針對(duì)我國(guó)沿海某地鐵換乘站共用站廳防火分區(qū)面積超大的問題，從防火分隔、消防救援、人員疏散和可燃物控制等四個(gè)方面提出了相應(yīng)的消防設(shè)計(jì)安全策略。通過FDS和STEPS進(jìn)行地鐵火災(zāi)煙氣模擬和人員疏散計(jì)算，結(jié)合ASET和RSET的消防安全評(píng)估防范，對(duì)其消防安全性進(jìn)行了驗(yàn)證并提出了相應(yīng)的地鐵車站消防安全加強(qiáng)措施。

地鐵站； FDS； 消防安全； 數(shù)值模擬

TU998.12A

［定稿日期］2022-12-27

［作者簡(jiǎn)介］吳林峰（1986—），男，本科，工程師，主要從事建筑防火、防排煙技術(shù)和人員疏散研究工作。

0 引言

隨著城市地鐵線路的增加，多線換成的地鐵站的出現(xiàn)不僅可以提供乘客更多的選擇線路，還可以擴(kuò)大地鐵的運(yùn)輸輻射范圍，形成多線路交叉的網(wǎng)狀地鐵布局，為市民出現(xiàn)提供交通便利。但地鐵站因人員密度較高，部分換乘站愈發(fā)大型和復(fù)雜，其地鐵建筑的消防安全性存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)地鐵的消防安全性，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者開展了系列研究。Sajid等［1］學(xué)者利用FDS進(jìn)行地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究，研究表明受火場(chǎng)毒性氣體和溫度的影響，當(dāng)疏散時(shí)間超過200s時(shí)最高死亡率為6.2%。Zhang等［2］基于地鐵起火的研究背景提出了ASET/RSET的安全評(píng)估方法，并開展了大量的數(shù)值模擬驗(yàn)證。謝元一等［3］針對(duì)換乘站地鐵防火分區(qū)面積超過規(guī)范進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，研究表明在防火卷簾有效的前提下，通過防火分隔的方式能夠提升地鐵換乘站的消防安全性。韓國(guó)中央大學(xué)利用Fire Dynamics Simulator（FDS）對(duì)地鐵車站的煙氣擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了系列研究，并考慮了煙氣對(duì)疏散人員安全性的影響［4］。

筆者針對(duì)我國(guó)沿海某地鐵換乘站提出消防安全策略，利用火災(zāi)模擬器進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并結(jié)合ASET/RSET安全評(píng)估方法進(jìn)行驗(yàn)證，判斷大型換成地鐵站的消防安全性。

1 工程概況

沿海某車站為A地鐵線和B地鐵線換乘站，地下3層島式站臺(tái)車站，總建筑面積24 146 m2，附屬建筑面積8 669 m2，標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.5 m，車站外包長(zhǎng)度為214 m。耐火等級(jí)均為一級(jí)，共分成11個(gè)防火分區(qū)，最大防火分區(qū)9 483.5 m2，最小防火分區(qū)106。車站共設(shè)置4個(gè)出入口、2組風(fēng)亭及2個(gè)安全出口，風(fēng)亭均為低風(fēng)亭組。如圖1所示。

2 消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

GB 51298-2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.1條規(guī)定：“站臺(tái)和站廳公共區(qū)可劃分為同一防火分區(qū)，站廳公共區(qū)的建筑面積不宜大于5 000 m2?！逼錀l文解釋中規(guī)定：“兼顧換乘車站設(shè)計(jì)及火災(zāi)安全性要求，提出站廳公共區(qū)的建筑面積不宜大于5 000 m2，當(dāng)站廳公共區(qū)面積超過5 000 m2時(shí)需采取防火分隔措施。”該車站站廳公共區(qū)面積為9 483.5 m2，因功能需要難以再進(jìn)行防火分隔，未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

3 消防安全分析方法

為保障沿海某地鐵換乘站的建筑消防安全性，筆者利用FDS和STEPS開展定性消防安全評(píng)價(jià)分析，并從防火分隔、人員疏散、可燃物控制、消防救援等多個(gè)方面對(duì)此車站的消防設(shè)計(jì)提出加強(qiáng)措施。結(jié)合規(guī)范條文要求，對(duì)此車站防火設(shè)計(jì)安全性進(jìn)行論述，并分析其消防設(shè)計(jì)情況（圖2）。

仿真模擬的目的在于驗(yàn)證現(xiàn)有消防設(shè)計(jì)方案的合理性。其最重要的安全判據(jù)是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)發(fā)展到對(duì)人構(gòu)成危險(xiǎn)所需要的時(shí)間（ASET）必需大于人員疏散到安全區(qū)域所需要的時(shí)間（RSET），該研究方法能夠定量分析建筑的消防安全性［5］。通過設(shè)定疏散人數(shù)和疏散行動(dòng)參數(shù)，結(jié)合不利起火位置對(duì)人員安全疏散的影響，對(duì)人員疏散行動(dòng)過程進(jìn)行模擬，并與煙流量化分析結(jié)果對(duì)比確定，分析人員疏散是否能夠滿足設(shè)定的消防安全目標(biāo)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)人員安全疏散。

3.1 防火分隔

此站站廳公共區(qū)面積較大，最大防火分區(qū)面積達(dá)到9 483.5 m2。A線與B線站廳采用防火卷簾進(jìn)行物理分隔。卷簾總長(zhǎng)度較大，因此對(duì)卷簾的有效動(dòng)作和相關(guān)防火分隔設(shè)計(jì)提出了相關(guān)優(yōu)化和加強(qiáng)。

首先要求采用雙軌雙簾特級(jí)防火卷簾，除消防電源外，應(yīng)為防火卷簾提供備用電源供電保障；防火卷簾下方及兩側(cè)各1 m范圍內(nèi)，不得擺放影響防火卷簾下落的物品；應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定對(duì)防火卷簾進(jìn)行維護(hù)。為避免火災(zāi)時(shí)人員恐慌，卷簾突然下降導(dǎo)致疏散路徑不暢，要求火災(zāi)狀態(tài)下防火卷簾采用兩步降控制方式。感煙火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警時(shí)至距樓板面1.8 m，專用感溫火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警時(shí)降至地面；下降至地面的動(dòng)作信號(hào)應(yīng)反饋至消防聯(lián)動(dòng)控制器。防火卷簾監(jiān)控線路應(yīng)接入A、B線消防控制室，卷簾兩側(cè)任一站廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，兩邊車站應(yīng)均能控制卷簾降落?？紤]到本站規(guī)模大且客流復(fù)雜，為了減小站臺(tái)至站廳各樓扶梯的開口面積，增大樓扶梯下行風(fēng)速，防止煙氣進(jìn)入，保證樓扶梯的疏散安全性，要求站臺(tái)公共區(qū)通往站廳公共區(qū)的樓扶梯兩側(cè)應(yīng)設(shè)置耐火完整性不小于1 h的防火玻璃，背面應(yīng)設(shè)置耐火極限不低于2 h的實(shí)體墻+甲級(jí)防火門分隔，正面出入口處應(yīng)設(shè)置擋煙垂壁，擋煙垂壁的高度應(yīng)凸出吊頂不小于500 mm。站廳層通向地面的疏散樓扶梯及站臺(tái)其他疏散樓梯應(yīng)采用耐火極限不低于2 h的實(shí)體墻與周圍空間分隔，用于疏散的樓梯或扶梯入口處應(yīng)設(shè)置凸出吊頂不小于500 mm的擋煙垂壁。

3.2 人員疏散

疏散設(shè)計(jì)應(yīng)滿足規(guī)范要求，最大疏散距離不應(yīng)大于50 m。站廳公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，打開所有自動(dòng)檢票口和所有欄柵門，通過應(yīng)急廣播、電視監(jiān)控和站務(wù)人員引導(dǎo)站廳層的人員疏散至地面安全區(qū)域，同時(shí)阻擋地面乘客不再進(jìn)入地鐵，已進(jìn)入的即刻返回。處于上一站和本站區(qū)間隧道內(nèi)的地鐵列車本站不?？浚秸拘旭?。

3.3 可燃物控制

控制車站內(nèi)可燃物數(shù)量，降低車站的火災(zāi)危險(xiǎn)性，是保證車站消防安全性的根本。因此在車站內(nèi)可燃物的等級(jí)、數(shù)量及相關(guān)安全管理方式提出了措施。應(yīng)加強(qiáng)車站內(nèi)的消防安檢，禁止地鐵乘客攜帶易燃易爆物品進(jìn)入車站內(nèi)，從源頭降低車站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的概率。布置在車站的非消防供電線路均要求使用低煙無鹵阻燃型電纜。車站公共區(qū)的頂棚、墻面、地面的裝飾裝修材料燃燒性能等級(jí)應(yīng)為A級(jí)，其它部位裝飾裝修材料燃燒性能等級(jí)不應(yīng)低于B1級(jí)。車站公共區(qū)內(nèi)的廣告燈箱、休息椅、垃圾桶以及安檢設(shè)備、售（檢）票機(jī)等自助終端設(shè)備的外殼的燃燒性能等級(jí)應(yīng)為A級(jí)。地下車站的站臺(tái)、站廳付費(fèi)區(qū)及非付費(fèi)區(qū)的疏散區(qū)和通道內(nèi)不得設(shè)置商業(yè)設(shè)施。

3.4 消防救援

地鐵車站屬于人員密集場(chǎng)所，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，車站員工應(yīng)按照應(yīng)急預(yù)案指揮、協(xié)助、引導(dǎo)乘客疏散，并展開初期滅火行動(dòng)。考慮到防火卷簾進(jìn)行分割的有效性，要求車站控制中心應(yīng)具有全線消防救援、調(diào)度指揮和與上一級(jí)防災(zāi)指揮中心聯(lián)網(wǎng)的功能，保障車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能夠準(zhǔn)確的向相關(guān)部門傳達(dá)車站信息。消防控制室與控制中心建筑的監(jiān)控室合設(shè)，視頻采集系統(tǒng)作為輔助火災(zāi)報(bào)警設(shè)施。

4 數(shù)值模擬

4.1 模型建立

研究采用FDS火災(zāi)模擬器進(jìn)行煙氣蔓延特性研究，F(xiàn)DS模擬參數(shù)設(shè)置包括環(huán)境情況、模型、開口情況、壁面條件和模擬時(shí)間。假設(shè)計(jì)算區(qū)域內(nèi)外溫度均為25 ℃，壓力為101 325 Pa（1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。模型按照實(shí)際尺寸建立，湍流模型為大渦模型，燃燒模型為混合分?jǐn)?shù)模型。除此之外還采用STEPS人員疏散軟件模擬人員疏散行動(dòng)時(shí)間。相關(guān)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)建立1∶1三維計(jì)算模型（圖3）。

4.2 場(chǎng)景及參數(shù)設(shè)置

考慮到火災(zāi)工況下防火分隔卷簾的出現(xiàn)的情況，設(shè)置了2個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景和2個(gè)疏散場(chǎng)景?；馂?zāi)場(chǎng)景結(jié)合工程實(shí)際情況，分別考慮了防火卷簾未能正常動(dòng)作的最不利情況，并參照GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求設(shè)置火災(zāi)規(guī)模參數(shù)；考慮到此站體量較大，疏散人數(shù)較多，故對(duì)其安全性的模擬時(shí)間確定為30 min，即1 800 s（表1）。

采用STEPS人員疏散模型對(duì)該站進(jìn)行整體疏散模擬。對(duì)應(yīng)相應(yīng)的火災(zāi)場(chǎng)景共設(shè)置了多個(gè)疏散場(chǎng)景，如表2所示。

4.3 煙氣模擬結(jié)果

煙氣模擬結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)具體如圖4所示。

A場(chǎng)景模擬過程中，煙氣溫度的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（383 s）時(shí)，上層煙氣溫度達(dá)到44 ℃左右，下層煙氣溫度達(dá)到28 ℃左右，模擬結(jié)束（1 800 s）時(shí)，上層煙氣溫度達(dá)到64" ℃左右，下層煙氣溫度達(dá)到37 ℃左右。

CO2體積分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（383 s）時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.04%，模擬到1 800 s時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.26%。CO體積分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（383 s）時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4×10-6，模擬到1 800 s時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)到14×10-6。

能見度的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（383 s）時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的能見度達(dá)到29 m，模擬到700 s時(shí)，距離站廳層出入口附近的地面上方2.0 m處的能見度下降到10 m。

B場(chǎng)景模擬過程中， 煙氣溫度的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（390 s）時(shí)，上層煙氣溫度達(dá)到34 ℃左右，下層煙氣溫度達(dá)到26 ℃左右，模擬結(jié)束（1 800 s）時(shí)，上層煙氣溫度達(dá)到44 ℃左右，下層煙氣溫度達(dá)到32 ℃左右。CO2體積分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（390 s）時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.03%，模擬到1 800 s時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.1%。CO體積分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（390 s）時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10×10-6，模擬到1 800 s時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30×10-6。

能見度的模擬結(jié)果：疏散結(jié)束（390 s）時(shí)，距離站廳層地面上方2.0 m處的能見度達(dá)到29 m，模擬到960 s時(shí)，距離站廳層出入口附近的地面上方2.0 m處的能見度下降到10 m。

4.4 疏散模擬結(jié)果

參照火災(zāi)模擬的工況設(shè)置了2個(gè)對(duì)等的疏散模擬場(chǎng)景，疏散時(shí)間REST計(jì)算方法如式（1）所示。

REST= Td+Tpre+k×Tt（1）

式中：Td為報(bào)警探測(cè)時(shí)間（s）；Tpre為疏散預(yù)動(dòng)作時(shí)間（s）；Tt為疏散行動(dòng)時(shí)間（s）；K為安全系數(shù)，通常為1.2～1.5。

利用STEPS模擬計(jì)算出2個(gè)疏散工況的整體疏散時(shí)間分別為383 s和390 s，各參數(shù)詳見表3。

4.5 消防安全定性分析

通過FDS軟件進(jìn)行地鐵站煙氣流動(dòng)模擬并結(jié)合STEPS人員疏散的計(jì)算數(shù)據(jù)，利用ASET/RSET消防安全定性分析進(jìn)行綜合判斷。通過模擬得出，在站廳層發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在防排煙系統(tǒng)均有效的情況下，火災(zāi)場(chǎng)景A的安全余量有317 s，火場(chǎng)場(chǎng)景B的安全余量有570 s。因此在保障地鐵防火分隔、人員疏散、可燃物控制、消防救援等多方面的安全措施可靠的前提下，沿海某換乘地鐵站的消防安全性能夠得到保障（表4）。

5 結(jié)論

結(jié)合消防性能化解決方案和數(shù)值模擬分析結(jié)果，現(xiàn)消防安全設(shè)計(jì)可行，能夠保證人員安全疏散。但在日常運(yùn)營(yíng)中要加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制火災(zāi)荷載，同時(shí)應(yīng)確保各疏散門、疏散通道和安全出口的暢通，加強(qiáng)消防設(shè)施設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，確保消防設(shè)施設(shè)備的功能完整性。日常運(yùn)營(yíng)管理中應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)防排煙系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護(hù)；并建議在后期運(yùn)營(yíng)中制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，站廳火災(zāi)時(shí)站臺(tái)人員考慮通過地鐵列車輔助疏散。

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