青島地鐵一期工程青島北站大空間換乘站消防設計可行性研究

董慧

（山東省青島市公安消防支隊，山東　青島）

摘要：以青島地鐵一期工程青島北站為研究對象，設置站廳公共區大規模火災，火災規模為8.0MW的快速火災場景，應用火災蔓延理論和火災動力學模擬軟件FDS對站廳公共區火災蔓延、煙氣運動過程進行模擬計算。得出火災過程中地鐵站內火災蔓延、各區域溫度、煙氣的變化趨勢及CO體積分數隨時間的分布規律。分析青島北站火災危險性，并對站廳超大空間防火隔離及人員疏散提出建議。

關鍵詞：地鐵；大空間建筑；防火分隔；性能化

1　引言

地鐵屬于地下特殊結構建筑，與外界連通的開口相對較少，而且客流量大、人員集中，一旦發生火災，極易造成群死群傷的嚴重后果，地鐵火災的嚴重性越來越引起人們的注意。青島地鐵一期工程青島北站（以下簡稱青島北站）位于擬建鐵路青島北站下方，西側為膠州灣高速公路，南側為太原路，北側為滄海路。車站為1號線、3號線、8號線換乘站，其中3號線、8號線平行換乘，為地下兩層車站；1號線與3號線、8號線“十”字換乘，為地下三層車站。該站換乘客流量大（預計2039年將達到高峰值45036人/小時），潛在的安全隱患較多，研究青島北站的火災規律，最大限度降低和避免火災造成的人員傷害，具有極其重要的意義。

2　消防設計難點

從功能使用方面考慮，站廳采用防火墻等措施進行防火分隔會嚴重影響車站的視覺通透性和使用便捷性，且在火災過程中不利于人員快速、順暢地疏散。青島北站主要存在以下兩個方面消防設計難點。

2.1　防火分區面積過大

該工程為青島地鐵1號線、3號線、8號線多線換乘車站，站廳及站臺劃為一個公共區防火分區，總面積為12937m²。根據《城市軌道交通技術規范》（GB 50490—2009），一般計算單線標準車站站廳公共面積為2500m²，因此該項目中公共區的防火面積嚴重超過《城市軌道交通技術規范》的規定。

2.2　疏散距離過長

該工程1號線、3號線、8號線共用站廳內最不利點到疏散出口距離約為62m，不滿足《城市軌道交通技術規范》（GB 50490—2014）和《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）相關要求。

3　解決方案

3.1　站廳層防火分區面積過大

對于站廳層防火分區面積過大，采用“防火隔離帶”的方式來進行防火分隔，防火隔離帶劃分方式，如圖1所示，將站廳層劃分為四個區域。站廳層的防火設計具體應滿足以下要求。①在站廳層設置十字形防火隔離帶，采用異色地磚等方法將防火隔離帶區域設置醒目標示加以明確，且防火隔離帶內不得布置任何可燃物。②防火隔離帶寬度應滿足一定要求，具體數值需根據火蔓延理論和輻射強度計算公式定量分析確定。防火隔離帶內的設備管線、管道及保溫等應采用不燃材料，電氣管線等應穿金屬管或槽，當系統中設置有軟接頭時，該軟接頭應能在280℃的環境條件下連續工作不少于30min。③站廳層宜采用透空率不小于30％的透空吊頂以增加蓄煙能力，此時排煙口設置在吊頂內，擋煙垂壁應升至結構板底。站廳層防煙分區面積不應大于2000m²；每個防煙分區采用擋煙垂壁或鋼筋混凝土梁進行分隔，擋煙垂壁高度不少于吊頂面下500mm；擋煙垂壁應采用燃燒性能為A級且耐火極限不低于0.5h的材料。④站廳層應適量加大機械排煙系統的排煙量，減小火災過程中煙氣的沉降速率，為人員疏散贏得更多可利用時間。

3.2　疏散距離過長

針對站臺區域人員需經過較長距離的行走才能到達疏散出口，結合地鐵換乘車站的特點，擬采取以下措施以提高人員疏散效率。①站臺、站廳的主要疏散路徑上不得布置任何妨礙人員疏散的設備。單向公共區人行樓梯寬度不宜小于1.8m，雙向公共區人行樓梯寬度不宜小于2.4m，當寬度大于3.6m時，應設置中間扶手。②自動扶梯應采用供電達到一級負荷要求的公共交通型重載扶梯。且自動扶梯應具有雙向運行功能，緊急情況下，車站內和出入口處的自動扶梯均應能朝疏散方向運轉。自動扶梯應配備緊急停止開關。③付費區與非付費區之間的隔離柵欄上，應設置應急疏散柵欄門，柵欄門位置與寬度如圖2所示。④站廳層與長途車換乘、社會車換乘、出租車換乘、公交車換乘等區域的銜接部位宜采用兩步下降防火卷簾防火分隔，其聯動關系為：安裝在防火卷簾兩側的感煙探測器發出報警信號時啟動防火卷簾第一步下降輸出模塊使防火卷簾下降至距地面1.8m處后停止，當安裝在防火卷簾兩側的感溫探測器發出報警信號時啟動防火卷簾第兩步下降輸出模塊使防火卷簾門降落到底。⑤站廳及站臺地面應設置保持視覺連續的發光疏散指示標志。

4　防火隔離帶設置理論分析

火源熱輻射作用距火源中心距離為R處所接收到的火源輻射熱流量和火源熱釋放速率的關系如式（1）。

　　 （1） 　　

式中，Q為火源熱釋放速率，kW；R為距火源中心的距離，m；q_f為受火源輻射作用而接收到的熱流量，kW/m²。

鄰近可燃物與火源中心的距離可按式（2）計算：

R=r+L　　（2）

式中，r為火源的等效半徑，m；L為可燃物與火源邊界的距離，m。

站廳著火失去控制后，會在上層形成溫度較高的熱煙氣層，可以把煙氣層看做是一個真實的輻射面，從煙層中到臨近可燃物的輻射可由式（3）計算。

　　 （3） 　　

式中，F_s為熱煙層形狀因素，保守取值1；ε為煙層的輻射率，保守取值1；σ為史蒂芬波耳茲曼常數，σ=5.67×10^-11kW/（m²·K⁴）；T_s為熱煙層溫度。

假設在無自動噴水滅火系統的情況下，站廳發生的火災自由發展，規模達到8MW，煙氣層溫度達到200℃（即473K）。利用式（1）～式（3）計算可得發生火災時熱輻射對相鄰可燃物的影響與兩者間距離的函數關系，如式（4）。

　　 （4） 　　

受熱輻射作用引燃可燃物的最小熱流量因可燃物不同而有所差異，本火災場景中取聚氨酯泡沫的最小引燃熱流量7kW/m²為控制值，計算可得防火隔離帶的寬度需不小于7.14m，考慮一定的安全余量，最終防火隔離帶寬度定為10m。

上述計算分析結果表明，在站廳發生失效火災，規模達到8MW，煙氣層溫度達到200℃的情況下，10m寬防火隔離帶可以有效地阻止火災任意大范圍地蔓延，起到防火分隔的作用。

5　火災危險性模擬分析

5.1　火災場景

在遵循合理范圍內的最不利原則下，選取火災發生概率大、火災危害性大的具有代表性的火災場景。青島火車北站站最有可能發生火災并且火災較大的場所就是站廳層若干個自動售貨機或臨時商業物品火災，且靠近3號疏散樓梯，如圖3所示。參考《上海市工程建設規范——建筑防排煙技術規程》（DGJ 08-88—2006），火災場景參數設置見表1。

5.2　模擬結果分析

負一層人員活動高度處參數云圖見表2。當716s時，站廳的疏散出口附近危險高度的能見度下降至10m左右。因此從能見度危險判據分析本場景的危險來臨時間為716s。從溫度方面分析，只有火源所在位置上方的溫度較高，而對于其他區域，在危險高度處的溫度沒有明顯變化，約為20℃。在本場景中，火災產生的煙氣會從起火地點很快上升至站廳的頂部，在煙氣運動過程中將卷吸入大量的周圍空氣，煙氣的濃度將被稀釋，如CO濃度云圖所示，空間中的一氧化碳濃度遠低于判定標準值。

該火災場景下，利用人員疏散軟件Pathfinder對青島北站進行人員疏散時間的計算見表3。

綜上分析，在該火災場景中，站廳的危險來臨時間為716s，超過利用人員疏散軟件Pathfinder計算的最長疏散時間660s，滿足火災狀態下消防安全疏散要求。因此，采取“防火隔離帶”、強化防排煙等消防設施和增加消防疏散輔助設施能夠使超大空間的地鐵站廳滿足消防安全要求。

日常運營中還應做到以下幾點確保安全。必須確保疏散通道暢通，疏散樓梯完整好用且每部疏散樓梯直通室外的出口應保持暢通。安全出口上不應張貼妨礙人員識別安全出口的宣傳畫等物品；必須確保疏散指示標志清晰醒目連續。沿疏散通道在地面設置有源發光導流標志，增設應急照明，以便火災時引導顧客迅速找到安全出口；要加強工作人員的消防培訓，定期組織疏散演習，以便在發生火災時工作人員可以引導、指揮顧客快速找到疏散出口并安全逃生；要按相關規范制定詳盡的消防設施管理和維護措施，對消防設施要進行定期維護，確保消防設施正常工作。

6　結論

（1）理論計算得出防火隔離帶為10m時，可以有效防止建筑內火災蔓延，能夠作為防火分區面積過大時的有效防火分隔措施。

（2）模擬分析得出青島北站消防設計難點解決方案情況下，允許疏散時間為716s，所需疏散時間為660s，滿足人員安全疏散基本條件，可以保證設定的最不利火災場景下人員疏散安全。

（3）除了消防設計難點解決方案以外，在日常運營中還應加強消防管理，以保證火災情況下解決方案的有效性。

參考文獻

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