西安站地下人員交叉空間的特殊消防設(shè)計研究

暢若妮高級工程師 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

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，高鐵也迎來了自己的快速發(fā)展期，城市間的交通網(wǎng)越來越發(fā)達(dá)，正逐步向以交通樞紐為關(guān)鍵節(jié)點發(fā)展衛(wèi)星城市群模式的方向邁進(jìn)。高鐵在其中發(fā)揮著不可或缺的作用，隨著高鐵站房型式越來越多樣化，針對一些具有自身特殊性的站房，如何制定針對性的特殊消防設(shè)計方案既能滿足工程建設(shè)自身的需求，又能滿足建筑本身的消防安全，具有重大的戰(zhàn)略意義。

1 工程概況

既有西安站為客貨共線鐵路客站，站場規(guī)模為5臺9線?？偨ㄖ娣e約32 982m2。本次改擴建工程包括新建北站房及高架候車室、新建東配樓、地下通道及快速進(jìn)站廳、站臺雨棚及南站房改造部分。改擴建后西安站由線側(cè)式站房調(diào)整為高架跨線式站房，新增站房總建筑面積增大至134 062m2，站場規(guī)模擴大為9臺18線。站房地上主體為2層，站臺層和高架層局部均設(shè)有夾層，地下為出站層和快速進(jìn)站廳夾層?？偲矫娌季?，如圖1。

圖1 總平面布局圖Fig.1 General layout plan

地下空間位于-12.000m標(biāo)高，層高為8.20m，設(shè)置有出站地道、市政通道、快速進(jìn)站廳及夾層、地鐵換乘通道、設(shè)備及輔助用房等。地下空間平面和剖面，如圖2、3。

圖2 出站層平面圖Fig.2 Underground space layout plan

圖3 地下層剖面圖Fig.3 Cutaway view

改擴建后的西安站站房，軌道交通4號線和7號線在站房下方設(shè)站，其中地鐵7號線與鐵路線路平行，4號線與鐵路線路斜交叉，地鐵換乘廳位于站房出站層，與國鐵站房形成平層換乘。

2 工程地下人員交叉空間特點

本次改擴建后的站房出站層設(shè)置于地下，同時為方便旅客多途徑快速進(jìn)站，在地下還設(shè)置有快速進(jìn)站廳。改擴建后，由于軌道交通4號線和7號線在站房下方設(shè)站，地鐵換乘廳與站房地下空間貼鄰，與國鐵站房形成平層換乘。因此，地鐵換乘人員、快速進(jìn)站人員和出站人員均會在此地下空間聚集，出站人員通過市政通道出站，地鐵換乘人員和快速進(jìn)站的人員通過此空間進(jìn)站，造成同一空間人員有進(jìn)有出，國鐵與地鐵人員相互交叉的情況。上述功能設(shè)置特點和人員流線交叉情況一定程度影響到此區(qū)域的消防安全。

3 地下空間主要消防安全問題

本工程地下空間體量較大，火災(zāi)時人員疏散至室外安全區(qū)域的距離遠(yuǎn)超現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求。由于要保持鐵路運營的連續(xù)性，無法按現(xiàn)行防火設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，因此，采取什么樣的消防技術(shù)措施將該地下空間作為人員疏散準(zhǔn)安全區(qū)是本工程需要論證分析的問題。這也是本工程地下空間的消防設(shè)計難點。

4 地下空間消防設(shè)計原則和策略

4.1 消防設(shè)計基本原則

(1)應(yīng)參考執(zhí)行《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB 10063-2016和《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中的相關(guān)要求[1-2]。

(2)不同功能分區(qū)之間首先要做好防火分區(qū)/分隔措施，將火災(zāi)風(fēng)險初步控制在單個防火分區(qū)內(nèi)；然后，對于單個防火分區(qū)內(nèi)高火災(zāi)荷載區(qū)域通過防火分隔措施、排煙設(shè)施和裝修材料控制等技術(shù)措施加強控制，將火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)一步控制在更小范圍內(nèi)。

(3)地下空間環(huán)境應(yīng)盡量具備流通性好、火災(zāi)風(fēng)險低和與室外空間連通性好的特點。

(4)消防系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范。

4.2 防火分區(qū)/分隔策略

4.2.1 與地鐵區(qū)域間防火分隔策略

地鐵換乘通道在設(shè)計紅線附近適當(dāng)位置設(shè)置雙道特級防火卷簾進(jìn)行防火分隔，分別由鐵路運營部門和地鐵運營部門控制，嚴(yán)禁火災(zāi)時地鐵換乘廳人員疏散至該地下空間；地鐵換乘通道兩側(cè)應(yīng)為防火墻，設(shè)備和管理用房與地鐵換乘通道之間的連通門應(yīng)為甲級防火門。

4.2.2 快速進(jìn)站廳防火分隔策略

(1)快速進(jìn)站廳與地鐵換乘通道之間應(yīng)設(shè)置防火墻。

(2)快速進(jìn)站廳與市政通道之間采取耐火極限不低于1.00h的防火分隔措施，可采用耐火極限不低于1.00h的C類防火玻璃(自噴保護)。

4.2.3 功能房間防火分隔策略

(1)地下空間內(nèi)集中布置的具有獨立疏散條件的設(shè)備/辦公用房應(yīng)獨立劃分防火分區(qū)。

(2)地下空間內(nèi)分散布置且無獨立疏散條件的設(shè)備和辦公用房按防火單元進(jìn)行設(shè)計。

(3)出站地道、市政通道和快速進(jìn)站廳夾層嚴(yán)格禁止商業(yè)經(jīng)營活動。

(4)快速進(jìn)站廳嚴(yán)格限制商業(yè)經(jīng)營活動，原則上不得設(shè)置商業(yè)店鋪，確因服務(wù)功能要求，可少量設(shè)置，但應(yīng)滿足以下防火設(shè)計要求：嚴(yán)格控制單個商業(yè)店鋪的面積不大于100m2；與相鄰空間采用耐火極限不低于2.00h的防火隔墻(或A類防火玻璃)和甲級防火門進(jìn)行分隔；店鋪內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)，利用門洞自然補風(fēng)；商業(yè)店鋪頂板、墻面采用A級不燃材料；固定家具如貨架、柜臺等宜采用A級不燃材料，其他裝修及可移動家具采用不低于B1級材料(不含窗簾等軟裝飾，窗簾應(yīng)采取經(jīng)阻燃處理的織物)[1]。

4.3 疏散設(shè)計策略

基于此地下空間功能設(shè)置的復(fù)雜性和特殊性，盡量營造一個流通性好、火災(zāi)風(fēng)險低、與室外空間連通性較好的地下空間環(huán)境。本工程地下空間應(yīng)創(chuàng)造條件在市政通道兩端設(shè)置下沉廣場或敞開樓梯直通室外，保證與室外空間的最佳連通性。

4.3.1 地鐵區(qū)域疏散設(shè)計

地鐵區(qū)域人員應(yīng)獨立疏散，疏散設(shè)計按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行，不應(yīng)通過該地下空間進(jìn)行疏散。

4.3.2 快速進(jìn)站廳疏散設(shè)計

(1)站臺區(qū)可作為人員疏散安全區(qū)。

(2)快速進(jìn)站廳可先向市政通道疏散，再疏散到室外安全區(qū)；或經(jīng)夾層通道向站臺區(qū)進(jìn)行疏散；也可通過疏散樓梯間向站臺區(qū)疏散。

(3)通向疏散出口的閘機火災(zāi)時應(yīng)處于可開啟狀態(tài)，地面設(shè)置明顯的燈光疏散指示標(biāo)志。

4.3.3 其它公共區(qū)疏散設(shè)計

(1)在市政通道北側(cè)設(shè)置下沉廣場，南側(cè)設(shè)置通往室外的敞開樓梯，該空間則具有火災(zāi)風(fēng)險低、空間互通、與室外空間連通性較好的特點，可作為人員疏散安全區(qū)。

(2)市政通道和地鐵換乘通道人員可通過兩端的敞開樓梯和下沉廣場疏散；下沉廣場作為人員疏散的安全區(qū)，其防火設(shè)計應(yīng)滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014的要求。

(3)出站地道人員可通過敞開樓梯向站臺區(qū)疏散，或通過市政通道進(jìn)一步向室外疏散。

(4)通向疏散出口的閘機火災(zāi)時應(yīng)處于可開啟狀態(tài)，地面設(shè)置明顯的燈光疏散指示標(biāo)志。

4.4 煙控系統(tǒng)設(shè)計

(1)出站地道按規(guī)范進(jìn)行煙控系統(tǒng)設(shè)計，當(dāng)采用自然排煙方式時，應(yīng)與采取機械排煙方式的市政通道之間設(shè)置擋煙設(shè)施。自然排煙窗還應(yīng)具有防失效保護功能[3]。

(2)市政通道和地鐵換乘通道采取機械排煙方式，可按不大于2 000m2劃分防煙分區(qū)并應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置擋煙設(shè)施[3]，單個防煙分區(qū)設(shè)計機械排煙量不應(yīng)小于12×104m3/h，采用自然補風(fēng)方式。

(3)快速進(jìn)站廳及夾層采取機械排煙方式，按不大于2 000m2劃分防煙分區(qū)并應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置擋煙設(shè)施，單個防煙分區(qū)設(shè)計機械排煙量不應(yīng)小于12×104m3/h，滿足自然補風(fēng)條件時，可采取自然補風(fēng)方式。

4.5 其它消防系統(tǒng)設(shè)計

(1)自動滅火系統(tǒng)可按國內(nèi)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[4]。站房內(nèi)應(yīng)設(shè)置室內(nèi)消火栓和消防軟管卷盤，配置滅火器[5]。

(2)凈空≤12m區(qū)域參考相關(guān)規(guī)范要求采用點型感煙火災(zāi)探測器，凈空>12m區(qū)域采用線型光束感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)、空氣采樣系統(tǒng)或其他適合大空間的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)[6]。

(3)站房公共區(qū)疏散照明地面最低水平照度不低于5.00 lx，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)能保持視覺連續(xù)的燈光疏散指示標(biāo)志。

4.6 火災(zāi)風(fēng)險控制

(1)公共區(qū)頂棚、墻面和地面裝修材料燃燒性能為A級。

(2)廣告燈箱設(shè)置不得影響消防系統(tǒng)的有效性，并不得影響人員疏散路徑的暢通；廣告燈箱主體框架燃燒性能為A級，敷膜及其他材料燃燒性能不低于B1級；廣告燈箱電纜應(yīng)采用低煙無鹵耐火電纜。

5 煙控系統(tǒng)有效性評估

5.1 火災(zāi)煙氣場景設(shè)計

站房地下空間火災(zāi)風(fēng)險較低，火災(zāi)風(fēng)險主要為行李著火，快速進(jìn)站廳內(nèi)還需考慮商鋪火災(zāi)。商鋪按照防火艙概念設(shè)計，對于面積不超過100m2的商鋪，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，西安站地下空間公共區(qū)最大火災(zāi)熱釋放速率按噴淋失效考慮確定為6.00MW。火災(zāi)位于出站層商鋪內(nèi)，考慮商鋪內(nèi)機械排煙失效，火災(zāi)蔓延至市政通道，市政通道開啟機械排煙，自動滅火系統(tǒng)失效的條件。

5.2 煙氣數(shù)值模擬

煙氣數(shù)值模擬采用FDS模型進(jìn)行分析，此模型為場模型，用于分析火災(zāi)中熱煙氣的蔓延過程。首先，采用FDS軟件建立西安站站房三維模型，煙顆粒(Soot)生成量為0.05，火災(zāi)為快速T2火，環(huán)境溫度為26℃，模擬時間為1 200s，模擬結(jié)果,如圖4。

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

5.3 模擬結(jié)果分析

模擬結(jié)果表明，1 200s內(nèi)，除火源上空外，距出站層及快速進(jìn)站廳夾層地面2m高的平面上的能見度均不低于10m，溫度最高不超過60℃，CO濃度未高于500ppm，即排煙方案至少在1 200s內(nèi)可為出站層人員和快速進(jìn)站廳夾層人員的安全疏散提供保證[7-8]。

6 人員疏散安全性評估

6.1 疏散場景設(shè)計

對于改擴建后西安站地下空間旅客人數(shù)計算方法：并按高峰流量法確定疏散人數(shù)?？紤]10%的接站人數(shù)和10%的工作人員，確定該區(qū)域需疏散的人數(shù)。

根據(jù)設(shè)計資料，出站地道和市政通道最遠(yuǎn)步行距離約74m，人員最大通過時間為74s，假設(shè)安檢等待時間1min，則人員在出站廳內(nèi)的停留時間為134s。

本項目改擴建后高峰小時人數(shù)13 000人，站房最高聚集人數(shù)為12 000人，考慮1.40倍的超高峰系數(shù)，超高峰流量為13 000/60×1.40=304人/min，則通道內(nèi)通行旅客人數(shù)為134/60×304=679人；考慮地鐵快速進(jìn)站旅客人數(shù)，保守考慮進(jìn)入市政通道的地鐵人數(shù)按一列列車滿載人數(shù)的50%取值，即1 440×0.50=720人?？紤]接站和工作人員數(shù)量后，人數(shù)為(679+720)×1.20=1 679人。

疏散場景根據(jù)“可信最不利”原則，對應(yīng)火災(zāi)場景設(shè)置相應(yīng)的疏散場景。西安站人員疏散開始時間取180s。

6.2 疏散數(shù)值模擬

西安站采用Pathfinder軟件進(jìn)行疏散模擬，采用Steering行為模型，時間步長為2.50×10-2s，步行速度0.80～1.20m/s正態(tài)分布,該軟件的疏散模擬器可實現(xiàn)對每個個體的運動方式準(zhǔn)確預(yù)測,疏散模擬結(jié)果,如圖5。

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

6.3 模擬分析結(jié)果

模擬分析結(jié)果表明，站房地下空間出站層人員離開本層所需行動時間270s，快速進(jìn)站廳夾層人員離開本層所需行動時間133s，疏散行動時間考慮1.50倍安全系數(shù)，以及疏散開始時間180s，最終出站層人員疏散所需時間為585s，快速進(jìn)站廳夾層人員疏散所需時間為380s。火災(zāi)場景模擬結(jié)果顯示火災(zāi)危險來臨時間不小于1 200s，大于人員所需疏散時間585s和380s，人員安全疏散可以得到保證[7]。

7 結(jié)論

本文基于西安站改擴建工程地下空間功能區(qū)塊設(shè)置復(fù)雜、人員交叉流動性大、空間互通一體的特點和盡量降低對鐵路運營連續(xù)性的干擾，提出將快速進(jìn)站廳與周邊區(qū)域做好防火分隔，市政通道和出站地道的一體空間作為出站層人員疏散的準(zhǔn)安全區(qū)，解決了出站層人員疏散距離過長和防火分區(qū)面積過大的問題，保證了出站層的消防安全。為今后同類型復(fù)雜程度的鐵路站房特殊消防設(shè)計提供一定的借鑒價值。