地鐵車(chē)站建筑改造消防設(shè)計(jì)研究

顏海峰 （合肥城市軌道交通有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

地鐵作為城市交通的重要工具，在許多國(guó)家和城市得到廣泛應(yīng)用。地鐵系統(tǒng)整體位于地下，是一個(gè)相對(duì)封閉的場(chǎng)所。其內(nèi)部空間（包括隧道、站臺(tái)和站廳等）較大，與外界連通的開(kāi)口相對(duì)較少，只有少量的通風(fēng)井和車(chē)站的出入口與外界直接連通。因此，地鐵一旦發(fā)生火災(zāi)事故，損失往往十分嚴(yán)重。例如，1972年德國(guó)東柏林地鐵火災(zāi)，車(chē)站和4輛車(chē)被燒毀；1973年3月27日巴黎地鐵大火，2名乘客死亡；1985年4月12日，巴黎地鐵的垃圾引發(fā)大火，1名官員和5名乘客受傷；1987年，倫敦地鐵售票處大火，死亡31人；2003年的韓國(guó)大邱地鐵火災(zāi)，有毒煙氣導(dǎo)致大量人員傷亡[1]。因此，如何合理進(jìn)行車(chē)站消防設(shè)計(jì)，是一個(gè)十分重要的研究課題。

目前國(guó)內(nèi)地鐵發(fā)展迅速，未來(lái)幾年內(nèi)地鐵將成為許多大城市的重要公共交通工具。本文以某地鐵車(chē)站為例，根據(jù)其實(shí)際工程建造情況，對(duì)車(chē)站建筑提出了消防改造方案，進(jìn)行了科學(xué)的消防安全評(píng)估，并開(kāi)展了相應(yīng)研究，對(duì)類(lèi)似工程有較大的工程實(shí)用參考意義。

2 工程概況

2.1 車(chē)站規(guī)模及建筑布置

車(chē)站有效站臺(tái)寬度11 m，長(zhǎng)度120 m，車(chē)站總長(zhǎng)249.7 m。南側(cè)小里程端設(shè)區(qū)間人防隔斷門(mén)。本站為降壓變電所，共設(shè)有4個(gè)出入口。

車(chē)站總建筑面積12580.22 m2，其中主體建筑面積為10546.82 m2，附屬建筑面積為2033.40 m2。

本站為一般標(biāo)準(zhǔn)站（非換乘車(chē)站），車(chē)站為地下二層明挖島式車(chē)站。為降壓變電所標(biāo)準(zhǔn)站。車(chē)站主體采用0.2%坡度由大里程坡向車(chē)站小里程端。車(chē)站兩端區(qū)間右線(xiàn)均為明挖區(qū)間，左線(xiàn)均為盾構(gòu)區(qū)間。本站無(wú)超過(guò)60 m出入口。

2.2 車(chē)站客流情況

本站遠(yuǎn)期2045年早高峰上行上車(chē)人數(shù)為16人/小時(shí)，上行下車(chē)人數(shù)為4348人/小時(shí)，下行上車(chē)人數(shù)為599人/小時(shí)，下行下車(chē)人數(shù)為32人/小時(shí)。

2.3 風(fēng)亭、冷卻塔設(shè)計(jì)

1號(hào)風(fēng)亭（南）。設(shè)置在車(chē)站南端，兩條道路交叉口東南象限地塊內(nèi)，貼路邊設(shè)置，為2 m高敞口低風(fēng)亭。

2號(hào)風(fēng)亭（北）。設(shè)置在車(chē)站北端，兩條道路交叉口東北象限地塊內(nèi)，為1 m高敞口低風(fēng)亭，周邊做3 m綠籬。

冷卻塔設(shè)置在車(chē)站北端2號(hào)風(fēng)亭東側(cè)，距道路紅線(xiàn)23 m。

安全出口。安全出口設(shè)在車(chē)站設(shè)備大端，結(jié)合2號(hào)風(fēng)亭組布置。

2.4 車(chē)站建筑防火分區(qū)

車(chē)站分為6個(gè)防火分區(qū)，車(chē)站公共區(qū)為1號(hào)防火分區(qū)總面積為2750.69 m2，設(shè)置4個(gè)直通地面的出入口，其中站廳層面積1573.81 m2，站臺(tái)層面積1176.88 m2。站廳層小里程端風(fēng)道、風(fēng)機(jī)房和部分設(shè)備用房為2號(hào)防火分區(qū)，面積為1329.94 m2，設(shè)2個(gè)通往1號(hào)防火分區(qū)的安全出口。站廳層大里程端設(shè)備用房部分為3號(hào)防火分區(qū)，面積1074.17 m2，設(shè)2個(gè)直通1號(hào)防火分區(qū)的安全出口和一個(gè)直通地面的安全疏散樓梯。站廳層大里程端風(fēng)道、風(fēng)機(jī)房設(shè)為防火分區(qū)4，面積1474.96 m2，設(shè)2個(gè)安全出口通往隔壁防火分區(qū)。站臺(tái)層小里程端設(shè)備用房設(shè)為5號(hào)防火分區(qū)，面積386.72 m2，設(shè)有2個(gè)通向1號(hào)防火分區(qū)的安全出口。站臺(tái)層大里程端設(shè)備用房設(shè)為6號(hào)防火分區(qū)，面積為738.22 m2，設(shè)置2個(gè)通向I號(hào)防火分區(qū)安全出口。

3 消防改造方案研究

針對(duì)站廳層功能區(qū)的布置，擬取消原車(chē)控室，將車(chē)控室與現(xiàn)有位置處的客服中心合建，設(shè)置為綜合控制室，該綜合控制室即設(shè)置于站廳層大廳中央位置原有的客服中心處。

將消防控制室單獨(dú)設(shè)置于公共區(qū)的綜合控制室旁邊，消防控制室面積為6.4 m2，設(shè)置防火門(mén)、防火墻及周?chē)姆阑鸱指簦ㄈ藛T可與客服中心人員共用)。

圖1 原方案

圖2 改造方案

公共區(qū)原T型樓梯取消，改為L(zhǎng)型樓梯?？头行臉敲姘逑鲁?00 mm，中縱梁在L型樓梯位置截?cái)啵瑧姨?.25 m，為保證結(jié)構(gòu)安全，需將圖示位置的中縱梁由原先1000 mm×1200 mm增加到1000 mm×1500 mm。

圖3 改造方案中樓梯的改造

綜上所述，改造前后的方案均有優(yōu)缺點(diǎn)，改造后的方案較原方案較有優(yōu)越性。主要集中以下兩點(diǎn)。

①消防控制室值班人員可選疏散方向較多、且不需要跨越相鄰防火分區(qū)進(jìn)行疏散；

②消防救援人員可快速找到并進(jìn)入消防控制室內(nèi)，了解控制災(zāi)情。

但是，改造后的方案仍存在如下隱患。消防控制室內(nèi)值班人員安全問(wèn)題。如若站廳層發(fā)生火災(zāi)，在消防救援人員抵達(dá)災(zāi)情單位之前，目前的主、被動(dòng)消防措施能否保證消防控制室值班人員的安全，需要在本項(xiàng)目進(jìn)行火災(zāi)模擬分析進(jìn)行驗(yàn)證。

4 火災(zāi)模擬分析

4.1 模擬分析設(shè)置

地鐵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且人員流動(dòng)性較大，為了充分比較方案對(duì)于火災(zāi)影響范圍和人員疏散情況的影響，在改造前后的兩個(gè)模型中相同的位置分別設(shè)置了三組不同的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比。

站廳內(nèi)安檢通道以及樓梯口處人員流動(dòng)比較密集，尤其是安檢處有電氣設(shè)備，行李擺放密集，容易引燃行李箱造成火災(zāi)。同時(shí)考慮到發(fā)生火災(zāi)時(shí)，位于站臺(tái)層的乘客及站務(wù)人員首先需要通過(guò)樓扶梯疏散至站廳層，再經(jīng)由站廳層的閘機(jī)通道以及安全出口疏散至站外。因此站廳層主要模擬部分疏散路徑關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)被火災(zāi)封堵的場(chǎng)景，考慮到最為不利的情況，分別在站廳層的安檢閘機(jī)通道處（記為火源位置Ⅰ）和距離安全通道處較遠(yuǎn)的中部自動(dòng)扶梯口處設(shè)置起火點(diǎn)（記為火源位置Ⅱ）。具體位置如圖4、圖5。

圖4 火源位置Ⅰ

圖5 火源位置Ⅱ

地鐵站臺(tái)位于地下二層，主要通過(guò)樓扶梯站廳層相連通，一旦站臺(tái)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，煙氣容易受煙囪效應(yīng)影響向站廳層蔓延，且人流高峰期時(shí)站臺(tái)候車(chē)區(qū)域人員擁擠，一旦在疏散關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)會(huì)對(duì)人員疏散造成較大的影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，站臺(tái)層樓梯口下方設(shè)有垃圾間，房間內(nèi)堆積有大量廢紙、塑料廢棄物等易燃物品，其中紙制品居多。因此，在站臺(tái)層火源位置設(shè)計(jì)中，考慮較為不利的情況，將火源設(shè)置在站臺(tái)一側(cè)的樓梯扶梯底部垃圾間（記為火源位置），模擬部分人員疏散路徑被火災(zāi)封堵的環(huán)境。具體火災(zāi)位置如圖6。

圖6 火源位置Ⅲ

擬對(duì)改造后的站廳層進(jìn)行三組模擬分析，如表1所示，旨在發(fā)現(xiàn)改造后的站廳層對(duì)于火災(zāi)發(fā)展的影響。并且分析消防救援人員能否在站廳層瀕臨危險(xiǎn)之前，抵達(dá)消防控制室，保證消防控制室值班人員的安全。本次設(shè)定火災(zāi)發(fā)生后的10 min之內(nèi)，消防控制室周邊區(qū)域包括站廳層不得瀕臨危險(xiǎn)值。

為解決前文所述隱患，考慮增設(shè)機(jī)械排風(fēng)口作為補(bǔ)強(qiáng)措施。

消控室與服務(wù)臺(tái)合建后火災(zāi)場(chǎng)景模擬結(jié)果 表1

4.2 火災(zāi)場(chǎng)景1模擬分析

4.2.1 火源描述

①火源：I號(hào)火源；

②火災(zāi)規(guī)模：最大熱釋放速率1442 kW；

③火災(zāi)增長(zhǎng)類(lèi)型：t2超快速增長(zhǎng)火；

④場(chǎng)景條件：超快速火，最大熱釋放速率為1442 kW。

4.2.2 模擬分析結(jié)果

在車(chē)站中設(shè)置探點(diǎn)，如下圖所示。

圖7 場(chǎng)景1中各探測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖8 各探測(cè)點(diǎn)位置處CO濃度曲線(xiàn)圖

通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)文件分析，可得出如下結(jié)果。

該場(chǎng)景火源位于站廳層安檢口處，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向上擴(kuò)散至站廳層頂部，由頂部設(shè)置的機(jī)械排煙口和A、B、C、D四個(gè)安全出口將煙氣排至室外。由于排煙口和安全出口的面積限制，不能將燃燒產(chǎn)生的煙氣完全排至室外，煙氣不斷積聚，煙氣層高度不斷下降。

站廳層及相鄰走道內(nèi)各安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣層溫度在1000 s內(nèi)均保持在60℃以下。各安全出口附近距離地面2 m高度處煙氣CO濃度在1000 s內(nèi)保持在臨界值以下。

圖9 各探測(cè)點(diǎn)位置處能見(jiàn)度曲線(xiàn)圖

圖10 各探測(cè)點(diǎn)位置處煙氣層高度曲線(xiàn)圖

圖11 各探測(cè)點(diǎn)位置處溫度變化曲線(xiàn)圖

A、C、D安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣能見(jiàn)度在約650 s時(shí)刻在短時(shí)間內(nèi)降到了10 m以下，站廳層各個(gè)樓梯口以及B安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣能見(jiàn)度在1000 s后均在10 m以上，但是仍會(huì)在若干時(shí)刻短暫低于10 m。

站臺(tái)層及相鄰走道內(nèi)各安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣層溫度1000 s內(nèi)保持在60℃以下。各安全出口附近距離地面2 m高度處煙氣CO濃度在1000 s內(nèi)保持在臨界值以下。

4.3 火災(zāi)場(chǎng)景2模擬分析

4.3.1 火源描述

①火源：Ⅱ號(hào)火源；

②火災(zāi)規(guī)模：最大熱釋放速率372.2 kW；

③火災(zāi)增長(zhǎng)類(lèi)型：t2超快速增長(zhǎng)火；

④場(chǎng)景條件：快速火，最大熱釋放速率為372.2 kW。

4.3.2 模擬分析結(jié)果

圖12 場(chǎng)景2中各探測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖13 各探測(cè)點(diǎn)位置處CO濃度曲線(xiàn)圖

通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)文件分析，可得出如下結(jié)果。

該場(chǎng)景火源位于站廳層安檢口處，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向上擴(kuò)散至站廳層頂部，由頂部設(shè)置的機(jī)械排煙口和A、B、C、D四個(gè)安全出口將煙氣排至室外。由于排煙口和安全出口的面積限制，不能將燃燒產(chǎn)生的煙氣完全排至室外，煙氣不斷積聚，煙氣層高度不斷下降。

站廳層及相鄰走道內(nèi)各安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣層溫度在1000 s內(nèi)均保持在60℃以下。各安全出口附近距離地面2 m高度處煙氣CO濃度在1000 s內(nèi)保持在臨界值以下。

B安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣能見(jiàn)度在約150 s時(shí)短時(shí)間內(nèi)降到了10 m以下，站廳層各個(gè)樓梯口以及A、C、D三個(gè)安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣能見(jiàn)度在1000 s后均在10 m以上。

圖14 各探測(cè)點(diǎn)位置處能見(jiàn)度曲線(xiàn)圖

圖15 各探測(cè)點(diǎn)位置處煙氣層高度曲線(xiàn)圖

圖16 各探測(cè)點(diǎn)位置處溫度變化曲線(xiàn)圖

站臺(tái)層及相鄰走道內(nèi)各安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣層溫度1000 s內(nèi)保持在60℃以下。各安全出口附近距離地面2 m高度處煙氣CO濃度在1000 s內(nèi)保持在臨界值以下。

4.4 火災(zāi)場(chǎng)景3模擬分析

4.4.1 火源描述

①火源：Ⅲ號(hào)火源；

②火災(zāi)規(guī)模：最大熱釋放速率721 kW；

③火災(zāi)增長(zhǎng)類(lèi)型：t2超快速增長(zhǎng)火；

④場(chǎng)景條件：超快速火，最大熱釋放速率為721 kW。

4.4.2 模擬結(jié)果分析

圖17 場(chǎng)景3中各探測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖18 各探測(cè)點(diǎn)位置處CO濃度曲線(xiàn)圖

通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)文件分析，可得出如下結(jié)果。

該場(chǎng)景火源位于站廳層安檢口處，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向上擴(kuò)散至站廳層頂部，由頂部設(shè)置的機(jī)械排煙口和A、B、C、D四個(gè)安全出口將煙氣排至室外。由于排煙口和安全出口的面積限制，不能將燃燒產(chǎn)生的煙氣完全排至室外，煙氣不斷積聚，煙氣層高度不斷下降。

站廳層及相鄰走道內(nèi)各安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣層溫度在1000 s內(nèi)均保持在60℃以下。各安全出口附近距離地面2 m高度處煙氣CO濃度在1000 s內(nèi)保持在臨界值以下。

站廳層各個(gè)樓梯口以及A、B、C、D四個(gè)安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣能見(jiàn)度在1000 s后均在10 m以上。

站臺(tái)層及相鄰走道內(nèi)各安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣層溫度1000 s內(nèi)保持在60℃以下。各安全出口附近距離地面2 m高度處煙氣CO濃度在1000 s內(nèi)保持在臨界值以下。

4.5 小結(jié)

通過(guò)對(duì)上述的消控室與服務(wù)臺(tái)合建后的設(shè)計(jì)方案分析，共設(shè)計(jì)了3種火災(zāi)場(chǎng)景，得到的具體結(jié)果如下：

通過(guò)火災(zāi)場(chǎng)景模擬分析，可以得出：

圖19 各探測(cè)點(diǎn)位置處能見(jiàn)度曲線(xiàn)圖

圖20 各探測(cè)點(diǎn)位置處煙氣層高度曲線(xiàn)圖

圖21 各探測(cè)點(diǎn)位置處溫度變化曲線(xiàn)圖

改造后，在新增排煙口基礎(chǔ)之上，火源位置Ⅱ、Ⅲ可保證1000 s內(nèi)站廳、站臺(tái)層不達(dá)到危險(xiǎn)臨界值?；鹪次恢芒竦恼緩d層在火災(zāi)發(fā)生后的650 s達(dá)到危險(xiǎn)臨界值，但是仍可以保證站廳層火災(zāi)發(fā)生后的10 min之內(nèi)為準(zhǔn)安全區(qū)。

綜上所述，改造后的站廳層在新增排煙口（消防補(bǔ)強(qiáng)措施）基礎(chǔ)之上能夠較大的延后站廳層危險(xiǎn)臨界值的來(lái)臨時(shí)間，尤其是消控室與L型樓梯口附近的臨界值來(lái)臨時(shí)間均得到較大的延后。

消控室與服務(wù)臺(tái)合建后火災(zāi)場(chǎng)景模擬結(jié)果 表2

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某地鐵車(chē)站為例，根據(jù)其實(shí)際工程建造情況，對(duì)車(chē)站建筑提出了消防改造方案以及補(bǔ)強(qiáng)措施，并對(duì)其進(jìn)行了科學(xué)的消防安全評(píng)估，對(duì)類(lèi)似工程有較大的工程實(shí)用參考意義。