廳-臺分離深埋車站建筑防火設計研究★

劉培龍，劉 健，張 鵬

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 100266)

0 引言

隨著軌道交通建設發展,城市線網分布日趨密集,車站設站條件日趨復雜,部分車站站址環境復雜,線路條件苛刻,造成軌面埋深較大,需采用特殊站型滿足設站要求,車站防火設計也面臨巨大挑戰[1]。目前已有多人對深埋車站消防疏散進行了研究,如黃寅[2]對貴陽市軌道交通3號線一期工程深埋車站消防設計研究;黃昕等[3]對于深部地下空間火災疏散路徑動態規劃,為提升此類型車站消防能力提供了寶貴經驗,本文以神舟二路站防火設計為例,總結了提升廳-臺分離深埋車站防火能力的措施,供大家參考。神舟二路站是西安地鐵十五號線典型的廳-臺分離深埋車站,其地下一層為設備層,地下二層為站廳層,采用明挖法施工,站臺層采用暗挖法施工,站臺左右線通過橫向通道連通,站廳、站臺間通過三組暗挖扶梯通道連通,軌面埋深約47.5 m,站臺至站廳提升高度27 m[4],總平面見圖1。

1 防火設計措施研究

防火設計一般分為被動防火和主動防火兩類措施。被動防火需要注意防火間距、耐火等級、防火分區、消防撲救條件、防火隔離措施等方面;主動防火則需要關注消防給水、滅火器材、火災自動報警系統、防排煙系統、自動滅火系統[5]、疏散設施等。

1.1 車站被動防火設計

神舟二路站建筑防火間距滿足GB 50016—2014建筑設計防火規范要求,地下部分耐火等級采用一級,設備管理區單獨劃分為不同的防火分區,以上被動防火設計為常規設計。

1.2 車站主動防火設計

1.2.1 疏散路徑上設備設施擴容設計

深埋車站需要注意通行設施能力的計算,重點核算樓扶梯、出站閘機等設施的通行能力,避免擁堵。

車站站廳層公共區與站臺層公共區劃分為一個防火分區,由于本站站臺至站廳提升高度為30 m,是常規車站廳臺高差的6倍,因此公共區的防火疏散設施能力需重點考慮。

經優化,車站重點對廳-臺之間的樓扶梯進行了擴容設計。目前三組扶梯組進行聯通,每組扶梯組均采用了三部并列布置的扶梯進行聯通(見圖3),同時設置了垂直電梯群和一部凈寬1.8 m的樓梯進行聯通,有效避免了廳臺間通行能力不足造成的擁堵問題,提升通行設施能力。

1.2.2 關鍵部位防排煙設計

地下深埋車站的疏散路徑較長、在火災工況下,排煙路徑長、煙阻大,因此提升車站防排煙能力是提升防火能力的重點。

1)出入口防排煙設計。由于本站地下2層為站廳層,出入口長度大于60 m,根據GB 50157—2013地鐵設計規范[6]要求,進出站通道長度大于60 m時需設置機械排煙措施。車站出入口與主體交接處設置了擋煙垂壁,出入口通道內設置了排煙系統,加強了排煙能力。

實驗用的人耳數據庫為課題組拍攝制作的人耳數據庫，共采集了30個對象，每個對象有11張不同的人耳圖像。鑒于人耳生物特征具有剛性這一特點，因此課題組自攝的人耳庫主要包括光照以及拍攝角度變化（包含正面、左面、右面、上面和下面，其角度變化在5°～10°范圍內）。圖2展示了人耳庫中部分類別的人耳圖像。

2)站臺層及廳臺通道的防排煙設計。車站埋深較深,且采用了廳-臺分離的布置形式,煙氣排出較為困難,除了注意站廳、站臺的排煙外,還需核算廳-臺間的樓扶梯通道內的排煙能力,因此在扶梯洞口設置擋煙垂壁,有效阻止煙氣蔓延,同時結合暗挖工法,合理選擇通道斷面,利用拱部設置蓄煙倉,提升防排煙能力,以保證火災發展至人體耐受極限的時間內,乘客能全部疏散至安全區。

3)活塞、機械風設計。車站埋深較深,為了減少活塞風阻力,車站活塞風井結合施工豎井布置,既避免彎折,又節省了造價。

1.2.3 噴淋系統設計

噴淋系統是增強建筑防火能力的有效措施,一般大型換乘站站廳公共區面積超5 000 m2時考慮設置噴淋系統,但設置自動噴淋系統時,需要考慮噴水至地面導致地面濕滑的情況,進而易發生踩踏事件,同時還需要增加排水設施能力。由于本站并非換乘站,站廳層公共區面積為標準站體量,并未采用該系統,但對于防火分區面積較大的換乘車站,設置自動噴淋系統是一個有效提升車站防火能力的措施。

2 客流動態仿真模擬輔助設計研究

除了傳統的主動防火、被動防火設計之外,客流仿真模擬技術的應用也為提升車站防火能力提供了有效的途徑。

2.1 仿真疏散模型構建

目前能夠完成客流動態仿真的軟件很多,神舟二路站選取了AnyLogic仿真軟件開展輔助設計。該軟件是一種可以設置為高度智能、連續與離散系統都能適應,且可以相互作用的多智能體仿真平臺。將車站的站廳層平、剖面圖與站臺層平、剖面圖依次導入軟件,使用行人庫中空間標記的墻、矩形墻、環形墻等功能,分別對地鐵車站的墻壁、付費區與非付費區、樓扶梯、半自動售票機以及進出閘機的邊界進行繪制,通過規定各區域及設施設備的范圍,以確定行人的可活動范圍,建立三維模型[7-8](見圖4)。

2.2 不同工況下的仿真疏散模擬

2.2.1 疏散人員確定

對《西安地鐵15號線一期工程初步設計階段客流預測》報告進行分析,得出本站設計客流(見表1)。

表1 神舟二路站客流資料

疏散客流為遠期或客流控制期高峰小時一列車最大斷面客流與站臺上候車人數總和。

疏散人數=(735+5 937+19 124)×1.23/27=1 176 人。

2.2.2 選取疏散驗算標準

通過對深埋地鐵車站不同火災工況下的疏散模擬,驗證車站疏散時間是否滿足GB 50517—2013地鐵設計規范、GB 51298—2018地鐵設計防火標準及DB 11/995—2013城市軌道交通工程設計規范中對人員疏散時間的分段計算的要求,驗證車站安全疏散是否達標。

2.2.3 建立乘客疏散走行邏輯

乘客疏散走行邏輯說明見表2。

表2 乘客疏散走行邏輯說明

2.2.4 選取疏散模擬工況

根據最不利工況分析,乘客安全疏散的基本邏輯設定為:事故發生后,停靠站臺的列車上的行人會迅速下車進入站臺層,選擇通過最近的樓梯進入站廳層,然后繼續選擇適當的疏散路徑和進出站閘機(緊急情景下,進出站閘機均設置為常開)離開付費區,最后選擇最近的出入口、經過對應的通道離開災害現場(見表3)。

表3 乘客安全疏散邏輯說明

2.2.5 仿真疏散模擬結果

經驗證,不同工況下模擬結果均滿足疏散要求(驗證結果見表4)。

表4 不同工況下模擬結果

3 結語

1)從被動防火設計需求方面提出廳-臺增設垂直電梯群設計措施。垂直電梯群可參照消防電梯標準進行設計,但電梯群是否可作為疏散用的安全出口還需商榷。

2)從主動防火設計需求方面提出了疏散路徑通行設施擴容設計、增設防排煙系統、提高蓄煙倉空間、增設水噴淋系統、優化活塞風路徑等措施。

3)從客流仿真模擬輔助方面提出了分段疏散計算、不同工況下的仿真模擬驗證等措施。由于仿真軟件、疏散邏輯、算法、不利工況選擇等的差別,模擬結果可能存在差異,需要盡快建立統一行業標準,規范客流動態仿真模擬這一輔助措施。