高鐵星火動車機車檢查庫設計方案研究

張長銳

(河北工業大學，天津 300401)

0 前 言

京沈客運專線是我國正在營建的連接北京至沈陽的重要鐵路干線，其未來將承載環渤海經濟區與東北工業基地之間主要的客流集散功能，同時將成為連結華北、華東、中南與東北經濟區的交通紐帶。全線縱貫三省、市，線路從首都北京起始，向東北方延伸依次經由河北省的承德市、遼寧省的朝陽市、錦州市和阜新市，最終到達其省會沈陽市。京沈客運專線是我國“四縱四橫”鐵路網絡中的重要部分，即將成為連接山海關內外的重要交通動脈。

1 工程概況

京沈客運專線設計擁有目前亞洲最大型的動車檢修基地——新建北京至沈陽鐵路客運專線星火動車所檢查庫(見圖1)。

圖1 檢查庫平面圖

本項目總建筑面積達50 697 m2，可同時為10線20列動車提供檢查修理的服務。星火動車所檢查庫由三部分組成，除了主跨動車檢查庫外，兩側邊跨還設置了具備輔助功能的后勤空間，其中主跨檢查庫建筑面積為39 644 m2，兩個邊跨建筑面積為11 053 m2，建筑主體高度為14.6 m。檢查庫的主跨，采用了排架結構，鋼筋混凝土矩形立柱承載的拱形鋼屋架實現了大跨度的空間設計，其邊跨的結構采用鋼筋混凝土框架體系，增強了結構的穩定性與檢修的功能性融合。順軌道方向，主跨長468.0 m，可同時滿足2列8節編組的動車進庫檢修作業。垂直軌道方向，主體空間分為三跨：33.0 m+33.0 m+18.0 m，兩側邊跨分別為9.0 m跨度，可同時停泊10組動車。

檢查庫主跨為單層空間，軌道標高為±0.000 m。主體建筑檐口標高為10.9 m，屋面天窗最高點標高為14.6 m。兩邊跨的屋面結構標高分別為8.5 m和6.75 m。“10線”檢查庫主跨分為三跨，跨內的相鄰軌道間距為8.5、7.0 m兩種，軌道與建筑的結構柱的凈間距為5.5 m和5.0 m兩種。

2 建筑細部設計

2.1 屋頂的構造做法

檢查庫主體屋頂采用輕鋼屋架，其上鋪設0.65 mm厚壓型鋼襯板，采用不小于0.25 mm的聚烯烴涂層紡粘聚乙烯膜充當隔汽層，保溫層則選用100 mm厚的玻璃絲綿保溫板，防水透汽層選用0.49 mm厚紡粘聚乙烯和聚丙烯膜，屋面面層使用0.8 mm厚YX70-468型氟碳噴涂鍍鋁鋅鋼板。

2.2 檢修溝的構造做法

動車的檢修溝設計采用獨立“Y”型鋼筋混凝土基礎承載，其基礎底部厚度為1m，雙排加筋現澆成型。側翼為“L”型300 mm厚鋼筋混凝土現澆槽溝護墻。基礎之上架設700 mm高的軌道橋墩，腳踏板安裝在橋墩腰部，方便人員檢修，橋墩頂部鋪設鐵軌。

3 檢查庫消防策略研究

在設計過程中，根據《鐵路工程設計防火規范》(TB 10063-2007)(2012版)的標準，檢查庫建筑火災危險性設定為丙類廠房，其耐火等級為二級。檢查庫內安裝了固定消防炮滅火系統，根據《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)最大防火分區應控制在16 000 m2范圍以內，廠房內安全疏散長度為80.0 m。在主跨范圍內當動車組停放檢修作業時，人員在垂直軌道方向上由于輔助用房的存在導致疏散困難，而延軌道方向疏散距離又過長，如何調和平面設計與上述國家規范之間的沖突，成為本項目在消防安全策略研究層面的重要課題。那么，為了判定此項設計是否成立，我們需要對項目進行先期防火規范不滿足的附加論證。

3.1 消防設計方案的引入

該項目在分析防火問題時引入“消防設計方案”的目的在于保障以下幾個層面順利得以實施：①預防火災發生；②及時發現火情；③可靈敏觸發的報警系統；④人員有序地疏散；⑤控制與消滅火情。所以，“消防設計方案”可以在檢查庫無法滿足《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)要求的特殊情況下，將問題化解成若干技術性的模塊預案，即在保證人員安全撤離的同時盡量控制火情，將損失降低到最小限度并保證結構安全。

3.2 人員疏散安全判定依據

建筑的防火性能研究最終目標是保證人員的安全疏散，使得整個建筑系統(涵蓋消防系統)在火災發生時為所有人員提供足夠的逃離時間，使其不受火災的侵害。我們將人員疏散所需時間用參數量級——Tescape表示，將火勢發展超出人體耐受極限的時間用參數量級——Trisk表示，那么這兩個量級之間的變化關系會引出第三個參數量級，即安全裕度——Ts，這是在防火設計中為人員疏散預設的安全余量。由此，我們可以得出一個火災發生后保證人員安全疏散的參數公式：

Tescape+Ts

式中，Tescape的時間維度可以細化為三個階段：感知火災、疏散行動準備、疏散行動到達安全區域。在火災發生后，Ts代表了排除火情不確定性所需要的安全保證系數。如圖2所示。在火災場景假設分析中，我們將典型的火災發生地點定位在如圖3所示的A至F點位上，這六個虛擬起火點涵蓋了整個檢修空間中最為不利的疏散點位。如果假設火災僅僅從A至F點中的一個點開始發生(多點同時起火的可能性被認為可以忽略)，經計算人員疏散的最長時間(Tescape)需要476 s，而假設在自動滅火裝置失效的前提下，以上各區域火災危險來臨的最短時長(Trisk)經測算為1 200 s，大大超出了人員疏散所需的最長時間。根據上述分析，在檢修庫大空間中任意一點的火災安全疏散具備充裕的安全裕度(Ts)。

圖2 火災發展與人員疏散的參數分析圖

圖3 典型火災起火點示意圖

3.3 防火分區的設置

鑒于以上的分析，對于檢查庫的總體消防區域分隔我們確定了以下幾點標準。

1)主庫空間和兩側邊跨中沒有疏散條件的空間統一劃歸一個擴大的防火分區。

2)在首層邊跨中具備獨立疏散入口的空間將成為獨立的防火分區，但與主庫空間應以不低于3.0h的防火墻加以分隔，其所開設的洞口應設置甲級防火門、窗。

3)在擴大防火分區中，凡危險性較大的輔助車間與配件倉儲空間，都采用耐火等級不低于2.0h的防火隔墻和甲級防火門、窗與主庫空間進行分隔。

4)二層的邊跨辦公空間按照現行規范設置防火分區，并在主檢查庫和其之間設置耐火等級不低于3.0h的防火墻或甲級防火門、窗實施分隔。

4 結 語

本文通過對新建京沈客運專線星火動車所檢查庫設計的介紹，從工程角度分析了“十線”動車檢查庫超大空間的設計特點和消防設計的策略。從鐵路建設的專業視角對檢查庫的空間功能配置和防火策略的研究過程做了較為詳實的介紹，對多線動車檢修空間的設計提出了可借鑒的模式探索，希望在已經來臨的高鐵時代有效促進國家基礎設施建設的工程效率。

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