地鐵大型地面站廳車站消防創(chuàng)新設(shè)計

張啟迪, 鐘 懷, 龔 波

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

1 概述

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民對生活質(zhì)量需求的的提高，大型地鐵工程越來越多，傳統(tǒng)防火規(guī)范和標準已很難滿足功能復(fù)雜、面積和空間較大建筑的設(shè)計和使用要求?，F(xiàn)行規(guī)范中，未對地面站廳類型車站及自然排煙情況下防火分區(qū)最大面積進行明確。針對這一特殊情況，本文結(jié)合成都地鐵雙流西站消防設(shè)計過程中遇到的問題進行分析和總結(jié)，并提出相應(yīng)的解決措施，滿足了消防部門的驗收要求，為填補現(xiàn)行規(guī)范提供了工程借鑒。

本站為成都地鐵3號線二期工程第一座車站(圖1)，為3、10、17號線三線換乘車站，三線車站土建同步實施，地面站廳于3號線試運營期間全部投入使用。

圖1 雙流西站鳥瞰效果

三線均為地下一層11 m島式站臺，3線共用地面站廳，通過站廳換乘。與城際鐵路站房通過地面廣場進行換乘接駁；車站東接三線停車場段出入段線，3、17號線西端設(shè)單渡線，10號線西端設(shè)折返線。本站地面設(shè)備用房為局部兩層，無出地面附屬，3號線采用6B編組、10號線采用6A編組、17號線采用8A編組140 km/h快線制式。雙流西站總平面布置見圖2。

圖2 雙流西站總平面布置

3號線雙流西站已于2018年12月26日試運營，10號線預(yù)計2019年12月試運營，17號線為遠期線路，業(yè)主要求于3號線開通前同期完成三線消防審查及驗收工作。雙流西站總建筑面積44 040 m2，其中地面站廳公共區(qū)面積7 739 m2。根據(jù)規(guī)劃部門要求，雙流西站地面站廳外立面造型與周邊環(huán)境需契合，且為國內(nèi)最大地面站廳換乘車站，由于站廳為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，無法進行防火分隔。

2 大型地面站廳車站消防設(shè)計重難點分析

2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀調(diào)查

通過對機場、高鐵站等類似大空間現(xiàn)場踏勘、查閱相關(guān)文獻資料及案例分析，鋼結(jié)構(gòu)高大空間防火設(shè)計在大型民建設(shè)計中已非常成熟，受地鐵條件及形式的限制，國內(nèi)尚無類似地面高大空間地鐵車站的成功設(shè)計案例可供參考和借鑒。

2.2 現(xiàn)行規(guī)范與標準

現(xiàn)行GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》與GB 51298-2018《地鐵設(shè)計防火標準》分別對于地面車站站廳層公共區(qū)每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積作出規(guī)定：《地鐵設(shè)計規(guī)范》第28.2.2-2條“地下?lián)Q乘車站當共用一個站廳時，站廳公共區(qū)面積不應(yīng)大于5 000 m2”、第28.2.2-3條“地上車站站廳公共區(qū)采用機械排煙時，防火分區(qū)的最大允許建筑面積不應(yīng)大于5 000 m2”；《地鐵設(shè)計防火標準》第4.3.1條“地上車站站廳公共區(qū)每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積不宜大于5 000 m2”；而GB 50490-2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》第7.3.18-4條的規(guī)定，明確了建筑面積超標后，應(yīng)通過消防性能化設(shè)計分析，并采取必要的消防措施，解決存在的消防問題。

在上述現(xiàn)行規(guī)范、標準中，對于地鐵大型地面站廳公共區(qū)建筑面積大于5 000 m2、且不具備進行防火分隔、將每個防火分區(qū)的建筑面積控制在5 000 m2以內(nèi)的車站，并未明確具體應(yīng)采取哪些切實可行的消防措施，才能確保乘客的乘車安全?；诖耍疚慕Y(jié)合雙流西站的實際環(huán)境條件及高大空間的特點，通過對本站開展特殊消防設(shè)計，同時，委托有資質(zhì)單位開展消防性能化設(shè)計分析工作，并經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證，探討滿足消防要求，并切實可行的消防加強措施，補充和完善現(xiàn)行規(guī)范、標準在這一領(lǐng)域存在的盲區(qū)，為后續(xù)類似工程提供有價值的參考和借鑒。

2.3 消防性能化防火設(shè)計

近年來，各地軌道交通設(shè)計在遇到公共區(qū)面積超過5 000 m2的情況后，通常通過進行性能化防火設(shè)計后提請當?shù)叵啦块T進行特殊消防性能化評估審查，解決諸多規(guī)范未涵蓋或不明確的問題。

總之，性能化防火設(shè)計的目標是“建造一座安全的建筑”，把整個建筑物作為一個整體來考慮，把每一部分的消防措施放到一個整體中去分析，才能得到最優(yōu)化的防火設(shè)計方案，為建筑結(jié)構(gòu)提供最合理的防火保護。性能化設(shè)計沒有現(xiàn)成的規(guī)范、標準，設(shè)計方案需通過計算、火災(zāi)模擬等手段進行驗證。

3 消防設(shè)計目標及策略

3.1 消防設(shè)計目標

(1)當建筑物發(fā)生火災(zāi)時，整個建筑系統(tǒng)(包括消防系統(tǒng))能夠為建筑物內(nèi)所有人員提供足夠的疏散時間，車站內(nèi)所有人員能在規(guī)范所規(guī)定的時間內(nèi)疏散到安全區(qū)，且煙氣下降到人體耐受極限的時間應(yīng)大于疏散時間，保證人員不受到火災(zāi)及煙氣的危害。

(2)結(jié)合雙流西站地面站廳高大空間的特點，在滿足規(guī)劃部門對外立面要求的前提下，合理規(guī)劃、設(shè)計消防加強措施，通過消防專家審查，并滿足消防驗收要求，解決三線三島平行換乘樞紐地面站廳車站的防火設(shè)計難題。

(3)發(fā)生火災(zāi)后的一段時間內(nèi)，整個建筑結(jié)構(gòu)需保證進入到建筑物內(nèi)部進行滅火救援消防隊員的安全。

3.2 基本對策

(1)全面設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

(2)合理布置地面站廳公共區(qū)，由于3線共用地面站廳，客流動線的合理性直接影響火災(zāi)工況下人員是否能做到有序逃生，保證地面站廳公共區(qū)的任意一點的走行距離距離最近疏散點不超過50 m，地面站廳出入口疏散寬度應(yīng)滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

(3)嚴格禁止商業(yè)設(shè)施的設(shè)置，嚴格控制裝修材料的標準，應(yīng)滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》和《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

(4)由于該站消防設(shè)計的特殊性，需在現(xiàn)行規(guī)范的要求上適當提高設(shè)計標準，采取相關(guān)的消防措施，以提高建筑物的整體防火性能，以通過消防專家審查，滿足消防驗收要求。

4 特殊消防設(shè)計及措施

通過對雙流西站地面站廳消防設(shè)計重難點分析及對消防目標的設(shè)定，結(jié)合前期與消防部門多次協(xié)調(diào)的實際情況，提出從以下兩方面著手增設(shè)相關(guān)消防加強措施，通過模擬及現(xiàn)場實驗驗證來證明設(shè)計提出增加的消防措施的可行性和合理性。

4.1 增設(shè)相關(guān)消防加強措施

本站公共區(qū)面積超5 000 m2，但又處于設(shè)計規(guī)范盲區(qū)，針對這一特殊情況，結(jié)合消防部門的審查意見，我們提出了增設(shè)以下消防設(shè)計的加強措施：

(1)不設(shè)置商鋪，提高裝修材料耐火等級，提高鋼結(jié)構(gòu)耐火等級。車站的站臺、站廳疏散區(qū)內(nèi)均未設(shè)置任何商業(yè)設(shè)施；車站公共區(qū)頂棚、墻面、地坪的裝飾材料均采用A級不燃材料，有利于對車站可燃物的控制。車站地面站廳采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。建筑造型采用弧形屋面，弧高21.9 m，臥置于地面，鋼管立柱支撐，與混凝土結(jié)構(gòu)附屬用房相鄰，屋面中部設(shè)17 m寬通長采光帶。現(xiàn)行規(guī)范《地鐵設(shè)計規(guī)范》和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中，明確規(guī)定了地面車站、單、多層重要公共建筑和二類高層建筑的耐火等級不得低于二級。經(jīng)分析研究并結(jié)合專家審查意見，將本站鋼結(jié)構(gòu)的受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件均按照一級耐火等級設(shè)計，并根據(jù)CECS24：90《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求進行防火涂料涂刷，提升了站廳整體鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限和安全性；屋面板采用鋁鎂錳金屬板及PC陽光板，均為不燃材料，進一步加強了消防的安全性。

(2)采用電動排煙窗進行自然排煙、設(shè)置自動跟蹤射流裝置。站廳公共區(qū)面積較大，平面布置功能復(fù)雜，且空間高度較大，選擇并設(shè)置大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)，有利于防止火災(zāi)大規(guī)模蔓延。

根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》、GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》和GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，“對可開啟排煙口的有效面積進行了限定，不得小于所在場所地面面積的2 %”，雙流西站地面站廳電動排煙窗有效開啟面積達到5.07 %，滿足規(guī)范和標準的要求，并且對聯(lián)動開啟方式進行了加強，不僅可通過FAS系統(tǒng)連鎖開啟及手動開啟，還增加了遠程開啟模式，提升了安全性的同時也滿足了春秋季可開啟排煙窗進行自然通風，節(jié)約了能耗。

由于車站公共區(qū)為拱形鋼結(jié)構(gòu)，吊頂同為弧形吊頂，平面布置功能復(fù)雜，為保證站廳內(nèi)部裝修的美觀性，且空間高度較大(站廳內(nèi)部弧頂凈高約為21.9 m)，傳統(tǒng)的水噴淋系統(tǒng)已不能滿足和適應(yīng)高大空間的滅火要求，選擇采用大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)，保證站廳層每處均有兩股水流保護，提高了滅火效率，有利于防止火災(zāi)大規(guī)模蔓延。

(3)全國地鐵領(lǐng)域首次采用誘導(dǎo)風機技術(shù)。由于本站受制于配線形式及無傳統(tǒng)出地面風亭組，車站隧道風機數(shù)量僅為正常地鐵車站的一半(正常4臺，本站2臺)，且隧道風機距離車站有效站臺端頭距離遠。經(jīng)分析研究并借鑒高鐵設(shè)計理念，在全國首次將誘導(dǎo)風機技術(shù)運用于地鐵領(lǐng)域，加強了站臺公共區(qū)火災(zāi)的防排煙措施，滿足了《地鐵設(shè)計規(guī)范》及《地鐵設(shè)計防火標準》中不小于1.5 m/s下拉風速的規(guī)定，保證了站廳公共區(qū)與站臺的防煙軟隔斷。

(4)消防車道成環(huán)(圖3)。雙流西站地面站廳及設(shè)備房為獨立建筑物，車站南側(cè)為三支渠，部分明渠段位于車站地面設(shè)備區(qū)范圍，導(dǎo)致地面站廳外消防環(huán)道無法成環(huán)。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，該范圍建筑可按照臨河建筑考慮，但考慮為消防救援預(yù)留更好的條件，拆除影響范圍內(nèi)的40 m已建成明渠，改為暗渠段，成環(huán)后的消防環(huán)道提升了救援條件和救援標準，更加有利于消防部門對雙流西站地面建構(gòu)筑物展開無死角救援。

圖3 雙流西站消防環(huán)形車道布置

4.2 消防性能化設(shè)計模擬及現(xiàn)場實驗論證

通過委托相關(guān)單位進行模擬及現(xiàn)場實驗，雙流西站消防設(shè)計的模擬結(jié)論及現(xiàn)場效果得到了消防部門的肯定和認可。

4.2.1 消防性能化設(shè)計及模擬

性能化設(shè)計沒有現(xiàn)成的規(guī)范、標準，設(shè)計方案需通過計算、火災(zāi)模擬等手段進行驗證，并對防火設(shè)計方案進行評估。

經(jīng)過模擬，車站乘客于145 s內(nèi)完成疏散，滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》及《地鐵設(shè)計防火標準》中對于疏散時間的要求(圖4)。

圖4 人員疏散模擬截

經(jīng)過模擬，火災(zāi)發(fā)生后半小時清晰高度仍在15 m以上，從理論上證明了在煙汽蔓延到人體耐受極限前站內(nèi)所有人員均完成疏散逃生(圖5)。

圖5 火災(zāi)場景煙流量化分析模擬截

4.2.2 現(xiàn)場實驗論證

為驗證本站特殊消防設(shè)計的安全性、合理性、可行性，雙流西站進行現(xiàn)場放熱煙實驗，實驗結(jié)果表明煙氣還未下降到人體耐受極限高度前已全被排出室外，進一步證明了發(fā)生火災(zāi)時留給人員逃生時間遠遠大于《地鐵設(shè)計規(guī)范》及《地鐵設(shè)計防火標準》中所規(guī)定的疏散時間。

通過現(xiàn)場進行大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)測試實驗，實驗結(jié)果為現(xiàn)場明火點燃20 s內(nèi)，大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)完成了感應(yīng)、定位及撲滅火源?，F(xiàn)場實驗結(jié)果進一步證明了雙流西站地面站廳經(jīng)過消防設(shè)計后是安全的。

本站是全國首次在站臺樓扶梯口部利用誘導(dǎo)風機實現(xiàn)防煙，消防檢測中，樓扶梯口風速測試達到2.7 m/s，目前該設(shè)計方案已進行專利申請。

5 結(jié)論

地鐵工程的起終點車站，由于受到相鄰地面車輛基地線路接軌條件的限制，通常只能采用地下一層站臺+地面站廳的車站形式，具有一定的普遍性和代表性。

通過對本站的消防重難點分析、制定相關(guān)對策、現(xiàn)場實施及最終的模擬及現(xiàn)場實驗驗證，本站的特殊消防設(shè)計是合理可行的，并順利通過了四川省建設(shè)廳和消防總隊組織的專家論證會論證。

從某些方面來講，雙流西站消防設(shè)計的論證結(jié)果填補了現(xiàn)行規(guī)范的空缺，實現(xiàn)了地面站廳面積超過5 000 m2且不需設(shè)置防火隔斷滿足消防驗收要求的初衷。

雙流西站地面站廳整體已于2018年12月26日正式投入試運營(圖6、圖7)，對于該站的消防設(shè)計總結(jié)歸納主要有以下幾個特點：

圖6 雙流西站站廳層竣工實景照片

圖7 雙流西站室外實景

(1)對于大型地面站廳車站，在其站廳層公共區(qū)規(guī)模超標(大于規(guī)范規(guī)定的5 000 m2)，且不具備設(shè)置防火隔斷的情況下，通過合理的特殊消防設(shè)計以及采取相應(yīng)的消防措施，實現(xiàn)既能滿足乘客正常使用功能要求，同時，滿足乘客緊急情況下的疏散要求，可為同類型車站提供參考與借鑒。

(2)本站設(shè)計按照“以人為本”的設(shè)計理念，綜合考慮車站周邊規(guī)劃及造型需求展開方案設(shè)計，結(jié)合民建中高大空間設(shè)計經(jīng)驗，合理設(shè)計并增加相關(guān)消防措施，使地鐵工程的安全得到有效保證，作為國內(nèi)最大體量的地面站廳車站在滿足外立面造型的同時將內(nèi)部空間的使用最大化，并在地鐵大型地面工程設(shè)計中推廣采用性能化防火設(shè)計以推動我國性能化防火設(shè)計的規(guī)范化進程。

(3)國內(nèi)大中型城市發(fā)展迅速，軌道交通線網(wǎng)加密的速度遠遠大于各類規(guī)范更新的速度，在大體量多線換乘車站中如何正確的理解和滿足規(guī)范要求是地鐵前期設(shè)計時需要深入思考的問題。

(4)建議地鐵規(guī)范、標準編寫組參考和借鑒GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第5.3.4條及TB 10063-2016、J 2180-2016《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》第6.1.2條的具體內(nèi)容，并在總結(jié)地鐵工程經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，補充和完善“地上車站站廳層公共區(qū)每個防火分區(qū)最大允許建筑面積”的條文內(nèi)容。

(5)地面站廳建筑總寬度宜控制在60 m以內(nèi)，建筑總高度宜控制在24 m范圍以內(nèi)。

本文特殊消防設(shè)計的思路和成果，將為國內(nèi)類似后續(xù)工程提供參考和借鑒。