黃 寅

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，200125，上?！胃呒?jí)工程師)

隨著城市軌道交通的發(fā)展，其建設(shè)受周邊環(huán)境制約的因素越來(lái)越多。尤其在山地城市，地勢(shì)起伏極大，導(dǎo)致部分車站埋深較深，其與埋深較淺的車站相比，存在層數(shù)多、風(fēng)壓損失較大、人員疏散到地面的距離大、疏散時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題[1-2]。本文以貴陽(yáng)軌道交通3號(hào)線花果園西站消防設(shè)計(jì)為例,分析深埋車站的消防設(shè)計(jì)。

1 城市軌道交通深埋車站消防安全

地下車站具有環(huán)境封閉、內(nèi)部縱深大、層數(shù)多、通風(fēng)及照明條件差、疏散路線長(zhǎng)、安全逃生方式與途徑單一和火災(zāi)救援疏散困難等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)事件，極易造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。隨著城市地下空間開(kāi)始向深層發(fā)展，以及受山地地勢(shì)等因素影響，越來(lái)越多的深埋車站相繼出現(xiàn)。深埋車站的特點(diǎn)決定了其防火和安全疏散設(shè)計(jì)必須采取一些與淺埋車站不同的原則和方法，以保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)能將生命和財(cái)產(chǎn)的損失降低到最小[3]?，F(xiàn)行GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于安全疏散的有關(guān)規(guī)定都是強(qiáng)制性條文，但未針對(duì)深埋車站作區(qū)別化要求，給該類車站的消防設(shè)計(jì)及審查帶來(lái)諸多疑惑和困難。

在深埋車站大量出現(xiàn)的前提下，如何在現(xiàn)有的規(guī)范體系下，提出針對(duì)深埋車站的消防設(shè)計(jì)要求，是保障城市軌道交通車站安全、建立健全城市公共安全體系的重要內(nèi)容。本文綜合國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究及實(shí)踐，結(jié)合貴陽(yáng)市軌道交通3號(hào)線花果園西站的消防設(shè)計(jì)，分析了深埋車站自動(dòng)扶梯輔助疏散、垂直電梯輔助疏散、防排煙系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋和智能疏散體系等的設(shè)計(jì)要求，以保障深埋車站的消防安全。

花果園西站位于貴陽(yáng)花果園Q區(qū)東側(cè)獅子巖山體內(nèi)，該站受車站大、小里程區(qū)間下穿建筑物、構(gòu)筑物的地下樁基以及車站所處區(qū)域地勢(shì)起伏較大的影響，車站軌面埋深超過(guò)70 m(見(jiàn)圖1)。受埋深影響，該站從站廳到各出入口的通道長(zhǎng)度均超過(guò)100 m。

圖1 花果園西站埋深示意圖Fig.1 Diagram of buried depth of Huaguoyuan West Station

1.1 自動(dòng)扶梯輔助疏散設(shè)計(jì)

深埋車站的進(jìn)出站通道的提升高度較高，通道的長(zhǎng)度往往超過(guò)100 m，甚至更長(zhǎng)。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求，當(dāng)進(jìn)出站通道長(zhǎng)度為60 m時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)；當(dāng)進(jìn)出站通道長(zhǎng)度超過(guò)100 m時(shí)，應(yīng)設(shè)置安全出口，以保證任意點(diǎn)至最近安全出口的疏散距離不大于50 m。對(duì)于進(jìn)出車站的樓扶梯設(shè)置，常規(guī)采用1部上行、1部下行扶梯及1部樓梯的組合形式。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范要求，下行扶梯不參與疏散，且需考慮1部上行扶梯的檢修工況，因此，對(duì)于深埋車站而言，其整體的理論疏散能力較低。

國(guó)外的深埋車站，如朝鮮平壤、俄羅斯莫斯科等地的軌道交通車站,埋深通常達(dá)到70 m，甚至100 m以上。其進(jìn)出站通道通常設(shè)置3部一次提升直達(dá)地面的自動(dòng)扶梯，正常情況下，采用1部上行、1部下行和1部備用的運(yùn)行模式(見(jiàn)圖2)。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，寬為1 m、運(yùn)行速度為0.65 m/s的自動(dòng)扶梯的最大通過(guò)能力為8 190人次/h;1.8 m寬樓梯(與扶梯設(shè)備寬度相當(dāng))折算為3股人流，其最大通過(guò)能力為5 280人次/h。采用扶梯作為主要疏散工具，其效率約為樓梯的1.5倍。

圖2 莫斯科某地鐵站進(jìn)出車站扶梯Fig.2 Entry/exit of certain Moscow metro station

考慮到一次提升過(guò)大扶梯設(shè)備的造價(jià)及可靠性，可在超長(zhǎng)通道中設(shè)置中間平臺(tái)，采取分段提升策略。在中間平臺(tái)處，設(shè)置安全出口通道。這樣,既滿足規(guī)范中當(dāng)進(jìn)出站通道長(zhǎng)度超過(guò)100 m時(shí)需設(shè)置安全出口的要求，又降低了扶梯設(shè)備的費(fèi)用,提高了扶梯設(shè)備的可靠性。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求，考慮到扶梯設(shè)備的不可靠性，設(shè)置扶梯的同時(shí)必須設(shè)置樓梯。在花果園西站提升高度較大的進(jìn)出站通道，采用的是3部扶梯+1個(gè)樓梯的組合形式，正常情況下，使用2部扶梯和1個(gè)樓梯，另1部扶梯備用；火災(zāi)工況下，3部扶梯全部采用上行(疏散方向)模式運(yùn)行，參與車站人員疏散?；ü麍@西站樓扶梯設(shè)置如圖3所示。

圖3 花果園西站進(jìn)出站通道樓扶梯設(shè)置示意圖

1.2 垂直電梯輔助疏散設(shè)計(jì)

深埋車站的疏散距離遠(yuǎn)、疏散時(shí)間長(zhǎng)，如果僅使用樓梯加扶梯的組合疏散方式,其疏散效率仍不夠高效。目前，國(guó)內(nèi)外的超高層建筑及地鐵正開(kāi)展高速電梯輔助疏散的研究，超高層建筑如上海中心、地鐵建筑如香港地鐵香港大學(xué)站(見(jiàn)圖4)已開(kāi)展采用垂直電梯參與輔助疏散的相關(guān)試點(diǎn)工作。

圖4 香港地鐵香港大學(xué)站高速電梯

車站的垂直電梯一般僅作為殘障人士及攜帶大件行李的乘客進(jìn)出站使用。深埋車站的豎向提升高度較大，甚至出現(xiàn)提升高度大于100 m的車站，因此如果垂直電梯參與疏散，其安全性至關(guān)重要。垂直電梯停靠樓層較為單一，常規(guī)車站的垂直電梯僅在通道層、地面層?？?，這點(diǎn)成為了火災(zāi)工況時(shí)垂直電梯高效運(yùn)行的一個(gè)先天優(yōu)勢(shì)。垂直電梯采用消防電梯標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)及雙電源系統(tǒng)，同時(shí)在出入口通道層電梯門處設(shè)置防火卷簾，火災(zāi)工況下，防火卷簾降下，可防止煙氣進(jìn)入電梯井道。深埋車站垂直電梯的提升高度較大，按照規(guī)范要求，當(dāng)相鄰?fù)？繉痈呦嗖畲笥?1 m時(shí)，垂直電梯需設(shè)置井道安全門，并在井道安全門處設(shè)置樓梯用于設(shè)備故障時(shí)的人員撤離，火災(zāi)時(shí)疏散人員可利用該樓梯間,由通道層進(jìn)入通道上方設(shè)置的臨時(shí)避難層。

火災(zāi)工況下，垂直電梯的運(yùn)行模式為：首先停靠地面層將電梯內(nèi)人員疏散，繼而進(jìn)入輔助疏散模式，往復(fù)運(yùn)行于出入口通道上方的臨時(shí)避難層與地面層之間，將臨時(shí)避難層的人員高效地點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)輸至地面進(jìn)行疏散[4-5]，如圖5所示。當(dāng)消防人員到達(dá)救援現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，考慮到消防隊(duì)員攜帶的裝備較多，通過(guò)樓梯進(jìn)入深埋車站對(duì)消防人員體力消耗極大，此時(shí)垂直電梯可由消防人員手動(dòng)控制，方便消防人員通過(guò)該電梯到達(dá)深埋出入站通道，并盡快到達(dá)深埋車站各層開(kāi)展救援工作。

圖5 香港大學(xué)站垂直電梯疏散示意圖

花果園西站在車站2號(hào)出入口設(shè)置2部垂直電梯及垂直疏散樓梯。因?yàn)榈罔F出入口的垂直電梯正常工況下僅往返于站廳層與地面層之間，所以在火災(zāi)工況時(shí)，車站站廳層需要疏散的人員在通過(guò)出入口通道到達(dá)臨時(shí)安全區(qū)域后，可經(jīng)由作為輔助疏散的垂直電梯到達(dá)地面進(jìn)行疏散(見(jiàn)圖6)。綜合整個(gè)車站的疏散條件，經(jīng)過(guò)疏散軟件模擬，最終將垂直電梯的運(yùn)行速度定為2 m/s，車站整體疏散效率可以提高約25%。

圖6 花果園西站垂直電梯疏散示意圖

1.3 防排煙設(shè)計(jì)

深埋車站的進(jìn)出站通道長(zhǎng)度普遍大于100 m，GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》僅對(duì)進(jìn)出站通道長(zhǎng)度大于60 m時(shí)提出設(shè)置機(jī)械排煙措施的要求，對(duì)車站站廳、站臺(tái)的排煙措施未做具體要求。深埋車站因其通道長(zhǎng)度較長(zhǎng)、煙氣排出較為困難，所以需要考慮控制煙氣的擴(kuò)散，以保證人員疏散時(shí)間小于火災(zāi)發(fā)展至人體耐受極限的時(shí)間[6]。

深埋車站通常采用礦山法施工，站廳層頂部形成拱頂，上部空間較高，可為火災(zāi)工況下煙倉(cāng)蓄煙提供較好的條件，可有效延長(zhǎng)煙氣下降至危害人員疏散高度的時(shí)間。但因深埋車站進(jìn)出站通道普遍較長(zhǎng)，疏散時(shí)間也較長(zhǎng)，所以仍需加強(qiáng)排煙設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步延長(zhǎng)煙氣下降擴(kuò)散至進(jìn)出站通道的時(shí)間。

花果園西站進(jìn)出站通道共設(shè)置3部扶梯和1個(gè)樓梯，由于其土建寬度較寬，結(jié)合礦山法施工需求，需加高出入口通道斷面高度以提供更大的蓄煙空間。由于煙氣向上擴(kuò)散較為顯著，所以需在樓扶梯組斜段處分段設(shè)置擋煙垂壁，以減緩煙氣向人員疏散方向蔓延的速度(見(jiàn)圖7)。

圖7 花果園西站出入口防排煙設(shè)計(jì)示意圖

1.4 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于地下車站，規(guī)范并未要求設(shè)置噴淋系統(tǒng)。韓國(guó)大邱地鐵火災(zāi)事故發(fā)生后，為提高車站的安全性，上海市應(yīng)急管理局要求所有地下車站公共區(qū)必須設(shè)置自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)其他城市對(duì)此并未有相應(yīng)要求。城市軌道交通車站，尤其是深埋車站，有人員疏散難度高的特點(diǎn)，設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)可有效控制火勢(shì)蔓延，保護(hù)人員生命安全。

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的開(kāi)啟可有效撲滅初期火災(zāi)，減緩初期火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散。同時(shí)，該系統(tǒng)可以降低室內(nèi)環(huán)境溫度，減小火災(zāi)高溫對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞，有利于降低對(duì)人員的熱輻射，為安全疏散提供保障。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)工作時(shí)，噴水至地面將導(dǎo)致地面濕滑，進(jìn)而易發(fā)生踩踏事件，故要求地面采用防滑系數(shù)較高的石材地面，保證人員疏散時(shí)的安全性[7]?；ü麍@西站在車站站廳層、站臺(tái)層公共區(qū)均設(shè)置了自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，可有效減緩火災(zāi)的蔓延，為人員疏散提供更好的疏散環(huán)境。

1.5 智能疏散體系設(shè)計(jì)

城市軌道交通車站設(shè)置有疏散指示標(biāo)志，車站公共區(qū)內(nèi)的疏散指示標(biāo)志通常指向最近的安全出口，而未考慮火災(zāi)工況下按既定的疏散指示標(biāo)志疏散，有疏散到火源點(diǎn)的可能性，存在一定的安全隱患。由于深埋車站具有疏散距離長(zhǎng)、疏散時(shí)間長(zhǎng)和疏散環(huán)境較差等特點(diǎn)，疏散時(shí)應(yīng)保證疏散方向的準(zhǔn)確性與可靠性。

目前，越來(lái)越多的大型交通樞紐、公共建筑開(kāi)始采用智能疏散系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高疏散指示的準(zhǔn)確性與安全性。智能疏散系統(tǒng)可根據(jù)報(bào)警的煙感點(diǎn)位判斷火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)，進(jìn)而根據(jù)預(yù)設(shè)的疏散路線調(diào)整疏散指示標(biāo)志指示方向，避免人員錯(cuò)誤地向火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)疏散，從而保證人員從最近、最安全的路線進(jìn)行疏散。因城市軌道交通火災(zāi)僅考慮單一火源的發(fā)生，其智能疏散系統(tǒng)的可操作性更高。

花果園西站在車站內(nèi)增加智慧疏散引導(dǎo)設(shè)施，形成疏散地圖(見(jiàn)圖8)，保障疏散效率和安全性。通過(guò)智慧監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)避難空間和垂直疏散交通核的人員密度情況，在人員擁堵情況下發(fā)送信號(hào)，引導(dǎo)人員從其他出口進(jìn)行疏散，保障整體疏散效率。

圖8 智慧疏散引導(dǎo)設(shè)施示意圖

2 結(jié)語(yǔ)

深埋車站的埋深較深，其疏散較埋深較淺車站更為困難，但目前的規(guī)范對(duì)其消防設(shè)計(jì)并無(wú)具體要求。本文在現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合貴陽(yáng)市軌道交通3號(hào)線花果園西站的消防設(shè)計(jì)，對(duì)自動(dòng)扶梯輔助疏散、垂直電梯輔助疏散、增強(qiáng)防排煙設(shè)計(jì)、設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、采用智能疏散體系等的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了分析，探討了提高深埋車站火災(zāi)工況下安全疏散的措施，可為深埋車站的消防設(shè)計(jì)提供借鑒。