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，是一個相對封閉的場所。其內(nèi)部空間（包括隧道、站臺和站廳等）較大，與外界連通的開口相對較少，只有少量的通風(fēng)井和車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年德國東柏林地鐵火災(zāi)，車站和4輛車被燒毀；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，如何合理進行車站消防設(shè)計，是一個十分重要的研究課題。

目前國內(nèi)地鐵發(fā)展迅速，未來幾年內(nèi)地鐵將成為許多大城市的重要公共交通工具。本文以某地鐵車站為例，根據(jù)其實際工程建造情況，對車站建筑提出了消防改造方案，進行了科學(xué)的消防安全評估，并開展了相應(yīng)研究，對類似工程有較大的工程實用參考意義。

2 工程概況

2.1 車站規(guī)模及建筑布置

車站有效站臺寬度11 m，長度120 m，車站總長249.7 m。南側(cè)小里程端設(shè)區(qū)間人防隔斷門。本站為降壓變電所，共設(shè)有4個出入口。

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

2.2 車站客流情況

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

2.3 風(fēng)亭、冷卻塔設(shè)計

1號風(fēng)亭（南）。設(shè)置在車站南端，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號風(fēng)亭（北）。設(shè)置在車站北端，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)置在車站北端2號風(fēng)亭東側(cè)，距道路紅線23 m。

安全出口。安全出口設(shè)在車站設(shè)備大端，結(jié)合2號風(fēng)亭組布置。

2.4 車站建筑防火分區(qū)

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

3 消防改造方案研究

針對站廳層功能區(qū)的布置，擬取消原車控室，將車控室與現(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、防火墻及周圍的防火分隔（人員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型樓梯?？头行臉敲姘逑鲁?00 mm，中縱梁在L型樓梯位置截斷，懸挑3.25 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，改造后的方案較原方案較有優(yōu)越性。主要集中以下兩點。

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)進行疏散；

②消防救援人員可快速找到并進入消防控制室內(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)值班人員安全問題。如若站廳層發(fā)生火災(zāi)，在消防救援人員抵達災(zāi)情單位之前，目前的主、被動消防措施能否保證消防控制室值班人員的安全，需要在本項目進行火災(zāi)模擬分析進行驗證。

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，并且人員流動性較大，為了充分比較方案對于火災(zāi)影響范圍和人員疏散情況的影響，在改造前后的兩個模型中相同的位置分別設(shè)置了三組不同的火災(zāi)場景進行對比。

站廳內(nèi)安檢通道以及樓梯口處人員流動比較密集，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)。同時考慮到發(fā)生火災(zāi)時，位于站臺層的乘客及站務(wù)人員首先需要通過樓扶梯疏散至站廳層，再經(jīng)由站廳層的閘機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)點被火災(zāi)封堵的場景，考慮到最為不利的情況，分別在站廳層的安檢閘機通道處（記為火源位置Ⅰ）和距離安全通道處較遠(yuǎn)的中部自動扶梯口處設(shè)置起火點（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

地鐵站臺位于地下二層，主要通過樓扶梯站廳層相連通，一旦站臺區(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，且人流高峰期時站臺候車區(qū)域人員擁擠，一旦在疏散關(guān)鍵節(jié)點發(fā)生火災(zāi)會對人員疏散造成較大的影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，站臺層樓梯口下方設(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，在站臺層火源位置設(shè)計中，考慮較為不利的情況，將火源設(shè)置在站臺一側(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

擬對改造后的站廳層進行三組模擬分析，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之前，抵達消防控制室，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值。

為解決前文所述隱患，考慮增設(shè)機械排風(fēng)口作為補強措施。

消控室與服務(wù)臺合建后火災(zāi)場景模擬結(jié)果 表1

4.2 火災(zāi)場景1模擬分析

4.2.1 火源描述

①火源：I號火源；

②火災(zāi)規(guī)模：最大熱釋放速率1442 kW；

③火災(zāi)增長類型：t2超快速增長火；

④場景條件：超快速火，最大熱釋放速率為1442 kW。

4.2.2 模擬分析結(jié)果

在車站中設(shè)置探點，如下圖所示。

圖7 場景1中各探測點布置示意圖

圖8 各探測點位置處CO濃度曲線圖

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

該場景火源位于站廳層安檢口處，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向上擴散至站廳層頂部，由頂部設(shè)置的機械排煙口和A、B、C、D四個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 各探測點位置處能見度曲線圖

圖10 各探測點位置處煙氣層高度曲線圖

圖11 各探測點位置處溫度變化曲線圖

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

站臺層及相鄰走道內(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)場景2模擬分析

4.3.1 火源描述

①火源：Ⅱ號火源；

②火災(zāi)規(guī)模：最大熱釋放速率372.2 kW；

③火災(zāi)增長類型：t2超快速增長火；

④場景條件：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 場景2中各探測點布置示意圖

圖13 各探測點位置處CO濃度曲線圖

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

該場景火源位于站廳層安檢口處，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向上擴散至站廳層頂部，由頂部設(shè)置的機械排煙口和A、B、C、D四個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高度的煙氣能見度在約150 s時短時間內(nèi)降到了10 m以下，站廳層各個樓梯口以及A、C、D三個安全出口附近距離地面2 m高度的煙氣能見度在1000 s后均在10 m以上。

圖14 各探測點位置處能見度曲線圖

圖15 各探測點位置處煙氣層高度曲線圖

圖16 各探測點位置處溫度變化曲線圖

站臺層及相鄰走道內(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)場景3模擬分析

4.4.1 火源描述

①火源：Ⅲ號火源；

②火災(zāi)規(guī)模：最大熱釋放速率721 kW；

③火災(zāi)增長類型：t2超快速增長火；

④場景條件：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 場景3中各探測點布置示意圖

圖18 各探測點位置處CO濃度曲線圖

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

該場景火源位于站廳層安檢口處，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向上擴散至站廳層頂部，由頂部設(shè)置的機械排煙口和A、B、C、D四個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。

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

站臺層及相鄰走道內(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)

通過對上述的消控室與服務(wù)臺合建后的設(shè)計方案分析，共設(shè)計了3種火災(zāi)場景，得到的具體結(jié)果如下：

通過火災(zāi)場景模擬分析，可以得出：

圖19 各探測點位置處能見度曲線圖

圖20 各探測點位置處煙氣層高度曲線圖

圖21 各探測點位置處溫度變化曲線圖

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、站臺層不達到危險臨界值。火源位置Ⅰ的站廳層在火災(zāi)發(fā)生后的650 s達到危險臨界值，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（消防補強措施）基礎(chǔ)之上能夠較大的延后站廳層危險臨界值的來臨時間，尤其是消控室與L型樓梯口附近的臨界值來臨時間均得到較大的延后。

消控室與服務(wù)臺合建后火災(zāi)場景模擬結(jié)果 表2

5 結(jié)語

本文以某地鐵車站為例，根據(jù)其實際工程建造情況，對車站建筑提出了消防改造方案以及補強措施，并對其進行了科學(xué)的消防安全評估，對類似工程有較大的工程實用參考意義。