劉松濤研究員 劉文利研究員 歐 宸工程師 劉詩瑤工程師

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司建筑防火研究所，北京 100013）

1 工程概況

既有無錫站包括普速站房和城際站房，普速站房站場規(guī)模為4臺7線，城際站房站場規(guī)模3臺7線。其中城際站房主體一層，站臺層架空，建筑最高點24.275m，總建筑面積約6000m2。無錫站改擴建工程包括既有普速站房改造及新建普速場高架候車廳，既有普速站房改造范圍包括進站層進站大廳、候車室、旅客服務(wù)區(qū)和二層候車大廳，總建筑面積為10846m2。新建無錫普速場高架候車室總建筑面積6486m2。其總平面布置圖和剖面圖，如圖1，2。

圖1 總平面圖Fig.1 General layout plan

為提高鐵路站房旅客候車服務(wù)水平，提升旅客滿意度，方便旅客進站及車站管理，同時使連為一體的普速及城際高架站房獲得完整的候車空間效果，改擴建工程打通了新建無錫站普速場高架候車廳與既有城際站高架候車廳。改造后的普速站房、新建高架候車廳和既有城際站高架候車廳為一體空間，建筑最高點24.275m，檐口最高點22.6m。高架候車廳地面標(biāo)高8.30m。

2 主要消防安全問題

2.1 規(guī)范適用性問題

改擴建后的站房建筑高度23.44m，為建筑高度不超過24m的多層公共建筑，其防火設(shè)計原則上應(yīng)滿足《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB 10063-2016和《建筑設(shè)計防火規(guī)范[2018版]》GB 50016-2014的相關(guān)要求[1-2]。新建高架候車廳耐火等級為一級，站房地上其他區(qū)域耐火等級為二級。對于未改造的城際高架候車廳，由于要保持鐵路運營的連續(xù)性，無法按現(xiàn)行防火設(shè)計規(guī)范進行改造。

圖2 剖面圖Fig.2 Cutaway view

2.2 防火分區(qū)劃分問題

本次改造工程的既有普速站房首層進站大廳以及高架層和高架夾層為一體空間，在設(shè)計上難以進行防火分區(qū)劃分，作為一個擴大的防火分區(qū)，面積達到20625m2，無法滿足TB 10063-2016第6.1.2條規(guī)定的鐵路旅客車站候車廳及集散廳每個防火分區(qū)建筑面積不應(yīng)大于10000m2的要求[1]。

3 消防設(shè)計原則和策略

3.1 消防設(shè)計基本原則

3.1.1 既有未改造城際站房

（1）建筑防火原則上保持現(xiàn)狀，但應(yīng)對擴大防火分區(qū)內(nèi)的高火災(zāi)荷載區(qū)域圍護結(jié)構(gòu)及消防設(shè)施按相同標(biāo)準進行改造。

（2）結(jié)構(gòu)防火原則上保持現(xiàn)狀。

（3）消防系統(tǒng)應(yīng)盡量按現(xiàn)有防火設(shè)計規(guī)范進行性能提升。

（4）考慮運營連續(xù)性和工程可實施性等因素，消防系統(tǒng)末端可不進行改造。

3.1.2 改造普速站房和新建高架候車廳

（1）原則上應(yīng)執(zhí)行《建筑設(shè)計防火規(guī)范[2018版]》GB 50016-2014關(guān)于多層公共建筑的要求。

（2）加強對擴大防火分區(qū)內(nèi)的高火災(zāi)荷載區(qū)域的控制。

（3）各消防系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范。

3.2 未改造區(qū)域防火性能提升策略對高火災(zāi)荷載房間采取防火分隔措施。

（1）公共區(qū)內(nèi)布置的設(shè)備和辦公用房按防火單元進行改造，即采用耐火極限不低于2.0h的不燃性防火隔墻和耐火極限不低于1.5h的不燃性屋頂與其他空間進行防火分隔，在隔墻上開設(shè)門窗時，應(yīng)采用甲級防火門窗，防火單元設(shè)計，防火單元內(nèi)消防系統(tǒng)設(shè)計按規(guī)范執(zhí)行。

（2）公共區(qū)內(nèi)設(shè)置商業(yè)店鋪按防火艙進行改造，所謂防火艙是指由有一定耐火極限的不燃燒建筑構(gòu)件圍合火災(zāi)載荷相對較高的區(qū)域，采用耐火極限不低于1.0h的防火隔墻、A類防火玻璃墻，或耐火完整性不低于1.0h的C類防火玻璃墻并設(shè)置噴淋系統(tǒng)保護。防火艙頂板的耐火極限不低于1.5h，各防火艙之間設(shè)置耐火極限不低于2.0h的防火隔墻，隔墻兩側(cè)沿走道門洞之間應(yīng)設(shè)置寬度不小于2m的耐火極限不低于2.0h的實體墻或A類防火玻璃墻，如圖3。防火艙內(nèi)要求安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)和排煙裝置，可快速抑制火災(zāi)，又可防止煙霧蔓延到大空間。

圖3 商業(yè)店鋪消防改造Fig.3 Reform of fire- fighting system in shops

根據(jù)各消防給水系統(tǒng)水量水壓需求對既有城際站房消防泵房內(nèi)消火栓水泵、自噴和水炮合用水泵進行更換，消防給水型式不變[3]。新建消防控制室，作為總控室，將既有城際站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)作為一個子站，采用數(shù)據(jù)總線方式將所有既有城際站的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)納入到新建火災(zāi)自動報警系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控管理，火災(zāi)廣播與通信廣播共用，并與消防設(shè)備配套[4]。

3.3 改擴建區(qū)域消防設(shè)計策略

3.3.1 防火分區(qū)/分隔

（1）普速站房二層西側(cè)集中布置的售票廳室、設(shè)備辦公區(qū)按規(guī)范要求劃分防火分區(qū)，上述防火分區(qū)與擴大防火分區(qū)采取防火墻和甲級防火門分隔。

（2）新建普速場高架候車廳與城際場高架候車廳之間應(yīng)設(shè)置防火隔離帶將候車區(qū)劃分為2個防火控制分區(qū)，防止火災(zāi)大范圍水平蔓延及用于消防系統(tǒng)的分區(qū)控制。

（3）擴大防火分區(qū)內(nèi)布置的設(shè)備和辦公用房按防火單元設(shè)計，商業(yè)店鋪按防火艙設(shè)計，無障礙電梯采用耐火完整性不小于1.0h的構(gòu)件與公共空間分隔。

3.3.2 疏散設(shè)計

（1）站臺區(qū)為半室外空間，作為人員疏散安全區(qū)。

（2）通向站臺的敞開樓梯和公共區(qū)敞開樓梯（間）作為人員疏散出口。

（3）根據(jù)各樓梯梯段凈寬度不同，承擔(dān)的疏散人數(shù)也不同，總疏散寬度滿足人員最小疏散寬度要求。每百人可用疏散凈寬度不低于0.65m，疏散樓梯梯段凈寬度不小于1.6m。

（4）通向疏散出口的閘機和控制門應(yīng)具有消防聯(lián)動開啟功能，閘機兩側(cè)設(shè)置活動式柵欄或疏散平開門，嚴禁落鎖，火災(zāi)時應(yīng)處于可開啟狀態(tài)，地面設(shè)置明顯的疏散指示標(biāo)志。

3.3.3 消防系統(tǒng)設(shè)計

（1）采取高側(cè)窗或頂窗進行自然排煙，自然排煙窗有效開啟面積分別不小于各自排煙區(qū)域地面投影面積的2%（普速站房為4%，新建高架候車廳為3.6%）[5]。自然排煙窗具有防失效保護功能、與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動功能、遠程控制開啟功能和手動開啟功能。

（2）凈空高度不大于12m的區(qū)域設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)（采用快速響應(yīng)噴頭），凈空高度大于12m的區(qū)域設(shè)置大空間自動滅火系統(tǒng)[6]，設(shè)置室內(nèi)消火栓和消防軟管卷盤，配置滅火器。

（3）凈空不大于12m區(qū)域采用點型感煙火災(zāi)探測器，凈空大于12m區(qū)域采用線型光束感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)、空氣采樣系統(tǒng)或其他適合大空間的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)[4]。

（4）按人員密集場所設(shè)計，公共區(qū)（除房間內(nèi)）的疏散照明均采取了加強措施。公共區(qū)疏散照明地面照度不低于5.0勒克斯，應(yīng)急照明和燈光疏散指示標(biāo)志備用電源連續(xù)供電時間不低于90min，在疏散走道和主要疏散路徑的地面上增設(shè)能保持視覺連續(xù)的燈光疏散指示標(biāo)志或蓄光疏散指示標(biāo)志，均采用大型標(biāo)志燈。

4 煙控系統(tǒng)有效性評估

4.1 火災(zāi)煙氣場景設(shè)計

站房公共區(qū)火災(zāi)風(fēng)險較低，可燃物主要包括手提行李、普通座椅、軟席座椅、商品及家具等，其中火災(zāi)規(guī)模較大的可燃物為軟席座椅、商品及家具。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準》GB 51251-2017表4.6.6，無錫站公共區(qū)最大火災(zāi)熱釋放速率按一般無噴淋公共場所確定為8.0MW。火災(zāi)位置布置在站房高架層軟席候車區(qū)，考慮自然排煙系統(tǒng)有效，自動滅火系統(tǒng)失效的條件。

4.2 煙氣數(shù)值模擬

對火災(zāi)蔓延其煙氣流動模擬分析采用的是由美國標(biāo)準技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件（Fire Dynamics Simulator，F(xiàn)DS），此模型為基于有限元素方法下的電腦化的流體力學(xué)模型，主要用于分析火災(zāi)中煙氣與熱的運動過程。采用FDS軟件建立了無錫站三維模型，湍流模型為大渦模型（Large Eddy Simulation，LES），煙顆粒（Soot）生成量為0.05，火災(zāi)發(fā)展趨勢為快速T2火，環(huán)境溫度為26℃，模擬時間為1200s，模擬結(jié)果，如圖4。

圖4 火災(zāi)煙氣流動模擬分析Fig.4 Simulation of fire smoke flow

4.3 模擬結(jié)果分析

模擬結(jié)果表明，在設(shè)定的火災(zāi)條件下，火災(zāi)發(fā)生后1200s內(nèi)，除火源上空外，距高架層、高架夾層有人地面2.1m高的平面上的能見度未低于10m，溫度最高不超過60℃，CO濃度未高于500ppm，即排煙方案至少在1200s內(nèi)可為高架層、高架夾層人員安全疏散提供保證[7-8]。

5 人員疏散安全性評估

5.1 疏散場景設(shè)計

無錫站改擴建后站臺層進站集散廳有6個疏散出口，總疏散寬度為31.7m；高架層有19個疏散出口，總疏散寬度為59.3m；高架夾層有4個疏散出口，總疏散寬度為6.4m。改造后無錫站最高聚集人數(shù)為7438人，高峰小時發(fā)送量2478+5438=7916人，站房疏散人數(shù)按照人員流量法計算人數(shù)并和最高聚集人數(shù)比較取大值。考慮1.4倍的超高峰系數(shù)和20%的工作人員及送站人員數(shù)量，設(shè)定旅客平均停留時間為40min，根據(jù)人員流量法計算的人數(shù)為8880人，大于最高聚集人數(shù)，即站房公共區(qū)總疏散人數(shù)為8880人。根據(jù)不同區(qū)域的面積按比例分布人數(shù)，確定首層公共區(qū)為626人，高架候車區(qū)（含夾層）為8254人。

疏散場景的設(shè)計總體原則為找出火災(zāi)發(fā)生后，最不利于人員安全疏散的情況，根據(jù)設(shè)定的火災(zāi)場景設(shè)定相應(yīng)的疏散場景。疏散模擬分析時不考慮普速站房首層進站大廳人員向基本站臺疏散，人員疏散開始時間取180s。

5.2 疏散數(shù)值模擬

對人員疏散行動時間的模擬分析采用的分析工具是Pathfinder人員疏散商用軟件，該軟件的疏散模擬器可實現(xiàn)了對每個個體的運動方式準確預(yù)測。人員疏散模擬分析采用Steering行為模型，時間步長為2.5×10-2s，步行速度0.8～1.2m/s正態(tài)分布，其疏散模擬結(jié)果，如圖5。

5.3 模擬分析結(jié)果

結(jié)果表明，站房公共區(qū)人員疏散所需行動時間為297s，考慮1.5倍安全系數(shù)以及疏散開始時間180s，人數(shù)疏散所需時間為626s。在設(shè)計火災(zāi)場景條件下，人員可用疏散時間不小于1200s，大于人員所需疏散時間626s，人員安全疏散可以得到保證[7，9]。

圖5 人員疏散數(shù)值模擬Fig.5 Simulation of occupant evacuation

6 結(jié)論

基于無錫站改造工程空間互通、凈空高度大，人員流動性大的特點，針對改擴建工程整體上無法執(zhí)行現(xiàn)行防火設(shè)計規(guī)范和防火分區(qū)擴大等消防設(shè)計問題，提出了消防設(shè)計的原則和策略，并對工程消防安全性能進行了評估，主要結(jié)論如下：

（1）站房既有工程無法全部按現(xiàn)行防火設(shè)計規(guī)范進行改造時，可通過控制火災(zāi)荷載、降低火災(zāi)風(fēng)險、改善疏散條件、提高消防系統(tǒng)性能的方式，實現(xiàn)改擴建工程整體防火性能提升的目標(biāo)。

（2）基于交通建筑火災(zāi)荷載低、火災(zāi)風(fēng)險小、空間高大、人員流動性強等特點，可通過嚴格公共區(qū)和非公共區(qū)之間的防火分隔措施，對公共區(qū)內(nèi)高火災(zāi)荷載房間進行控制，優(yōu)化疏散條件，加強消防系統(tǒng)設(shè)計等方式，保障防火分區(qū)面積擴大后的消防安全水平。

（3）通過設(shè)計火災(zāi)場景和疏散場景，模擬分析煙控系統(tǒng)有效性和人員疏散的安全性，分析結(jié)果表明，在采取有效的消防安全技術(shù)措施條件下，各區(qū)域人員疏散安全可以得到保證。