軌道交通建筑防火設計及其實施效果模擬研究

王 超

（中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心山西總隊，山西 太原 030031）

0 引言

城市軌道交通屬于城市發(fā)展的一種代表性標志[1]。軌道交通站點的相關建筑一般來說空間較小，如果防火設計有欠缺，一旦出現(xiàn)火災，乘客逃生會面臨困難。因此，在軌道交通建筑的設計和建設中應重點考慮防火問題，應堅持預防為主，消防為輔[2]的原則。從當前的實際情況看，傳統(tǒng)的防火設計，已無法滿足當下軌道交通建筑的安全需求，必須以更完善、更科學的防火設計來提升軌道交通建筑的防火效果，提高人員疏散效率。本文結合案例工程介紹軌道交通建筑的防火設計，并利用模擬分析軟件研究設計方案實施的效果。

1 工程概況

某市軌道交通某車站站內建筑共兩層，其中負一層為站廳層，負二層為站臺層，共包含8 個區(qū)域，包含兩個出站口，分別為南站和北站，南站與北站各包含兩個疏散口。該軌道交通車站內負一層公共區(qū)第一個區(qū)域，不包含軌行區(qū)，設有4 個疏散口；負一層北側靠近小里程端設備區(qū)屬于第二個區(qū)域；負一層北側中部設備區(qū)屬于第三個區(qū)域；負一層南側接近大里程端設備區(qū)屬于第四個區(qū)域。負二層中部公共區(qū)為第五個區(qū)域；負二層兩側設備區(qū)劃分成2 個區(qū)域，作為第六個區(qū)域、第七個區(qū)域，軌行區(qū)為第八個區(qū)域。各區(qū)域的面積如表1所示。

表1 該軌道交通車站各區(qū)域的面積（單位：m2）

2 軌道交通建筑的防火設計

2.1 軌道交通建筑的防火分區(qū)劃分

負一層與負二層的公共區(qū)需劃分成一個防火分區(qū)，即第一個區(qū)域。設備管理區(qū)與負一層、負二層的公共區(qū)需劃分成不同的防火分區(qū)，且各防火分區(qū)的面積需低于1600m2。負二層兩側設備區(qū)中，較大設備區(qū)分為兩個防火分區(qū)，其面積需低于1600m2；另一端較小設備區(qū)也分為兩個防火分區(qū)，且面積需低于300m2，可降低機械排煙設備的設置數(shù)量[3]。2個防火分區(qū)間需設置防火墻，其耐火極限需超過3.5h。防火分區(qū)樓板的耐火極限需超過1.8h。出現(xiàn)火災情況下，軌道交通車站內需要運行的房間，需應用耐火極限超過2.5h 的防火分隔墻，將其和其余區(qū)域隔開[4]。

2.2 軌道交通建筑的防煙分區(qū)劃分

軌道交通車站環(huán)境封閉性較強，在出現(xiàn)火災情況下，其高溫濃煙傳播速度較快[5]。為此，需要在軌道交通車站內劃分防煙分區(qū)。負一層與負二層的公共區(qū)內，各防煙分區(qū)面積需低于2100m2，設備管理區(qū)的各防煙分區(qū)面積需低于800m2，防煙分區(qū)不可跨越防火分區(qū)[6]。鄰近防煙分區(qū)間需設置擋煙垂壁。負二層至負一層的樓梯、扶梯口處也需設置擋煙垂壁，燃燒性能等級是A級。

擋煙垂壁的高度需低于450mm，與地面的距離需超過2.5m。頂板突出位置超過450mm 的結構梁，均可當作擋煙垂壁[7]。當擋煙垂壁屬于非固定型時，需確保出現(xiàn)火災情況下能夠和火災探測器聯(lián)動，迅速下降至指定位置。

2.3 軌道交通建筑的防火墻設計

在軌道交通車站的梁與混凝土等結構上，嚴格依據(jù)施工需求，設計防火墻。不可在防火墻面上任意打洞，防火墻上設置甲級防火門，開啟方向為人員疏散方向[8]。

在有管道穿過防火墻時，需利用防火封堵材料，堵住兩者間的洞口，提升密實效果。防火封堵材料需選擇燃點高，且不會形成有害氣體的材料，同時需設置排氣道[9]。為防止破壞閥體，需輕輕安裝防火墻。閥體和消防栓的前后距離控制在105mm 左右，左右距離控制在205mm 左右，前后左右的偏差需控制在4.5mm 以內。閥體和地面的距離控制在1.05m 左右，偏差控制在1.2cm 以內。消火栓的耐火時間需超過規(guī)范耐火時間[10]，如果消火栓耐火時間低于規(guī)范耐火時間，需利用防火背襯板提升消火栓耐火時間。

2.4 軌道交通建筑的防火門與防火窗設計

按照軌道交通車站的施工需求，該車站內防火門與防火窗的耐火等級均需超過3.5h。防火墻與防火窗需要滿足以下條件：

（1）防火墻與防火窗需具備自動功能。

（2）雙扇防火門不可隨意關閉，需按照設定的順序依次關閉。

（3）常開防火門可在出現(xiàn)火災情況下自行關閉，同時包含信息反饋與手動開啟等功能。若防火門與防火墻安裝在變形縫處，防火門與防火墻開啟后，門扇不可超過變形縫。

（4）門扇均需符合軌道交通建筑設計需求。以耐火極限超過3.5h 的特級防火卷簾為防火分隔，其兩側門窗與洞口的橫向距離均需符合建筑需求。若不能滿足建筑需求，則改用乙級防火墻。

（5）樓梯間的疏散門需選擇甲級防火門，管徑檢修門需選擇乙級防火門，不可在轉角位置安裝防火墻。扶梯材料的耐火極限需超過1.5h。

（6）盡量不在防火墻上設置窗和洞，必須設置窗和洞時，其耐火等級需超過二級，根據(jù)車站實際情況選擇承重結構的防火涂料，該防火涂料應具備較優(yōu)的耐火等級。

（7）軌道交通車站內消防控制室與機房等重要設施的耐火極限均需超過3.0h。

2.5 軌道交通建筑的安全疏散設計

軌道交通車站負二層屬于人員最多的區(qū)域，也屬于乘客下達最深的區(qū)域。通過高峰時期上下車客流與車站的超高峰系數(shù)，決定該車站的樓梯與扶梯數(shù)量。樓梯與扶梯的寬度設置需求為：出現(xiàn)火災時，5min內可將一趟列車內的全部乘客與工作人員撤離負二層。按照車站垂直方向設置樓梯與扶梯，且樓梯與扶梯均需均勻布置。站臺有效長度中，隨機一點與樓梯或扶梯口的距離均需低于45m。單向樓梯寬度需超過2.0m，雙向樓梯寬度需超過3.0m。

在樓梯寬度超過4.0m 情況下，需在樓梯中間位置設置扶手，樓梯建造結構需符合車站建筑模數(shù)。設備區(qū)域的樓梯寬度為1.2m，單面管理用房的疏散道路寬度是1.3m，雙面管理用房的疏散通道寬度是1.6m。防災疏散時間計算公式如下：

式中：Q1——高峰期斷面客流與列車額定載客數(shù)量；

N-1——扶梯損壞不可運行的幾率；

Q2——候車乘客與工作人員數(shù)量；

A1、A2——扶梯、樓梯通過能力；

N——扶梯數(shù)量；

B——樓梯寬度是；

1——代表人的反應時間。

因為車站內扶梯的數(shù)量越來越多，所以一定要考慮扶梯事故，出現(xiàn)火災時，用于疏散乘客與工作人員的樓梯與扶梯，均依據(jù)正常情況下的92%計算。出現(xiàn)火災時，扶梯都要向疏散方向運轉。扶梯供電負荷為一級負荷，但同時需具備雙向運行功能。

軌道交通車站安全出口設置需符合以下要求：

（1）負一層與負二層內各防火分區(qū)的安全出口數(shù)量需超過2 個，負一層直通地面，負二層直接通向防火分區(qū)。鄰近防火分區(qū)連通的防火門為第二個安全出口，各安全出口停留人數(shù)需小于16 人。樓梯與扶梯不可作為安全出口。

（2）設備區(qū)與安全出口的距離需低于30m。

（3）地下出入通道長度不可大于100m，若大于100m，則需采取相應措施，使其符合人員疏散的消防要求。

（4）在出入通道與樓梯等重要位置都要設置應急照明。

（5）在樓梯與出入通道等重要位置安裝疏散標志，確保乘客與工作人員按照疏散方向離開危險區(qū)域，并依據(jù)防火規(guī)范要求間距，安裝自發(fā)光疏散標志。

3 軌道交通建筑防火設計實施模擬效果

利用數(shù)值模擬軟件，分析軌道交通建筑防火設計的實施效果。通過數(shù)值模擬軟件繪制軌道交通建筑模型，該站點部分軌道交通建筑模型如圖1所示。

圖1 部分軌道交通建筑模型

對建立的軌道交通建筑模型，進行網格劃分，火源附近區(qū)域的網格尺寸是0.25m×0.25m×0.25m，其余區(qū)域的網格尺寸是0.45m×0.45m×0.45m。

利用數(shù)值模擬軟件，設置6種火災場景，如表2所示。

表2 軌道交通建筑的6種火災場景

模擬分析該軌道交通建筑的防火效果見表3所示。

表3 軌道交通建筑的防火效果

從表3 可知，對于不同火災場景，該項目的防火設計實施后，該軌道交通建筑的實際疏散時間均明顯低于可用疏散時間，最長疏散時間僅為780s，平均疏散時間為677s，且不同火災場景下，安全性判定結果均為安全，即全部乘客與工作人員均可安全撤離。模擬試驗證明：該項目防火設計的實施，可縮短軌道交通建筑的疏散時間，確保全部乘客與工作人員均可安全逃生。

4 結束語

總之，受軌道交通建筑空間特點與功能布局等影響，人們對其防火設計與安全問題提出了更高要求。本文結合案例工程，介紹了軌道交通建筑的防火設計，包括防火分區(qū)劃分、防煙分區(qū)劃分、防火墻設計及防火門、防火窗設計、安全疏散設計等內容。并利用數(shù)值模擬軟件分析該防火設計方案的實施效果。模擬結果顯示：該防火設計方案的實施可縮短疏散時間，提升軌道交通建筑的防火效果，能為乘客與工作人員的生命安全提供保障。