地下车站消防设计与安全评估

郭晶

摘要住房和城乡建设部已于2020年1月19日第15次部务会议审议通过《建设工程消防设计审查验收管理暂行规定》地铁作为特殊建设工程的消防验收，以及备案、抽查，适用本规定。

本文以大型地下换乘车站并有辅助商业为例从防火材料控制、防火墙分隔、火灾报警与灭火、防烟与排烟、系统设备的联动控制、安全疏散及模拟验算七大方面进行深入探讨验收和实现设计意图的建设过程。

关键词消防安全  被动防火  主动防火  安全疏散

1、消防现状

城市轨道交通的快速发展以及地下车站和商业综合体的是发展城市交通的必然趋势，综合地铁车站已呈现建筑面积大、人员安全疏散、系统设备联动逻辑复杂的特点，为消防设计与安全运营管理提出不小的挑战，在设计上考虑被动防火、主动防火以及人员安全疏散系统，三个方面的合理规划以及智能管理也得到空前发展，人们更追求消防系统的智能化、设计与经济效益的合理化及安全管理的人性化的三化要求。

本文依托无锡地铁三阳广场换乘车站为例从可燃物控制、防火分隔、报警与灭火、防烟与排烟、联动控制及安全疏散六大方面进行深入探讨，提出切实可行的设计与运维方案。

2、无锡地铁三阳广场站

三阳广场站概况：总建筑面积约66000平方米，其中站厅、设备、公共区面积约14000平米，地下三层，有27个出入口，分为21个防火分区。站厅公共区和地下二层、地下三层站台区合为一个防火分区，面积约19950平米，东南西北连接综合商业建筑，东端连接商业面积约4700平方米，南端连接商业面积约4000平方米，西端连接商业面积约2800平方米，北端连接商业面积约2600平方米。

3、可燃物控制

3.1  建筑防火设计要求商业区封闭房间的隔墙其耐火极限不低于2.0h，确保在一个小铺面起火的情况下不引燃其他小铺面，将这些小铺面的火灾规模控制在较小的范围内。

3.2  建筑设计要求自动扶梯在火灾发生时作为疏散楼梯应用，为保证楼自动扶梯疏散的安全性，禁止在楼扶梯口附近摆设摊位店铺，防止火灾产生的高温浓烟拥堵在楼扶梯口，影响人员通过楼扶梯疏散。

3.3  加强车站内的消防安检，禁止乘客携带易燃易爆物品进入车站。

3.4  站台、站厅疏散区和通道内禁止设置任何商业设施。

4、防火分隔

4.1  依据《地铁设计规范》GB 50157―2013要求，车站站厅层与四周商业区域分隔设置耐火极限不低于3.0h的防火卷帘形成封闭防火隔间，防火卷帘间距最低6m，封堵严密。防火卷帘两侧的走道内不得设置任何可燃物，防火卷帘及通道内设置的常开防火门需具备火灾报警联动功能，防火隔间示意图如图一所示。

图一：防火隔间示意图

4.2  对于设备区域设备用房、商业服务区等火灾危险性高的区域按照规范划分防火分区，并按照“防火单元”的模式进行处理与设置，即采用耐火极限不低于2小时的防火隔墙和耐火极限不低于1.5小时的不燃烧体屋顶与其它空间进行防火分隔。

4.3  对于车站公共区等高大空间采用“防火舱”的模式进行处理与设置，即采用坚实且有足够耐火极限的不燃围护结构覆盖在火灾危险性相对较高的区域之上，顶棚下安装极早期空气采样报警系统、自动喷水灭火系统和排烟装置，同时在围护结构中间位置设置高度不小于1米的储烟仓。

4.4  临时商业展台或服务设施按照“燃料岛”的标准进行设置，现场配置水基型灭火器，由地铁运营管理方统一配置与维修保养，由使用方租赁使用。

5、报警与灭火

5.1  地下车站及商业区域分别设置火灾自动报警系统，分区域管理，站公共区采用极早期空气采样报警设备，当火灾发生时车站设备区、公共区火灾自动报警系统上传车站级综合监控管理系统。

5.2  车站公共区及设备区设置灭火器箱，设计上全部按照A类严重危险等级设置。

5.3  全站设置消防电源和防火门监控系统并接入车控室以实现运行状态的实时监控。

6、防烟与排烟

6.1  设计要求车站排烟量按建筑面积为60m3/h·m2设计，防排烟设计中的排烟设备的排烟能力按同时排除两个防烟分区的烟量配置，并考虑预留1.1倍的漏风系数。

6.2  车站设备区、管理用房区同一个防火分区内面积超过200㎡或单个房间面积超过50㎡且经常有人停留，设置机械强制排烟设备。

6.3  疏散通道总长度超过20m的封闭通道设机械排烟设施。

6.4  车站设备管理房间用于疏散的封闭楼梯间设机械加压送新风系统，车控室在车站发生火灾时相对周边区域保持正压。

6.5  送新风系统送风量不小于排烟量的50%，并有10%的漏风量。

7、联动控制

7.1  消防联动控制设备机柜布置于车站控制室，当火灾发生时必须按设定的消防模式控制逻辑向各相关的受控设备发出联动控制信号，并接受相关控制设备的联动反馈信号。

7.2  消防水泵、防烟与排烟风机、电扶梯、屏蔽门等受控设备应实现远端，除应采用联动控制方式外，还应在IBP盘上设置手动直接控制装置。

7.3  地铁车站与商业区应分别设置消防控制室，需确保报警信息互通，以便后期的运营管理和权责划分。

7.4  消防联动控制逻辑如图二所示。

图二：消防联动控制逻辑图

8、安全疏散

8.1  出入口与通道疏散能力验算

1）1号线站台至站厅采用3部上行自动扶梯、3部下行自动扶梯和3部净宽1.8m的上下行楼梯。

2）2号线站台至站厅采用6部上行自动扶梯和6部净宽1.8m的下行楼梯，每个侧式站台上面有3部上行自动扶梯和3部净宽1.8m的下行楼梯。

3）本站公共区出入口中，除两个出入口采用1部1.8m宽楼梯和1m宽扶梯外，其余七个出入口均采用1部3.0m宽楼梯和1m宽扶梯；通道宽度均是5.0m。

4）紧急疏散时假设一台电扶梯故障，出入口及通道的紧急疏散能力满足下列公式即可。

通道疏散能力：0.9【（A1(N-1)+A2B1】≤A3B3

出入口疏散能力：0.9【（A1(N-1)+A2B1】≤0.9【A1(M-1)+ A2B2】

式中：A1——自动扶梯通过能力（160人/m.min）

      A2——人行楼梯通过能力（62人/ m.min）

      A3——1m宽单向通道通过能力（83人/ m.min）

   N——站台至站厅自动扶梯台数（12台）

   M——出入口自动扶梯台数（9台）

   B1——站台至站厅楼梯计算宽度（3×1.8+3×1.8）

   B2——出入口楼梯计算宽度（5×3+2×1.8）

      B3——通道计算宽度（7×5）

根据数据验算以上两个公式均能成立。

8.2  车站火灾的安全疏散

1）应用新技术智能疏散指示设备确保逃生人员第一时间安全疏散到安全地带，但智能疏散需要智能导向与人工导引的有机结合，而智能导向的设计需要站厅层和站台层分别设置和车站级控制，以满足不同火灾工况下的疏散指引。综合监控控制中心在火灾发生时立即下发调度命令，确保上、下行列车均越站行驶。

2）站厅发生火灾时，供电系统切非到火灾模式，AFC系统和ACS系统停止工作，应急广播、监控电视和服务人员引导站厅层人员疏散至地面，并且服务人员阻挡乘客进入地铁，地铁停止正常运营。处于上一站和本站区间隧道内的地铁列车越站行驶；站台的疏散指示标识指引人员停留在相对安全区域等待救援，区间备用空车立即开行至本站，将站台层人员运至下一站安全区域。

3）站台发生火灾时，供电系统切非到火灾模式，AFC系统和ACS系统停止工作，通过应急广播、电视监控和服务人员等措施引导站台人员疏散至站厅层，再疏散至地面，阻挡乘客进入地铁，停止正常运营，处于上一站和本站区间隧道内的地铁列车越站行驶。

4）站台轨行区发生火灾时，停车侧自动打开所有滑动门，疏散模式参照以上。

8.3  安全疏散模拟

8.3.1 安全目标和模拟方案

1）安全目标：第一是控制站台层火灾的烟气不会蔓延到站厅层；第二是疏散楼扶梯和出口不应受烟气侵袭；第三是站台层人员能够在6min内疏散至安全区域；第四是车站内人员能够在烟气发展到人体耐受极限条件之前疏散至安全区域。

2）模拟方案：合理设定起火点，采用定量分析的方法，通过模拟不同位置火灾时的烟气流动和人员疏散两个方面的动态变化，对火灾危险性进行分析，验证消防设计以及安全疏散的合理性。

8.3.2  火灾场景的设定

1）依据车站运营与商业分布，拟划分为7个火灾场景进行模拟测试，参照相关火灾及实验数据、t平方火模型，模拟数据如表一。

表一：火灾场景设定参数

火灾场景设定参数
序号	火灾场景	起火地点	火灾规模 （kW）	火灾增长速率 （kW/s ²）
	A1、A2	地下一层北端商业起火		
	A3	地下一层南端商业起火		
	B	地下一层自动售检票机起火		
	C	地下一层行李起火		
	D	地下二层站台层行李起火		
	E	地下二层列车车厢起火		
	F	地下三层站站台层行李起火		

8.3.3  人员疏散的计算分析

1）人员数量的确定方法采用“人流量法”进行计算，计算方法如下：人员数量=【人流量（人/h）*逗留时间（min）】/60。

2）根据相关计算方法和调查数据，计算结果如表二。

表二：疏散场景人数统计表

疏散场景人数统计
序号	疏散场景	人员分布	疏散人数 （人）
	疏散对象Ⅰ	地下三层1号线站台层起火，疏散一列车的人员和两个站台层人员，以及站厅层人员。	
	疏散对象Ⅱ	地下二层2号线站台层起火，疏散一列车的人员和两个站台层人员，以及站厅层人员。	
	疏散对象Ⅱ-1	地下二层火灾导致中部某楼扶梯不能使用时的疏散不利条件，其余设置与疏散对象Ⅱ一致。	
	疏散对象Ⅱ-2	在疏散对象Ⅱ的基础上，假定有两列列车同时到站需要进行疏散，其余设置与疏散对象Ⅱ一致。	
	疏散对象Ⅲ	地下一层站厅层起火，站厅层所有人员疏散，站厅层疏散人员按最大量考虑。	
	疏散对象Ⅲ-1	假设物业起火后，物业区域有部分人员涌入站厅层，通过站厅进行疏散，其余设置与疏散对象Ⅲ一致。	

8.3.4  疏散时间的计算分析

依据标准规范，参照联动报警参数、系统响应时间、人员反应时间以及安全裕度等，根据计算公式（疏散时间=火灾报警时间Td+人员疏散预动时间Tp+人员疏散行动时间Tt）和疏散动态模拟模型得出疏散行动时间，其中根据模拟数据计算火灾报警时间Td取值60S、起火区域人员疏散预动时间Tp取值30S、非起火区域人员疏散预动时间Tp取值90S，综合各种因素对疏散安全性分析结果如表三。

表三：疏散安全性分析表

疏散安全性分析表
火灾场景	可用疏散时间ASET（S）	必需疏散时间RSET（S）			判定结果
		疏散对象Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ	疏散对象Ⅱ-1、Ⅱ-2	疏散对象Ⅲ-1
火灾场景A1、A2					安全
火灾场景A3					安全
火灾场景B					安全
火灾场景C					安全
火灾场景D	地下一层、二层>1200	地下一层430、地下二层283	地下一层536、地下二层296		安全
火灾场景E	地下一层、二层>1200	地下一层458、地下二层192	地下一层536、地下二层296		安全
火灾场景F	地下一层、二层、三层>1200	地下一层436、地下二层283、地下三层173			安全

9、结语

综上所述，综合利用可燃物控制、防火分隔、报警与灭火、防烟与排烟、联动控制以及安全疏散的相关设计理念进行消防设计，能首先确保车辆运载人员、车站设备设施与商业运营的有效衔接。随着现在建筑功能多元化的不断涌现以及科学智能技术和社会经济的发展，特别是消防系统性能、和功能设计的持续完善，被动防火系统、建筑主动防火系统以及安全疏散系统的有机衔接将得到进一步的运用，是符合我国减灾防灾的国策的。

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