地鐵車輛段運用庫防火設計的探討

謝天光工程師 路世昌副研究員 黃益良助理研究員

(1.應急管理部天津消防研究所 天津 300381； 2.天津盛達安全科技有限責任公司 天津 300382)

0 引言

地鐵車輛段運用庫是列車停放、檢修、洗車和保養維護的重要基地，其主要功能是對列車進行日常檢修、周月檢以及存放和整備運營的地鐵車輛，是所有地鐵車輛段中使用頻率最高的單體建筑。地鐵車輛段運用庫一般由雙周/三月檢庫、停車列檢庫以及辦公組合建造而成。我國目前現有車輛基地運用庫約50個，其中大部分都進行了上蓋開發，即在運用庫上部修建住宅等民用建筑，在土地得到集約利用的同時，也對建筑本身的防火設計提出更高要求。

地鐵車輛段運用庫面積較大，受停放地鐵車輛影響，運用庫內人員需要先疏散到消防車道，然后沿消防車道疏散至室外安全區域，造成運用庫內人員實際疏散距離過長；由于地鐵車輛基地上部多進行了上蓋物業開發，使得部分消防車道位于蓋板下方，且相關建設工程技術標準對車輛段基地地下消防車道的具體要求尚無明確規定。因此，有必要對此類建筑的防火設計開展研究，運用消防工程學方法進行分析論證，確保其消防安全設計能夠達到規范要求的同等水平。

1 工程概況

本項目用地長約750m，寬約200m，總建筑面積約10.2×10m，由于上蓋開發建設綠地公園，整個停車場運用庫采用全地下建筑。從地面至底板，埋深約為14m。運用庫在功能上分為3部分：辦公管理區、咽喉及道岔區、停車列檢區，其中咽喉及道岔區為無人區。運用庫平面和橫剖面圖，如圖1、2。

2 防火設計難點

根據地鐵車輛段運用庫的使用功能、土地利用等需要，將其設置在地下。地下停車場消防車道的具體要求及其安全保障措施目前尚無相關規范明確規定，需要運用消防工程學原理進行論證分析，確保達到國家建設工程消防技術標準的同等水平。其防火設計難點主要為：

(1)庫房列車停車位下面設置有檢修坑且常有列車停放，庫內人員實際疏散路徑往往會被車輛阻隔，造成人員疏散距離過長，當不能滿足疏散距離時，可采取檢修坑之間聯通，把出入口置于庫房外與消防車道相鄰，視為達到安全區，但相關技術標準對消防車道的技術要求尚未明確規定。

(2)由于車輛基地有部分消防車道位于蓋板下方，需要對消防車道提出加強性技術措施，確保消防車道安全性。

綜上所述，在火災情況下為最大限度地保證滅火救援行動順利開展，同時給庫內人員安全疏散創造更有利條件，需要采取技術措施保障消防車道的安全性并對其可行性進行分析論證。

圖1 運用庫平面功能區分布圖Fig.1 Distribution map of the functional areas of the rail transit vehicle depot

圖2 運用庫橫剖面圖Fig.2 The cross section of the rail transit vehicle depot

3 防火設計方案

為解決運用庫內人員疏散距離過長問題，同時最大限度保證火災情況下在消防車道內開展滅火救援的安全性，針對本項目的消防設計目標，本文從消防車道、防火分隔、安全疏散以及消防設施等方面提出加強性技術措施，并通過數值模擬方式進行驗證性分析。

3.1 消防車道

(1)在地下運用庫周邊設置消防車道，消防車道通往地面的出入口不少于2個，消防車道在運用庫周圍形成環形車道，消防車道寬度不小于4m，消防車道兩側建筑或墻體之間距離不宜小于9m，局部位置設置疏散樓梯突出外墻導致間距小于9m時，兩側均采用防火墻及甲級防火門。環形消防車道示意圖，如圖3。

(2)運用庫的環形消防車道區域上空設置敞開式開口，開口面積不小于消防車道地面面積的30%，且均勻布置，開口間距不宜大于60m。

圖3 運用庫環形消防車道示意圖Fig.3 Schematic diagram of the circular fire lane of the rail transit vehicle depot

3.2 防火分隔

(1)運用庫內的定/臨修庫、車間備品庫、調機工程車庫等區域整體劃分為一個防火分區，采用耐火極限不低于3.00h的防火墻和甲級防火門與停車列檢庫區域進行防火分隔；調機工程車庫、車間備品庫采用耐火極限不低于2.00h的防火隔墻和乙級防火門與定/臨修庫進行防火分隔。防火分隔示意圖，如圖4。

運用庫與消防車道之間設置耐火極限不低于3.00h的防火墻進行分隔，防火墻上設置的連通口采用乙級防火門進行防火分隔，運用庫與咽喉區相鄰的一側由于列車通行無法采用防火墻進行分隔，建議在咽喉區末端設置擋煙垂壁防止火災煙氣蔓延。

(2)整個地下空間內的運轉綜合樓、降壓混合變電所、維修樓、綜合樓、物資庫房、消防水泵房等部分采用甲級防火門窗及防火墻與地下空間的其他部位進行防火分隔，各附屬建筑按地下建筑相關規定設計。

(3)除不燃燒地面和墻面的飾面涂層(結合具體位置飾面涂層有可能使用B1級材料)外，停車列檢庫、雙周/三月檢庫、定/臨修庫、調機工程車庫、車間備品庫等區域及停車場其他公共區域均采用A級材料。

(4)停車場地下空間內，未劃入單體建筑的公共區域，僅供人員通行，不用于停放車輛、放置任何可燃物等用途。

3.3 安全疏散

(1)運用庫內任一點疏散至消防車道或相鄰防火分區的距離不大于60m。運用庫內的墻體上適當位置增設甲級防火門便于停車列檢庫內的人員疏散。

運用庫內股道之間根據工藝要求需要設置圍蔽，圍蔽設施上增設人員疏散門，因管理需要設置門禁時，應確保火災時不使用任何鑰匙等工具就易于打開，并在顯著位置設置使用提示的標識。

當運用庫通過消防車道疏散時，運用庫疏散至消防車道的疏散門與消防車道旁設置的疏散樓梯距離不大于60m，疏散樓梯的凈寬度不小于1.1m。

(2)調機工程車庫、車間備品庫之間增設一條寬度不小于1.4m的疏散通道，便于停車列檢庫人員直接疏散至消防車道敞開區域，增設疏散通道位置示意圖，如圖5。

圖4 運用庫防火分隔示意圖Fig.4 Schematic diagram of fire separation of the rail transit vehicle depot

圖5 調機工程車庫、車間備品庫之間增設疏散通道示意圖Fig.5 Schematic diagram of adding evacuation passageway between the garage andthe spare parts warehouse of the shunting engineering

(3)停車場地下空間內的運轉綜合樓、降壓混合變電所、維修樓、綜合樓、物資庫房、消防水泵房等建筑內人員可利用相鄰下沉式廣場進行疏散。

3.4 消防設施

(1)咽喉區與運用庫之間的消防車道兩側設置擋煙垂壁，擋煙垂壁距離蓋板底不小于2m，并宜設置至接觸網上部。

運用庫內設置機械排煙系統，根據《地鐵設計防火標準》GB 51298-2018第8.2.4條規定，防煙分區包含軌道區時，按列車設計火災規模計算排煙量；防煙分區面積等根據《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251-2017第4.2.4條相關要求確定。

運用庫內建議考慮補風設施，運用庫與咽喉區相鄰一側墻體上的開口可作為自然補風設施，自然補風口的風速不大于3m/s，補風口面積按運用庫與咽喉區相鄰一側墻體開口面積、對應消防車道通往地面的開口面積較小值計算。開口的自然補風不能滿足要求時，建議增設機械補風設施。

(2)運用庫設置自動滅火系統可采用大空間智能型主動噴水滅火系統或自動噴水滅火系統，并宜采用自動噴水滅火系統；當采用大空間智能型主動噴水滅火系統時，滿足任意一點2股水柱同時達到。

(3)咽喉區、運用庫內均應設置火災自動報警系統，并設置手動報警按鈕。設置視頻監控系統，覆蓋庫區所有區域。

(4)運用庫、咽喉區等區域均設置消火栓系統。消防車道邊設置室外消火栓系統；庫區內部設置室內消火栓系統，室內消火栓的布置間距需考慮列車遮擋影響后，仍確保2股水柱同時到達庫內任意一點。

(5)停車場內除運用庫、咽喉區、各輔助單體建筑外的其他公共區域建議設置自動滅火系統、火災自動報警系統和消火栓系統。

4 可行性分析

4.1 數值模擬

針對設定的防火設計目標，綜合運用消防工程原理采用火災動力學模擬軟件FDS對運用庫內著火后煙氣流動情況進行分析，同時采用人員疏散軟件Pathfinder對運用庫內人員經消防車道進行疏散的安全性進行定量分析。根據建筑使用功能、平面布局和可燃物分布情況，設定運用庫內的停車列檢庫區域、定/臨修庫內的地鐵列車發生火災，火源位置，如圖6。可燃物均為地鐵列車，火災增長系數按照快速火取值為0.046 89kw/s，火災最大熱釋放速率參照《地鐵設計防火標準》GB 51298-2018有關規定，同時結合工程實際取值為7.5MW。所有設定火災場景均考慮自動滅火系統失效的不利情況，通過排煙系統有效和失效的排列組合，共設定5組10個設定火災場景進行模擬計算，見下表，其中設定場景A1的能見度模擬情況，如圖7。

表 設定火災場景匯總表Tab. Summary of fire scenarios

圖6 火源位置示意圖Fig.6 Schematic diagram of fire source location

4.2 安全性分析

針對本項目提出的防火設計優化方案，通過對設定火災場景和疏散場景進行數值模擬分析，對比各個設定場景下的人員可用疏散時間和必需疏散時間,其分析結果表明:在模擬時間內，消防車道內清晰高度處的最低能見度沒有達到設定危險能見度10m，最高溫度沒有達到設定危險溫度60℃，CO最高濃度為1ppm，低于設定的危險濃度500ppm，當前的設計方案能保證運用庫內人員通過消防車道進行疏散的安全性。通過對不同火源位置開展數值模擬分析，可得到以下結論：

(1)運用庫內發生火災時，在排煙系統有效啟動的情況下，可在較長時間內(大于30min)維持較為安全的人員疏散環境。

(2)運用庫內發生火災時，在排煙系統和滅火系統均失效時，運用庫內人員可用疏散時間相對較短，人員疏散安全裕度較低。

(3)在設定火災場景假定條件下，運用庫內靠近環形消防車道部位發生火災時，消防車道可在較長時間內維持人員疏散的安全環境，火災后期4m高度處的能見度受到火災煙氣影響，但相關判定指標均未到達極限數值。運用庫內人員能夠通過設置在消防車道旁的疏散樓梯疏散到室外，疏散設計能夠保證人員的安全疏散。

5 結論

地鐵車輛段運用庫作為一類特殊建筑，由于使用功能和土地節約利用等需要，設計上一般位于地下，由此帶來了庫內人員安全疏散以及滅火救援等相關的消防設計問題。地鐵車輛運用庫地下消防車道的具體要求及其安全保障措施目前尚無相關工程建設標準明確規定，本文結合工程實例從滅火救援、防火分隔、安全疏散以及防排煙系統等方面進行防火設計分析研究，在滿足工藝需求的同時，能夠確保消防車道的安全性，同時滿足庫內人員安全疏散的消防設計目標，為今后類似工程的消防設計提供技術參考。