地鐵車輛段運(yùn)用庫防火設(shè)計的探討

謝天光工程師 路世昌副研究員 黃益良助理研究員

(1.應(yīng)急管理部天津消防研究所 天津 300381； 2.天津盛達(dá)安全科技有限責(zé)任公司 天津 300382)

0 引言

地鐵車輛段運(yùn)用庫是列車停放、檢修、洗車和保養(yǎng)維護(hù)的重要基地，其主要功能是對列車進(jìn)行日常檢修、周月檢以及存放和整備運(yùn)營的地鐵車輛，是所有地鐵車輛段中使用頻率最高的單體建筑。地鐵車輛段運(yùn)用庫一般由雙周/三月檢庫、停車列檢庫以及辦公組合建造而成。我國目前現(xiàn)有車輛基地運(yùn)用庫約50個，其中大部分都進(jìn)行了上蓋開發(fā)，即在運(yùn)用庫上部修建住宅等民用建筑，在土地得到集約利用的同時，也對建筑本身的防火設(shè)計提出更高要求。

地鐵車輛段運(yùn)用庫面積較大，受停放地鐵車輛影響，運(yùn)用庫內(nèi)人員需要先疏散到消防車道，然后沿消防車道疏散至室外安全區(qū)域，造成運(yùn)用庫內(nèi)人員實(shí)際疏散距離過長；由于地鐵車輛基地上部多進(jìn)行了上蓋物業(yè)開發(fā)，使得部分消防車道位于蓋板下方，且相關(guān)建設(shè)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對車輛段基地地下消防車道的具體要求尚無明確規(guī)定。因此，有必要對此類建筑的防火設(shè)計開展研究，運(yùn)用消防工程學(xué)方法進(jìn)行分析論證，確保其消防安全設(shè)計能夠達(dá)到規(guī)范要求的同等水平。

1 工程概況

本項目用地長約750m，寬約200m，總建筑面積約10.2×10m，由于上蓋開發(fā)建設(shè)綠地公園，整個停車場運(yùn)用庫采用全地下建筑。從地面至底板，埋深約為14m。運(yùn)用庫在功能上分為3部分：辦公管理區(qū)、咽喉及道岔區(qū)、停車列檢區(qū)，其中咽喉及道岔區(qū)為無人區(qū)。運(yùn)用庫平面和橫剖面圖，如圖1、2。

2 防火設(shè)計難點(diǎn)

根據(jù)地鐵車輛段運(yùn)用庫的使用功能、土地利用等需要，將其設(shè)置在地下。地下停車場消防車道的具體要求及其安全保障措施目前尚無相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定，需要運(yùn)用消防工程學(xué)原理進(jìn)行論證分析，確保達(dá)到國家建設(shè)工程消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同等水平。其防火設(shè)計難點(diǎn)主要為：

(1)庫房列車停車位下面設(shè)置有檢修坑且常有列車停放，庫內(nèi)人員實(shí)際疏散路徑往往會被車輛阻隔，造成人員疏散距離過長，當(dāng)不能滿足疏散距離時，可采取檢修坑之間聯(lián)通，把出入口置于庫房外與消防車道相鄰，視為達(dá)到安全區(qū)，但相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對消防車道的技術(shù)要求尚未明確規(guī)定。

(2)由于車輛基地有部分消防車道位于蓋板下方，需要對消防車道提出加強(qiáng)性技術(shù)措施，確保消防車道安全性。

綜上所述，在火災(zāi)情況下為最大限度地保證滅火救援行動順利開展，同時給庫內(nèi)人員安全疏散創(chuàng)造更有利條件，需要采取技術(shù)措施保障消防車道的安全性并對其可行性進(jìn)行分析論證。

圖1 運(yùn)用庫平面功能區(qū)分布圖Fig.1 Distribution map of the functional areas of the rail transit vehicle depot

圖2 運(yùn)用庫橫剖面圖Fig.2 The cross section of the rail transit vehicle depot

3 防火設(shè)計方案

為解決運(yùn)用庫內(nèi)人員疏散距離過長問題，同時最大限度保證火災(zāi)情況下在消防車道內(nèi)開展滅火救援的安全性，針對本項目的消防設(shè)計目標(biāo)，本文從消防車道、防火分隔、安全疏散以及消防設(shè)施等方面提出加強(qiáng)性技術(shù)措施，并通過數(shù)值模擬方式進(jìn)行驗(yàn)證性分析。

3.1 消防車道

(1)在地下運(yùn)用庫周邊設(shè)置消防車道，消防車道通往地面的出入口不少于2個，消防車道在運(yùn)用庫周圍形成環(huán)形車道，消防車道寬度不小于4m，消防車道兩側(cè)建筑或墻體之間距離不宜小于9m，局部位置設(shè)置疏散樓梯突出外墻導(dǎo)致間距小于9m時，兩側(cè)均采用防火墻及甲級防火門。環(huán)形消防車道示意圖，如圖3。

(2)運(yùn)用庫的環(huán)形消防車道區(qū)域上空設(shè)置敞開式開口，開口面積不小于消防車道地面面積的30%，且均勻布置，開口間距不宜大于60m。

圖3 運(yùn)用庫環(huán)形消防車道示意圖Fig.3 Schematic diagram of the circular fire lane of the rail transit vehicle depot

3.2 防火分隔

(1)運(yùn)用庫內(nèi)的定/臨修庫、車間備品庫、調(diào)機(jī)工程車庫等區(qū)域整體劃分為一個防火分區(qū)，采用耐火極限不低于3.00h的防火墻和甲級防火門與停車列檢庫區(qū)域進(jìn)行防火分隔；調(diào)機(jī)工程車庫、車間備品庫采用耐火極限不低于2.00h的防火隔墻和乙級防火門與定/臨修庫進(jìn)行防火分隔。防火分隔示意圖，如圖4。

運(yùn)用庫與消防車道之間設(shè)置耐火極限不低于3.00h的防火墻進(jìn)行分隔，防火墻上設(shè)置的連通口采用乙級防火門進(jìn)行防火分隔，運(yùn)用庫與咽喉區(qū)相鄰的一側(cè)由于列車通行無法采用防火墻進(jìn)行分隔，建議在咽喉區(qū)末端設(shè)置擋煙垂壁防止火災(zāi)煙氣蔓延。

(2)整個地下空間內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓、降壓混合變電所、維修樓、綜合樓、物資庫房、消防水泵房等部分采用甲級防火門窗及防火墻與地下空間的其他部位進(jìn)行防火分隔，各附屬建筑按地下建筑相關(guān)規(guī)定設(shè)計。

(3)除不燃燒地面和墻面的飾面涂層(結(jié)合具體位置飾面涂層有可能使用B1級材料)外，停車列檢庫、雙周/三月檢庫、定/臨修庫、調(diào)機(jī)工程車庫、車間備品庫等區(qū)域及停車場其他公共區(qū)域均采用A級材料。

(4)停車場地下空間內(nèi)，未劃入單體建筑的公共區(qū)域，僅供人員通行，不用于停放車輛、放置任何可燃物等用途。

3.3 安全疏散

(1)運(yùn)用庫內(nèi)任一點(diǎn)疏散至消防車道或相鄰防火分區(qū)的距離不大于60m。運(yùn)用庫內(nèi)的墻體上適當(dāng)位置增設(shè)甲級防火門便于停車列檢庫內(nèi)的人員疏散。

運(yùn)用庫內(nèi)股道之間根據(jù)工藝要求需要設(shè)置圍蔽，圍蔽設(shè)施上增設(shè)人員疏散門，因管理需要設(shè)置門禁時，應(yīng)確保火災(zāi)時不使用任何鑰匙等工具就易于打開，并在顯著位置設(shè)置使用提示的標(biāo)識。

當(dāng)運(yùn)用庫通過消防車道疏散時，運(yùn)用庫疏散至消防車道的疏散門與消防車道旁設(shè)置的疏散樓梯距離不大于60m，疏散樓梯的凈寬度不小于1.1m。

(2)調(diào)機(jī)工程車庫、車間備品庫之間增設(shè)一條寬度不小于1.4m的疏散通道，便于停車列檢庫人員直接疏散至消防車道敞開區(qū)域，增設(shè)疏散通道位置示意圖，如圖5。

圖4 運(yùn)用庫防火分隔示意圖Fig.4 Schematic diagram of fire separation of the rail transit vehicle depot

圖5 調(diào)機(jī)工程車庫、車間備品庫之間增設(shè)疏散通道示意圖Fig.5 Schematic diagram of adding evacuation passageway between the garage andthe spare parts warehouse of the shunting engineering

(3)停車場地下空間內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓、降壓混合變電所、維修樓、綜合樓、物資庫房、消防水泵房等建筑內(nèi)人員可利用相鄰下沉式廣場進(jìn)行疏散。

3.4 消防設(shè)施

(1)咽喉區(qū)與運(yùn)用庫之間的消防車道兩側(cè)設(shè)置擋煙垂壁，擋煙垂壁距離蓋板底不小于2m，并宜設(shè)置至接觸網(wǎng)上部。

運(yùn)用庫內(nèi)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)，根據(jù)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51298-2018第8.2.4條規(guī)定，防煙分區(qū)包含軌道區(qū)時，按列車設(shè)計火災(zāi)規(guī)模計算排煙量；防煙分區(qū)面積等根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017第4.2.4條相關(guān)要求確定。

運(yùn)用庫內(nèi)建議考慮補(bǔ)風(fēng)設(shè)施，運(yùn)用庫與咽喉區(qū)相鄰一側(cè)墻體上的開口可作為自然補(bǔ)風(fēng)設(shè)施，自然補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速不大于3m/s，補(bǔ)風(fēng)口面積按運(yùn)用庫與咽喉區(qū)相鄰一側(cè)墻體開口面積、對應(yīng)消防車道通往地面的開口面積較小值計算。開口的自然補(bǔ)風(fēng)不能滿足要求時，建議增設(shè)機(jī)械補(bǔ)風(fēng)設(shè)施。

(2)運(yùn)用庫設(shè)置自動滅火系統(tǒng)可采用大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)或自動噴水滅火系統(tǒng)，并宜采用自動噴水滅火系統(tǒng)；當(dāng)采用大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)時，滿足任意一點(diǎn)2股水柱同時達(dá)到。

(3)咽喉區(qū)、運(yùn)用庫內(nèi)均應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，并設(shè)置手動報警按鈕。設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，覆蓋庫區(qū)所有區(qū)域。

(4)運(yùn)用庫、咽喉區(qū)等區(qū)域均設(shè)置消火栓系統(tǒng)。消防車道邊設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)；庫區(qū)內(nèi)部設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓的布置間距需考慮列車遮擋影響后，仍確保2股水柱同時到達(dá)庫內(nèi)任意一點(diǎn)。

(5)停車場內(nèi)除運(yùn)用庫、咽喉區(qū)、各輔助單體建筑外的其他公共區(qū)域建議設(shè)置自動滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和消火栓系統(tǒng)。

4 可行性分析

4.1 數(shù)值模擬

針對設(shè)定的防火設(shè)計目標(biāo)，綜合運(yùn)用消防工程原理采用火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件FDS對運(yùn)用庫內(nèi)著火后煙氣流動情況進(jìn)行分析，同時采用人員疏散軟件Pathfinder對運(yùn)用庫內(nèi)人員經(jīng)消防車道進(jìn)行疏散的安全性進(jìn)行定量分析。根據(jù)建筑使用功能、平面布局和可燃物分布情況，設(shè)定運(yùn)用庫內(nèi)的停車列檢庫區(qū)域、定/臨修庫內(nèi)的地鐵列車發(fā)生火災(zāi)，火源位置，如圖6?？扇嘉锞鶠榈罔F列車，火災(zāi)增長系數(shù)按照快速火取值為0.046 89kw/s，火災(zāi)最大熱釋放速率參照《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51298-2018有關(guān)規(guī)定，同時結(jié)合工程實(shí)際取值為7.5MW。所有設(shè)定火災(zāi)場景均考慮自動滅火系統(tǒng)失效的不利情況，通過排煙系統(tǒng)有效和失效的排列組合，共設(shè)定5組10個設(shè)定火災(zāi)場景進(jìn)行模擬計算，見下表，其中設(shè)定場景A1的能見度模擬情況，如圖7。

表 設(shè)定火災(zāi)場景匯總表Tab. Summary of fire scenarios

圖6 火源位置示意圖Fig.6 Schematic diagram of fire source location

4.2 安全性分析

針對本項目提出的防火設(shè)計優(yōu)化方案，通過對設(shè)定火災(zāi)場景和疏散場景進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對比各個設(shè)定場景下的人員可用疏散時間和必需疏散時間,其分析結(jié)果表明:在模擬時間內(nèi)，消防車道內(nèi)清晰高度處的最低能見度沒有達(dá)到設(shè)定危險能見度10m，最高溫度沒有達(dá)到設(shè)定危險溫度60℃，CO最高濃度為1ppm，低于設(shè)定的危險濃度500ppm，當(dāng)前的設(shè)計方案能保證運(yùn)用庫內(nèi)人員通過消防車道進(jìn)行疏散的安全性。通過對不同火源位置開展數(shù)值模擬分析，可得到以下結(jié)論：

(1)運(yùn)用庫內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，在排煙系統(tǒng)有效啟動的情況下，可在較長時間內(nèi)(大于30min)維持較為安全的人員疏散環(huán)境。

(2)運(yùn)用庫內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，在排煙系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)均失效時，運(yùn)用庫內(nèi)人員可用疏散時間相對較短，人員疏散安全裕度較低。

(3)在設(shè)定火災(zāi)場景假定條件下，運(yùn)用庫內(nèi)靠近環(huán)形消防車道部位發(fā)生火災(zāi)時，消防車道可在較長時間內(nèi)維持人員疏散的安全環(huán)境，火災(zāi)后期4m高度處的能見度受到火災(zāi)煙氣影響，但相關(guān)判定指標(biāo)均未到達(dá)極限數(shù)值。運(yùn)用庫內(nèi)人員能夠通過設(shè)置在消防車道旁的疏散樓梯疏散到室外，疏散設(shè)計能夠保證人員的安全疏散。

5 結(jié)論

地鐵車輛段運(yùn)用庫作為一類特殊建筑，由于使用功能和土地節(jié)約利用等需要，設(shè)計上一般位于地下，由此帶來了庫內(nèi)人員安全疏散以及滅火救援等相關(guān)的消防設(shè)計問題。地鐵車輛運(yùn)用庫地下消防車道的具體要求及其安全保障措施目前尚無相關(guān)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，本文結(jié)合工程實(shí)例從滅火救援、防火分隔、安全疏散以及防排煙系統(tǒng)等方面進(jìn)行防火設(shè)計分析研究，在滿足工藝需求的同時，能夠確保消防車道的安全性，同時滿足庫內(nèi)人員安全疏散的消防設(shè)計目標(biāo)，為今后類似工程的消防設(shè)計提供技術(shù)參考。