鐵路高架站房常見消防安全問題及策略方案研究

劉詩瑤工程師 劉松濤研究員

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

0 引言

近年來，國內(nèi)采用高架站房型式的鐵路站房逐漸增多。由于建筑規(guī)模和使用功能要求，鐵路高架站房的防火設(shè)計(jì)存在一些常見的消防安全問題，包括防火分區(qū)劃分、疏散設(shè)計(jì)、煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建筑性質(zhì)認(rèn)定等。筆者根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際工程情況和規(guī)范要求，對(duì)目前鐵路高架站房在設(shè)計(jì)階段遇到的防火安全問題進(jìn)行分析、總結(jié)，針對(duì)典型空間場所，提出適用于此類建筑的防火安全設(shè)計(jì)策略，以期為同類型鐵路高架站房的消防設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1 高架站房建筑特點(diǎn)

高架站房的建筑特點(diǎn)為站房跨越于站場線路之上，通常包括出站層、站臺(tái)層和候車層3個(gè)主要建筑層面，局部設(shè)置夾層或設(shè)備層。高架候車廳通常為單層高大空間，主要為便于容納大量旅客進(jìn)站候車。進(jìn)站區(qū)設(shè)置在站臺(tái)層或候車層，或者在站臺(tái)層和候車層均設(shè)置進(jìn)站廳，形成多個(gè)進(jìn)站層面。旅客流線一般為上進(jìn)下出，即旅客通過城市道路或高架道路抵達(dá)落客平臺(tái)，進(jìn)入站房候車；通過候車廳與站臺(tái)之間連通的室外樓梯進(jìn)站；出站旅客通過站臺(tái)與出站區(qū)域連通的敞開樓梯進(jìn)入出站廳，穿過出站通道出站。高架候車廳多沿長邊設(shè)置高架夾層，與同層進(jìn)站集散廳直接連通，或與站臺(tái)層側(cè)式站房進(jìn)站集散廳通過洞口連通，使得整個(gè)站房公共空間相互連通，形成通透的旅客視野。

雖然高架站房建筑空間高大，地面至屋頂高度可達(dá)幾十米，但考慮旅客主要活動(dòng)空間基本都在候車層面，為便于疏散，近年已建成站房中候車區(qū)地面與站臺(tái)層集散廳地面或室外地面高度差一般均不大于10m，規(guī)范允許該類建筑的防火設(shè)計(jì)仍可按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中單、多層民用建筑類別的規(guī)定執(zhí)行[1]。

2 常見消防安全問題

由于高架站房特殊的空間布局和建筑特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)遇到一些消防安全問題，筆者根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，將高架站房常見消防安全問題歸納為以下幾類，主要包括防火分區(qū)的劃分、人員安全疏散設(shè)計(jì)、煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性以及建筑內(nèi)部分功能區(qū)的建筑性質(zhì)認(rèn)定。

2.1 防火分區(qū)劃分

鐵路旅客車站進(jìn)、出站客流量大，候車人數(shù)多，為滿足車站使用功能便利和旅客流線布置流暢的基本要求，兼顧視覺美觀需要，候車區(qū)通常需要設(shè)計(jì)較大空間尺寸?！惰F路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》TB 10063-2016中對(duì)鐵路旅客車站候車區(qū)及集散廳的防火分區(qū)建筑面積做了規(guī)定，在同時(shí)符合疏散條件、設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、排煙設(shè)施和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及符合國家內(nèi)裝修設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下，才能將防火分區(qū)擴(kuò)大到10 000m2[1]。

相對(duì)于側(cè)室站房而言，高架站房的建筑規(guī)模一般更大，且由于使用功能需要，高架候車廳與進(jìn)站集散廳、高架夾層公共區(qū)通常相互連通，作為一體空間，在設(shè)計(jì)上難以進(jìn)行防火分區(qū)劃分，防火分區(qū)建筑面積需上下層疊加計(jì)算[2]。

高架站房的車站站場規(guī)模一般多于3個(gè)站臺(tái)，一般而言，站場規(guī)模越大，高架候車廳建筑面積也越大。以某高架站房為例，其站場規(guī)模為4臺(tái)9線，站房建筑面積約為40 000m2，其高架候車廳所在防火分區(qū)建筑面積已達(dá)到25 000m2。而對(duì)于大型交通樞紐節(jié)點(diǎn)，其站場規(guī)?？蛇_(dá)近10個(gè)站臺(tái)甚至更多，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)資料，一些大型站站房擴(kuò)大防火分區(qū)建筑面積能夠達(dá)到50 000m2左右。故由于鐵路站房建筑特殊的使用性質(zhì)，高架站房的候車廳及進(jìn)站集散廳所在擴(kuò)大防火分區(qū)的建筑面積往往遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的上限值。

2.2 安全疏散設(shè)計(jì)

站房候車區(qū)域空間大，在建筑防火設(shè)計(jì)上會(huì)帶來諸多消防安全問題，不僅難以滿足規(guī)范對(duì)于站房防火分區(qū)劃分的要求，同時(shí)還帶來人員安全疏散、高大空間煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)難題。

《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》TB 10063-2016中對(duì)于旅客車站集散廳、候車廳等室內(nèi)空間人員最遠(yuǎn)疏散距離做了明確規(guī)定為30m；設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)可增加至37.5m[1]。高架站房的候車廳進(jìn)深通常超過百米，面寬也達(dá)幾十到上百米不等，個(gè)別特大型車站站房甚至超過200m。較大的平面尺寸使得人員疏散距離較長，通常為幾十米，超過37.5m，不能滿足規(guī)范的規(guī)定。這種情況下，采取何種措施來滿足人員安全疏散要求需慎重考慮。

2.3 煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高架站房的進(jìn)站集散廳、高架候車廳以及高架夾層公共區(qū)為一體空間，采用大空間設(shè)計(jì)理念，按照規(guī)范各防煙分區(qū)之間可不設(shè)置擋煙設(shè)施，但排煙量仍不應(yīng)減少[3]。面對(duì)站房復(fù)雜的建筑情況，排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分重要的一環(huán)。

2.4 建筑性質(zhì)認(rèn)定

《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》TB 10063-2016中明確，對(duì)于無商業(yè)設(shè)施的旅客進(jìn)出站地道，防火設(shè)計(jì)應(yīng)符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道的相關(guān)規(guī)定[1]。但是在實(shí)際工程案例中，高架站房的出站地道建筑情況多樣，在不設(shè)置商業(yè)設(shè)施的情況下是否可全部按城市交通隧道進(jìn)行定性是一個(gè)值得探討的問題。

3 擴(kuò)大防火分區(qū)防火設(shè)計(jì)策略

高架站房在防火設(shè)計(jì)中首先要解決的難題是防火分區(qū)擴(kuò)大所帶來的不利影響。該類建筑使用性質(zhì)為交通類公共建筑，公共空間火災(zāi)荷載較低，火災(zāi)危險(xiǎn)性較小[4]。因此，防火分區(qū)的擴(kuò)大首先是建立在站房公共空間與非公共空間作嚴(yán)格的防火分隔的前提下。對(duì)于擴(kuò)大防火分區(qū)的防火設(shè)計(jì)策略，核心思路是減少可燃物，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，營造一個(gè)通透、相對(duì)安全的大空間。

3.1 對(duì)高火災(zāi)荷載區(qū)域采取防火分隔措施

基于旅客的出行體驗(yàn)需求，站房候車公共區(qū)內(nèi)會(huì)適量布置一些旅客服務(wù)用房，功能為零售或餐飲，以及一些特殊功能的候車區(qū)，如商務(wù)候車區(qū)、母嬰候車區(qū)、兒童活動(dòng)候車區(qū)等，這類候車區(qū)設(shè)置軟席座椅等設(shè)施，火災(zāi)荷載相對(duì)其他候車區(qū)域較高。另外，根據(jù)站房的使用功能需要，公共區(qū)內(nèi)還會(huì)零散布置一些設(shè)備和辦公用房，相對(duì)候車公共區(qū)域，其火災(zāi)荷載也較高。

對(duì)于上述公共空間內(nèi)的高火災(zāi)荷載區(qū)域，已形成一套較為完善的防火分隔方案，即采用“防火艙” “防火單元”的解決辦法，從建筑面積、防火間距、消防設(shè)施、內(nèi)裝修等方面進(jìn)行一系列限制，降低火災(zāi)時(shí)對(duì)公共空間的干擾。

“防火艙”和“防火單元”的設(shè)計(jì)原理均是采用一定的防火分隔方式，將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域進(jìn)行圍合，并在其內(nèi)設(shè)置必要的消防系統(tǒng)，這樣，既可快速抑制火災(zāi)，又可防止煙霧蔓延到大空間，實(shí)現(xiàn)大空間開敞布局的需要。對(duì)于公共空間內(nèi)設(shè)置的高火災(zāi)荷載、人員流動(dòng)小、無獨(dú)立疏散條件的區(qū)域，如上述特殊功能候車區(qū)、設(shè)備和辦公用房，采用“防火單元”的分隔方式，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(jìn)行防火分隔。在隔墻上開設(shè)門窗時(shí)，采用甲級(jí)防火門窗，防火單元內(nèi)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。所謂“防火艙”是指由堅(jiān)實(shí)的有足夠耐火極限的不燃燒罩棚構(gòu)成，覆蓋在整個(gè)火災(zāi)載荷相對(duì)較高的區(qū)域之上，頂棚下要求安裝火災(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。這樣，既可快速抑制火災(zāi)，又可防止煙霧蔓延到大空間。對(duì)于有一定通透要求，人員流動(dòng)較大且無獨(dú)立疏散條件的旅客服務(wù)用房，可采用“防火艙”的分隔方式。

3.2 劃分防火控制分區(qū)

由于站房特殊的使用功能，決定了在候車空間無法采用傳統(tǒng)的實(shí)體分隔構(gòu)件將該區(qū)域劃分為多個(gè)滿足規(guī)范要求的防火分區(qū)。但是，考慮到較大的空間面積可能引起火災(zāi)的大范圍蔓延，因此，通過設(shè)置防火隔離帶的方式，將候車廳建筑空間在邏輯上劃分為不同控制區(qū)域，即防火控制分區(qū)，各控制分區(qū)之間未進(jìn)行物理分隔，但是通過保證一定間隔，起到防止火災(zāi)大范圍水平蔓延的作用,如圖1。同時(shí)，消防設(shè)施的聯(lián)動(dòng)控制亦可結(jié)合防火控制分區(qū)設(shè)計(jì)，在小范圍發(fā)生火災(zāi)的情況下，不必將幾萬平方米的候車廳全部消防系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，提高了系統(tǒng)啟動(dòng)安全性的同時(shí)也節(jié)約了能耗。

圖1 防火控制分區(qū)劃分示意圖Fig.1 Division diagram of fire control zones

3.3 安全疏散對(duì)策

鐵路旅客車站的高架候車廳往往利用通向站臺(tái)的進(jìn)站樓梯作為疏散樓梯。通過合理布置進(jìn)站樓梯的位置，可以有效縮短人員疏散距離，提高安全性。另外，候車廳內(nèi)會(huì)設(shè)置一些敞開樓梯，連通進(jìn)站集散廳、高架夾層，對(duì)于一般建筑而言，敞開樓梯不能作為疏散設(shè)施，但對(duì)于鐵路站房這一類特殊建筑物，其公共空間相互連通，大空間內(nèi)可燃物較少，且敞開樓梯為旅客較容易發(fā)現(xiàn)和熟悉的疏散設(shè)施，符合旅客使用習(xí)慣?？紤]其特殊的使用功能和建筑特點(diǎn)，通向公共區(qū)的敞開樓梯作為人員疏散出口，可適當(dāng)加強(qiáng)疏散誘導(dǎo)設(shè)計(jì)。

在人員疏散路徑上，會(huì)經(jīng)過安檢通道和閘機(jī)，這些設(shè)施可能成為阻擋人員流暢通行的障礙物，因此，對(duì)于安檢區(qū)分隔欄板和閘機(jī)兩側(cè)應(yīng)設(shè)置活動(dòng)式柵欄或疏散平開門，嚴(yán)禁落鎖，火災(zāi)時(shí)應(yīng)處于可開啟狀態(tài)。地面設(shè)置明顯的疏散指示標(biāo)志。

3.4 加強(qiáng)煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

擴(kuò)大防火分區(qū)空間高大，具有較大的儲(chǔ)煙能力，一般在站房上部開設(shè)頂窗及高側(cè)窗進(jìn)行自然排煙，如圖2。其空間凈高度遠(yuǎn)大于9m，按照規(guī)范的規(guī)定，各防煙分區(qū)之間可不設(shè)置擋煙設(shè)施。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017中的計(jì)算方法，按照軸對(duì)稱型煙羽流，根據(jù)火災(zāi)熱釋放速率、清晰高度等參數(shù)，一般情況下每個(gè)防煙分區(qū)所需自然排煙窗有效開啟面積約為70m2[5]。由于擴(kuò)大防火分區(qū)空間尺寸大，中部區(qū)域開設(shè)頂窗的條件常常有限，針對(duì)實(shí)際工程案例中遇到的情形，建議采用平均每個(gè)防煙分區(qū)自然排煙窗有效開啟面積滿足規(guī)范要求的處理方式，加強(qiáng)對(duì)自然排煙窗的控制功能，可設(shè)置防失效保護(hù)功能、與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能、遠(yuǎn)程控制開啟功能和手動(dòng)開啟功能。距排煙窗的距離原則上按30m控制，中部局部區(qū)域按不大于37.5m控制。值得注意的一點(diǎn)是，只有在具備自然對(duì)流條件時(shí)才可按照37.5m控制排煙距離，此時(shí)防煙分區(qū)長邊應(yīng)不大于75m，且煙氣可從兩端排出室外。高架站房多數(shù)情況并不完全滿足此條件，故需謹(jǐn)慎對(duì)待。

圖2 某高架站房自然排煙窗布置示意圖Fig.2 Layout diagram of natural smoke vents in an elevated railway station

3.5 滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于防火分區(qū)面積擴(kuò)大，因而滅火系統(tǒng)可適當(dāng)加強(qiáng)，如對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用快速響應(yīng)噴頭，增設(shè)移動(dòng)式高壓細(xì)水霧滅火裝置等。滅火系統(tǒng)的加強(qiáng)措施無需一概而論，可根據(jù)建筑實(shí)際情況和預(yù)測的火災(zāi)危險(xiǎn)程度酌情采取加強(qiáng)措施。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)消火栓的布置存在一定難度。高架候車廳建筑面積大，空間較為空曠，部分區(qū)域難以設(shè)置室內(nèi)消火栓，造成消火栓布置間距超過30m。由于人員活動(dòng)層面為高架候車廳地面，室內(nèi)消火栓的布置僅考慮地面保護(hù)，即水槍充實(shí)水柱地面投影長度按水槍充實(shí)水柱長度計(jì)算，不考慮水槍傾角，則消火栓保護(hù)半徑=消防水帶長度×消防水帶彎曲折減系數(shù)+水槍充實(shí)水柱長度。通過加密每列消火栓的布置間距，使得室內(nèi)消火栓的布置滿足同一平面有2股充實(shí)水柱能夠同時(shí)到達(dá)任何部位的要求[6]。

3.6 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高架候車廳位于站場正上方。站場主要的火災(zāi)類型為列車車廂火災(zāi)。關(guān)于列車車廂火災(zāi)，不同的類型決定了不同的火災(zāi)規(guī)模。普通列車車廂火災(zāi)持續(xù)時(shí)間較長，其最大熱釋放速率一般均不超過16.0MW，且其在較高熱釋放速率的時(shí)間較短，而對(duì)于有軟座或臥鋪的列車，其最大熱釋放速率則大于16.0MW。根據(jù)《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》TB 10020-2017，火災(zāi)規(guī)模應(yīng)按線路運(yùn)行的列車類型確定，動(dòng)車組可采用15.0MW，普通旅客列車可采用20.0MW[7]。

由于列車車廂火災(zāi)規(guī)模很大，站場區(qū)域一旦起火，對(duì)于其上方高架候車廳勢必有所影響。人員主要層面在高架層，加強(qiáng)高架候車廳結(jié)構(gòu)耐火極限就顯得十分必要。對(duì)于建筑體量巨大的大型旅客車站或特大型旅客車站，可考慮適度提高高架層覆蓋范圍內(nèi)的站臺(tái)上方樓板，如提高耐火極限0.5h以上，如圖3。

圖3 高架層樓板耐火極限加強(qiáng)位置示意圖Fig.3 Reinforced position diagram of elevated floor fire resistance

4 出站通道防火設(shè)計(jì)策略

根據(jù)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》TB 10063-2016的規(guī)定，無商業(yè)設(shè)施的旅客出站地道可按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，即僅限人員通行的四類交通隧道，沒有強(qiáng)制要求設(shè)置消防給水系統(tǒng)、排煙設(shè)施和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)[1-2,8]。而對(duì)于實(shí)際工程，出站地道的寬度、連通區(qū)域、通風(fēng)條件各不相同，在不設(shè)置商業(yè)設(shè)施的情況下統(tǒng)一按城市四類交通隧道的設(shè)計(jì)要求處理存在一定不合理性。根據(jù)可能遇到的情況，將出站通道的防火設(shè)計(jì)策略分為以下3種情況進(jìn)行討論。

4.1 兩端連通室外的出站通道

對(duì)于無商業(yè)設(shè)施、兩端直接連通室外廣場的出站通道，其內(nèi)基本無可燃物，且有較好的自然通風(fēng)條件，與城市四類交通隧道情況相似，按規(guī)范要求，可按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道進(jìn)行防火設(shè)計(jì)[1]。

4.2 兩端未連通室外的出站通道

對(duì)于無商業(yè)設(shè)施、兩端未連通室外廣場的出站通道，連接區(qū)域情況復(fù)雜，最好與連接區(qū)域做好防火分隔措施，這樣首先阻斷了相鄰區(qū)域?qū)Τ稣就ǖ赖挠绊?。?duì)于出站通道本身，其內(nèi)雖基本無可燃物，但兩端沒有直通室外的條件，建議考慮設(shè)置必要的消防設(shè)施，提高通道安全性能。

4.3 面寬較大的出站通道

對(duì)于個(gè)別站房，出站通道面寬較大，且直接連通室外廣場，此種情形下，出站通道內(nèi)可能會(huì)布置一些設(shè)備用房、服務(wù)臺(tái)等，不完全類似城市隧道特征。結(jié)合建筑特點(diǎn)，可考慮將出站通道定性為準(zhǔn)安全區(qū)，即人員疏散的過渡區(qū)域。

5 結(jié)論

鐵路高架站房由于其建筑特點(diǎn)和使用功能的特殊性，在防火設(shè)計(jì)上存在一些常見的消防安全問題，主要集中在防火分區(qū)劃分、安全疏散設(shè)計(jì)、煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建筑性質(zhì)認(rèn)定4個(gè)方面。針對(duì)上述常見消防安全問題，基于該類交通建筑火災(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)，分別對(duì)擴(kuò)大防火分區(qū)和出站區(qū)域提出有針對(duì)性的防火設(shè)計(jì)策略，主要結(jié)論如下。

(1)對(duì)于公共空間內(nèi)高火災(zāi)荷載區(qū)域，可通過“防火艙”“防火單元”等一套較為完善的防火分隔方式進(jìn)行處理，防止公共空間受到高火災(zāi)荷載區(qū)域的影響。

(2)對(duì)于無法采用傳統(tǒng)的實(shí)體分隔構(gòu)件進(jìn)行防火分隔的候車空間，可劃分防火控制分區(qū)，控制火災(zāi)蔓延，同時(shí)用于消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。

(3)通向公共區(qū)的敞開樓梯可考慮作為人員疏散出口。

(4)為減小防火分區(qū)擴(kuò)大帶來的不利影響，在消防系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火性能設(shè)計(jì)上需適度加強(qiáng)。

(5)出站通道的防火設(shè)計(jì)需結(jié)合實(shí)際工程情況考慮，包括與周邊空間的連通關(guān)系、面寬等因素。