開(kāi)門(mén)，嚴(yán)禁落鎖，火災(zāi)時(shí)應(yīng)處于可開(kāi)啟狀態(tài)，地面設(shè)置明顯的疏散指示標(biāo)志。

3.3.3 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）采取高側(cè)窗或頂窗進(jìn)行自然排煙，自然排煙窗有效開(kāi)啟面積分別不小于各自排煙區(qū)域地面投影面積的2%（普速站房為4%，新建高架候車廳為3.6%）[5]。自然排煙窗具有防失效保護(hù)功能、與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能、遠(yuǎn)程控制開(kāi)啟功能和手動(dòng)開(kāi)啟功能。

（2）凈空高度不大于12m的區(qū)域設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)（采用快速響應(yīng)噴頭），凈空高度大于12m的區(qū)域設(shè)置大空間自動(dòng)滅火系統(tǒng)[6]，設(shè)置室內(nèi)消火栓和消防軟管卷盤(pán)，配置滅火器。

（3）凈空不大于12m區(qū)域采用點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器，凈空大于12m區(qū)域采用線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、空氣采樣系統(tǒng)或其他適合大空間的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)[4]。

（4）按人員密集場(chǎng)所設(shè)計(jì)，公共區(qū)（除房間內(nèi)）的疏散照明均采取了加強(qiáng)措施。公共區(qū)疏散照明地面照度不低于5.0勒克斯，應(yīng)急照明和燈光疏散指示標(biāo)志備用電源連續(xù)供電時(shí)間不低于90min，在疏散走道和主要疏散路徑的地面上增設(shè)能保持視覺(jué)連續(xù)的燈光疏散指示標(biāo)志或蓄光疏散指示標(biāo)志，均采用大型標(biāo)志燈。

4 煙控系統(tǒng)有效性評(píng)估

4.1 火災(zāi)煙氣場(chǎng)景設(shè)計(jì)

站房公共區(qū)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較低，可燃物主要包括手提行李、普通座椅、軟席座椅、商品及家具等，其中火災(zāi)規(guī)模較大的可燃物為軟席座椅、商品及家具。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017表4.6.6，無(wú)錫站公共區(qū)最大火災(zāi)熱釋放速率按一般無(wú)噴淋公共場(chǎng)所確定為8.0MW?；馂?zāi)位置布置在站房高架層軟席候車區(qū)，考慮自然排煙系統(tǒng)有效，自動(dòng)滅火系統(tǒng)失效的條件。

4.2 煙氣數(shù)值模擬

對(duì)火災(zāi)蔓延其煙氣流動(dòng)模擬分析采用的是由美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件（Fire Dynamics Simulator，F(xiàn)DS），此模型為基于有限元素方法下的電腦化的流體力學(xué)模型，主要用于分析火災(zāi)中煙氣與熱的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。采用FDS軟件建立了無(wú)錫站三維模型，湍流模型為大渦模型（Large Eddy Simulation，LES），煙顆粒（Soot）生成量為0.05，火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)為快速T2火，環(huán)境溫度為26℃，模擬時(shí)間為1200s，模擬結(jié)果，如圖4。

圖4 火災(zāi)煙氣流動(dòng)模擬分析Fig.4 Simulation of fire smoke flow

4.3 模擬結(jié)果分析

模擬結(jié)果表明，在設(shè)定的火災(zāi)條件下，火災(zāi)發(fā)生后1200s內(nèi)，除火源上空外，距高架層、高架夾層有人地面2.1m高的平面上的能見(jiàn)度未低于10m，溫度最高不超過(guò)60℃，CO濃度未高于500ppm，即排煙方案至少在1200s內(nèi)可為高架層、高架夾層人員安全疏散提供保證[7-8]。

5 人員疏散安全性評(píng)估

5.1 疏散場(chǎng)景設(shè)計(jì)

無(wú)錫站改擴(kuò)建后站臺(tái)層進(jìn)站集散廳有6個(gè)疏散出口，總疏散寬度為31.7m；高架層有19個(gè)疏散出口，總疏散寬度為59.3m；高架夾層有4個(gè)疏散出口，總疏散寬度為6.4m。改造后無(wú)錫站最高聚集人數(shù)為7438人，高峰小時(shí)發(fā)送量2478+5438=7916人，站房疏散人數(shù)按照人員流量法計(jì)算人數(shù)并和最高聚集人數(shù)比較取大值?？紤]1.4倍的超高峰系數(shù)和20%的工作人員及送站人員數(shù)量，設(shè)定旅客平均停留時(shí)間為40min，根據(jù)人員流量法計(jì)算的人數(shù)為8880人，大于最高聚集人數(shù)，即站房公共區(qū)總疏散人數(shù)為8880人。根據(jù)不同區(qū)域的面積按比例分布人數(shù)，確定首層公共區(qū)為626人，高架候車區(qū)（含夾層）為8254人。

疏散場(chǎng)景的設(shè)計(jì)總體原則為找出火災(zāi)發(fā)生后，最不利于人員安全疏散的情況，根據(jù)設(shè)定的火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定相應(yīng)的疏散場(chǎng)景。疏散模擬分析時(shí)不考慮普速站房首層進(jìn)站大廳人員向基本站臺(tái)疏散，人員疏散開(kāi)始時(shí)間取180s。

5.2 疏散數(shù)值模擬

對(duì)人員疏散行動(dòng)時(shí)間的模擬分析采用的分析工具是Pathfinder人員疏散商用軟件，該軟件的疏散模擬器可實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)方式準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。人員疏散模擬分析采用Steering行為模型，時(shí)間步長(zhǎng)為2.5×10-2s，步行速度0.8～1.2m/s正態(tài)分布，其疏散模擬結(jié)果，如圖5。

5.3 模擬分析結(jié)果

結(jié)果表明，站房公共區(qū)人員疏散所需行動(dòng)時(shí)間為297s，考慮1.5倍安全系數(shù)以及疏散開(kāi)始時(shí)間180s，人數(shù)疏散所需時(shí)間為626s。在設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景條件下，人員可用疏散時(shí)間不小于1200s，大于人員所需疏散時(shí)間626s，人員安全疏散可以得到保證[7，9]。

圖5 人員疏散數(shù)值模擬Fig.5 Simulation of occupant evacuation

6 結(jié)論

基于無(wú)錫站改造工程空間互通、凈空高度大，人員流動(dòng)性大的特點(diǎn)，針對(duì)改擴(kuò)建工程整體上無(wú)法執(zhí)行現(xiàn)行防火設(shè)計(jì)規(guī)范和防火分區(qū)擴(kuò)大等消防設(shè)計(jì)問(wèn)題，提出了消防設(shè)計(jì)的原則和策略，并對(duì)工程消防安全性能進(jìn)行了評(píng)估，主要結(jié)論如下：

（1）站房既有工程無(wú)法全部按現(xiàn)行防火設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行改造時(shí)，可通過(guò)控制火災(zāi)荷載、降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、改善疏散條件、提高消防系統(tǒng)性能的方式，實(shí)現(xiàn)改擴(kuò)建工程整體防火性能提升的目標(biāo)。

（2）基于交通建筑火災(zāi)荷載低、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)小、空間高大、人員流動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可通過(guò)嚴(yán)格公共區(qū)和非公共區(qū)之間的防火分隔措施，對(duì)公共區(qū)內(nèi)高火災(zāi)荷載房間進(jìn)行控制，優(yōu)化疏散條件，加強(qiáng)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方式，保障防火分區(qū)面積擴(kuò)大后的消防安全水平。

（3）通過(guò)設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景和疏散場(chǎng)景，模擬分析煙控系統(tǒng)有效性和人員疏散的安全性，分析結(jié)果表明，在采取有效的消防安全技術(shù)措施條件下，各區(qū)域人員疏散安全可以得到保證。