鐵路無錫站站房改擴建工程消防性能提升及評估技術研究

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，普速站房站場規模為4臺7線，城際站房站場規模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、旅客服務區和二層候車大廳，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。高架候車廳地面標高8.30m。

2 主要消防安全問題

2.1 規范適用性問題

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，其防火設計原則上應滿足《鐵路工程設計防火規范》TB 10063-2016和《建筑設計防火規范[2018版]》GB 50016-2014的相關要求[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性，無法按現行防火設計規范進行改造。

圖2 剖面圖Fig.2 Cutaway view

2.2 防火分區劃分問題

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，在設計上難以進行防火分區劃分，作為一個擴大的防火分區，面積達到20625m2，無法滿足TB 10063-2016第6.1.2條規定的鐵路旅客車站候車廳及集散廳每個防火分區建筑面積不應大于10000m2的要求[1]。

3 消防設計原則和策略

3.1 消防設計基本原則

3.1.1 既有未改造城際站房

（1）建筑防火原則上保持現狀，但應對擴大防火分區內的高火災荷載區域圍護結構及消防設施按相同標準進行改造。

（2）結構防火原則上保持現狀。

（3）消防系統應盡量按現有防火設計規范進行性能提升。

（4）考慮運營連續性和工程可實施性等因素，消防系統末端可不進行改造。

3.1.2 改造普速站房和新建高架候車廳

（1）原則上應執行《建筑設計防火規范[2018版]》GB 50016-2014關于多層公共建筑的要求。

（2）加強對擴大防火分區內的高火災荷載區域的控制。

（3）各消防系統設計應執行現行系統設計規范。

3.2 未改造區域防火性能提升策略對高火災荷載房間采取防火分隔措施。

（1）公共區內布置的設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，在隔墻上開設門窗時，應采用甲級防火門窗，防火單元設計，防火單元內消防系統設計按規范執行。

（2）公共區內設置商業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件圍合火災載荷相對較高的區域，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類防火玻璃墻并設置噴淋系統保護。防火艙頂板的耐火極限不低于1.5h，各防火艙之間設置耐火極限不低于2.0h的防火隔墻，隔墻兩側沿走道門洞之間應設置寬度不小于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。防火艙內要求安裝火災自動報警系統、自動噴水滅火系統和排煙裝置，可快速抑制火災，又可防止煙霧蔓延到大空間。

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

根據各消防給水系統水量水壓需求對既有城際站房消防泵房內消火栓水泵、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，將既有城際站火災自動報警系統作為一個子站，采用數據總線方式將所有既有城際站的火災自動報警系統納入到新建火災自動報警系統統一監控管理，火災廣播與通信廣播共用，并與消防設備配套[4]。

3.3 改擴建區域消防設計策略

3.3.1 防火分區/分隔

（1）普速站房二層西側集中布置的售票廳室、設備辦公區按規范要求劃分防火分區，上述防火分區與擴大防火分區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設置防火隔離帶將候車區劃分為2個防火控制分區，防止火災大范圍水平蔓延及用于消防系統的分區控制。

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

3.3.2 疏散設計

（1）站臺區為半室外空間，作為人員疏散安全區。

（2）通向站臺的敞開樓梯和公共區敞開樓梯（間）作為人員疏散出口。

（3）根據各樓梯梯段凈寬度不同，承擔的疏散人數也不同，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具有消防聯動開啟功能，閘機兩側設置活動式柵欄或疏散平開門，嚴禁落鎖，火災時應處于可開啟狀態，地面設置明顯的疏散指示標志。

3.3.3 消防系統設計

（1）采取高側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、與火災自動報警系統聯動功能、遠程控制開啟功能和手動開啟功能。

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

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

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

4 煙控系統有效性評估

4.1 火災煙氣場景設計

站房公共區火災風險較低，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，其中火災規模較大的可燃物為軟席座椅、商品及家具。根據《建筑防煙排煙系統設計標準》GB 51251-2017表4.6.6，無錫站公共區最大火災熱釋放速率按一般無噴淋公共場所確定為8.0MW。火災位置布置在站房高架層軟席候車區，考慮自然排煙系統有效，自動滅火系統失效的條件。

4.2 煙氣數值模擬

對火災蔓延其煙氣流動模擬分析采用的是由美國標準技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）火災動力學模擬軟件（Fire Dynamics Simulator，FDS），此模型為基于有限元素方法下的電腦化的流體力學模型，主要用于分析火災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，火災發展趨勢為快速T2火，環境溫度為26℃，模擬時間為1200s，模擬結果，如圖4。

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

4.3 模擬結果分析

模擬結果表明，在設定的火災條件下，火災發生后1200s內，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為7438人，高峰小時發送量2478+5438=7916人，站房疏散人數按照人員流量法計算人數并和最高聚集人數比較取大值。考慮1.4倍的超高峰系數和20%的工作人員及送站人員數量，設定旅客平均停留時間為40min，根據人員流量法計算的人數為8880人，大于最高聚集人數，即站房公共區總疏散人數為8880人。根據不同區域的面積按比例分布人數，確定首層公共區為626人，高架候車區（含夾層）為8254人。

疏散場景的設計總體原則為找出火災發生后，最不利于人員安全疏散的情況，根據設定的火災場景設定相應的疏散場景。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了對每個個體的運動方式準確預測。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正態分布，其疏散模擬結果，如圖5。

5.3 模擬分析結果

結果表明，站房公共區人員疏散所需行動時間為297s，考慮1.5倍安全系數以及疏散開始時間180s，人數疏散所需時間為626s。在設計火災場景條件下，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 人員疏散數值模擬Fig.5 Simulation of occupant evacuation

6 結論

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行現行防火設計規范和防火分區擴大等消防設計問題，提出了消防設計的原則和策略，并對工程消防安全性能進行了評估，主要結論如下：

（1）站房既有工程無法全部按現行防火設計規范進行改造時，可通過控制火災荷載、降低火災風險、改善疏散條件、提高消防系統性能的方式，實現改擴建工程整體防火性能提升的目標。

（2）基于交通建筑火災荷載低、火災風險小、空間高大、人員流動性強等特點，可通過嚴格公共區和非公共區之間的防火分隔措施，對公共區內高火災荷載房間進行控制，優化疏散條件，加強消防系統設計等方式，保障防火分區面積擴大后的消防安全水平。

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