□□ 李 娜 (太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024)

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們對美好生活的需求，軌道交通發(fā)展迅猛，高鐵站應(yīng)勢大量興建。而曾經(jīng)為城市帶來繁榮經(jīng)濟(jì)和作為城市地標(biāo)性建筑的老火車站，卻因其落后的外觀和車站內(nèi)部設(shè)施、外部交通疏導(dǎo)系統(tǒng)的不完善嚴(yán)重阻礙了其正常功能的發(fā)揮。多數(shù)老火車站因其人員流動(dòng)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部可燃物分散，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高，造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)負(fù)面影響遠(yuǎn)高于其他公共場所，因此，其消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改造顯得尤為重要。

1 工程概況

某火車站始建于1975年，1993年晉升為客運(yùn)特等站，1994年擴(kuò)建高架候車廳，后經(jīng)多次建筑裝修、改造維修及局部改擴(kuò)建，高架候車廳內(nèi)現(xiàn)有消防構(gòu)造和設(shè)施基本處于失效狀態(tài)，火災(zāi)時(shí)不能有效聯(lián)動(dòng)控制，威脅室內(nèi)人員安全，需根據(jù)現(xiàn)行消防相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合候車廳現(xiàn)狀和業(yè)主使用管理要求對消防系統(tǒng)進(jìn)行改造升級。

根據(jù)火車站高架候車廳的使用管理要求，甲方希望實(shí)現(xiàn)內(nèi)部空間連通開闊、空間布局靈活多樣、整潔舒適和寬敞明亮的現(xiàn)代化候車廳改造要求；考慮施工期間，候車廳仍然要滿足使用要求，消防系統(tǒng)改造應(yīng)盡量降低對候車廳日常運(yùn)營的影響，在保護(hù)城市歷史建筑的前提下滿足消防安全要求。

2 現(xiàn)狀問題分析

2.1 防火分區(qū)

高架候車廳中間為連通東西向出口的中央通道，南、北兩側(cè)四個(gè)候車廳對稱布置，總建筑面積約為13 480 m2，如圖1所示。每個(gè)候車廳為獨(dú)立防火分區(qū)，防火措施復(fù)雜，不滿足現(xiàn)代交通樞紐建筑的使用要求。若將整個(gè)高架候車廳劃分為1個(gè)防火分區(qū)，防火分區(qū)面積遠(yuǎn)大于TB 10063—2016《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中每個(gè)防火分區(qū)建筑面積≯10 000 m2的規(guī)定。

圖1 平面示意圖

2.2 疏散長度

為緩解火車站原西入站口運(yùn)行壓力、方便市民出行和配合火車站以東的整體城市規(guī)劃，后期在中央通道東側(cè)增加?xùn)|入站口。TB 10063—2016規(guī)定：防火分區(qū)內(nèi)疏散出口之間房間門距離安全出口的距離均<50 m(設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng))，位于袋形走道兩側(cè)或盡端的房間門距離安全出口的距離均<25 m(設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng))滿足安全疏散距離的要求。高架候車廳中間設(shè)有連通站房及通往東站臺的中央通道，中央通道全長為112 m，超過疏散距離的限值50 m，需要對中央通道疏散距離的安全性進(jìn)行分析。

2.3 疏散人數(shù)

計(jì)算方法一：按TB 10100—2018《鐵路旅客設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.3.1規(guī)定，候車區(qū)(廳、室)總使用面積應(yīng)根據(jù)最高聚集人數(shù)按≮1.2 m2·人-1計(jì)算。特大型、大型鐵路客站候車區(qū)(廳、室)的使用面積應(yīng)在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上增加5%；GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)規(guī)定，商店的疏散人數(shù)應(yīng)按每層營業(yè)廳的建筑面積乘以人員密度(0.43～0.6人·m-2)計(jì)算，則高架候車廳總疏散人數(shù)為7 509人。

計(jì)算方法二：根據(jù)火車站運(yùn)營部門提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，火車站目前最高峰人數(shù)為4 626人；增加10%安全余量，乘客人數(shù)約為5 088人，工作人員占乘客人數(shù)的4%，人數(shù)約為203人，則高架候車廳總?cè)藬?shù)為5 291人。

因該市已新建高鐵南站，高鐵西站也在規(guī)劃建設(shè)中，該火車站的旅客數(shù)量遠(yuǎn)小于按方法一的計(jì)算值，采用火車站運(yùn)行數(shù)據(jù)更為合理，則高架候車廳總?cè)藬?shù)約為5 291人。

2.4 疏散寬度

GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)中規(guī)定，旅客使用的疏散樓梯應(yīng)滿足0.65 m·百人-1的要求，并>1.6 m。高架候車廳南、北側(cè)各4個(gè)安全出口，東側(cè)1個(gè)安全出口，西側(cè)2個(gè)安全出口，共計(jì)11個(gè)安全出口。經(jīng)實(shí)地測量計(jì)算，疏散樓梯總寬度為34.9 m。

計(jì)算方法一：疏散寬度為7 509×0.65÷100=48.8 m，不滿足GB 50016—2014的要求。

計(jì)算方法二：疏散寬度為5 291×0.65÷100=34.4 m，滿足GB 50016—2014的要求。

根據(jù)上述2.3節(jié)內(nèi)容，火車站運(yùn)行的人數(shù)按5 291人設(shè)計(jì)時(shí)，需要疏散寬度34.4 m，當(dāng)前寬度34.9 m，滿足GB 50016—2014的要求。

2.5 消防設(shè)施

高架候車廳當(dāng)前執(zhí)行CECS 263—2009《大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》，使用自動(dòng)掃射水高空水炮滅火裝置；根據(jù)甲方意見，考慮施工期間，候車廳仍然要滿足使用要求，消防改造盡量降低對候車廳的影響，建議保留消防水炮系統(tǒng)。根據(jù)GB 51427—2021《自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中3.1.1規(guī)定，消防水炮的適用范圍應(yīng)>8 m，高架候車廳現(xiàn)狀凈高為6.2 m，消防水炮安裝高度為6 m，不滿足GB 51427—2021的要求，高架候車廳自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)改造為自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)。

高架候車廳目前采用自然排煙，但因候車廳的外窗和中央通道的天窗，設(shè)置在高處不便于直接開啟，火災(zāi)時(shí)不能滿足自然排煙的面積和控制要求。此次改造若采用機(jī)械排煙，新增排煙風(fēng)管會(huì)降低室內(nèi)凈高，增加結(jié)構(gòu)網(wǎng)架荷載，且需增設(shè)排煙風(fēng)機(jī)房，投資造價(jià)高，施工影響范圍大；采用自然排煙，可利用原有外窗，增加可開啟面積，排煙窗有效開啟面積滿足GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

3 消防系統(tǒng)改造方案

在進(jìn)行建筑防火設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)建設(shè)工程的使用功能和消防安全要求，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)、使用功能和環(huán)境不受火災(zāi)有害影響。建筑性能化防火設(shè)計(jì)是以消防安全工程學(xué)理論為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)處方式防火設(shè)計(jì)的區(qū)別見表1。通過對比分析，此次消防改造方案采用性能化防火設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。

4 性能化防火設(shè)計(jì)

在建筑消防安全評估時(shí)人員的安全疏散是在火災(zāi)中有毒氣體和高溫?zé)煔馕催_(dá)到危害室內(nèi)人員生命狀態(tài)之前，將建筑內(nèi)的人員能疏散到室外安全區(qū)域的行動(dòng)。人員能否安全疏散取決于可用疏散時(shí)間ASET和所需疏散時(shí)間RSET，如果ASET>RSET，則可認(rèn)為在設(shè)定的火災(zāi)場景下人員疏散是安全的。

4.1 人員疏散模擬

進(jìn)行人員疏散數(shù)值模擬時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)建筑功能確定室內(nèi)人員數(shù)量、行走速度、人員比例和疏散樓梯、安全出口的等效寬度等相關(guān)參數(shù)；再結(jié)合火車站候車廳的使用功能、空間平面特征和人員流動(dòng)特點(diǎn)等確定3個(gè)疏散場景。疏散場景是為找出發(fā)生火災(zāi)后影響人員安全疏散的最不利因素，并提供合理的人員疏散策略等參考意見，如圖2所示。

圖2 人員疏散策略圖

采用Pathfinder軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，人員疏散行動(dòng)時(shí)間的安全系數(shù)取值1.5，可得到3個(gè)人員疏散場景的所需疏散時(shí)間RSET，見表2。

表2 人員所須疏散時(shí)間RSET匯總表

通過人員疏散策略圖和數(shù)值模擬分析可知：

(1)候車廳人員數(shù)量多、密度大和人員構(gòu)成復(fù)雜，容易出現(xiàn)擁堵、踩踏現(xiàn)象。火災(zāi)時(shí)，值班安全員應(yīng)引導(dǎo)候車廳人員直接從南側(cè)和北側(cè)的8個(gè)出口疏散至室外安全區(qū)域，中央通道的人員直接從東側(cè)和西側(cè)的3個(gè)出口疏散至室外安全區(qū)域，相互之間不要發(fā)生人流交叉。

(2)候車廳與室外月臺高差大，人員在疏散樓梯上的行走速度遠(yuǎn)小于室內(nèi)水平疏散速度，疏散至安全出口時(shí)會(huì)有大量人員擁堵在樓梯上，增加了疏散時(shí)間，值班安全員應(yīng)引導(dǎo)人員有序疏散，避免事故發(fā)生。

4.2 火災(zāi)煙氣蔓延模擬分析

火災(zāi)時(shí)建筑物內(nèi)人員的危害，主要為煙氣的毒性(CO、CO2、HCN、SO2等)和高溫?zé)彷椛渥饔?，煙氣的遮光性造成人員能見度的下降也是影響人員安全疏散的重要因素。對建筑內(nèi)人員安全疏散，一般煙氣安全判定指標(biāo)為：煙氣溫度應(yīng)<60 ℃，能見度應(yīng)>10 m，CO濃度應(yīng)<500 ppm。

Pyrosim火災(zāi)煙氣模擬軟件是專門針對火災(zāi)模擬而開發(fā)的CFD軟件，簡單易用，對于一些比較常見的火災(zāi)場景，如建筑室內(nèi)火災(zāi)等，可以直接用來模擬分析火災(zāi)時(shí)人員可用疏散時(shí)間ASET。建筑防火設(shè)計(jì)時(shí)人員是否能安全疏散，需要將不同火災(zāi)場景下滿足人員疏散煙氣溫度、CO濃度、能見度時(shí)的可用疏散時(shí)間ASET與所需疏散時(shí)間RSET分析比較，判斷其安全性。人員疏散安全性判定結(jié)果見表3。

表3 人員疏散安全性判定表

通過對表3人員疏散安全性判定的數(shù)據(jù)比較可知：

(1)火源位置位于候車廳、中央通道的商鋪和北側(cè)走道的辦公室內(nèi)時(shí)，設(shè)定火災(zāi)場景下，自動(dòng)滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)能有效開啟，著火點(diǎn)所在候車廳防煙分區(qū)內(nèi)人員的可用疏散時(shí)間ASET>1 800 s，人員所需疏散時(shí)間RSET為975～1 230 s，人員有充分時(shí)間疏散至室外安全區(qū)域。

(2)經(jīng)Pyrosim火災(zāi)煙氣模擬軟件模擬，在部分消防設(shè)施失效的時(shí)，1號候車廳內(nèi)著火點(diǎn)所在防煙分區(qū)內(nèi)的可用疏散時(shí)間ASET為120 s，而所需疏散時(shí)間RSET為92 s，ASET>RSET建筑內(nèi)人員能夠在火災(zāi)危險(xiǎn)來臨之前，首先通過分區(qū)疏散至相鄰安全的防煙分區(qū)，再疏散至室外安全區(qū)域；而其他防煙分區(qū)在安全出口附近的溫度、CO濃度和能見度均滿足疏散要求。

5 結(jié)語

通過采用性能化防火設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合某火車站現(xiàn)狀和甲方的的改造要求，提出了合理的消防改造方案。為了降低火災(zāi)危險(xiǎn)性又采取了一定的加強(qiáng)措施，包括為弱勢群體設(shè)置防火隔間，提供相對安全的避難房間；中央通道增設(shè)防火防火隔離帶，降低火災(zāi)時(shí)各候車廳之間的影響；在安全通道內(nèi)的商鋪設(shè)置為防火倉，隔絕商鋪的火災(zāi)危險(xiǎn)對安全通道的影響；同時(shí)提出了日常管理建議，保證火災(zāi)時(shí)消防設(shè)施能有效發(fā)揮作用，人員能安全有序疏散。