地鐵消防疏散問題思考與研究

郭桃明，曹宇齊

（1. 深圳鐵路投資建設集團有限公司，廣東深圳 518026；2. 深圳地鐵運營集團有限公司，廣東深圳 518026）

地鐵系統以其高效、準時成為大城市的主要公共交通形式，但因其人員密集，地鐵消防一直是各方關注的重點。《地鐵設計防火標準》（GB 51298-2018）于2018年5月14日頒布，于2018年12月1日正式實施。該標準總結部分地區的地鐵工程消防設計經驗，標準的正式發布給地鐵消防設計、審查、審批和驗收提供了依據。同時新規范帶來新問題，同樣值得同行關注和思考。特別是《地鐵設計防火標準》關于地鐵車站防火分區面積不超過5 000 m2、地鐵站臺至站廳安全疏散時間為4 min等方面的原則和深圳地方地鐵標準多線換乘廳防火分區面積不超過15 000 m2、安全疏散通道順直、疏散面積和疏散速度等原則存在較大的差異。文章對此問題進行了研究。

1 國外地鐵火災統計分析

1.1 起火分析

1987年11月18日，英國倫敦地鐵君王十字車站，發生了一起31人死亡、大量人員受傷的重大火災。這是世界地鐵史上繼1903年法國巴黎地鐵發生死亡84 人大火之后，又一起罕見的災難性事故，引起了各國消防、地鐵管理等部門的關注。1995年10月28日傍晚，在阿塞拜疆首府巴庫的地鐵內發生了一場火災，造成至少289人死亡，265人受傷。這次事故是阿塞拜疆迄今乃至蘇聯時期以來損失最為慘重的一次地鐵火災。2003 年2月18日上午，由于一名中年男子縱火，造成韓國大邱市地鐵1號線的中央路車站2列滿載乘客的地鐵列車被燒毀，共造成198人死亡，146人受傷，289 人失蹤。據不完全統計，國外地鐵曾多次發生火災事故，損失慘重。

通過對1903年至2004年近百年地鐵火災事故的統計，從起火原因分析，縱火、爆炸5起，占比11%；吸煙煙頭4起，占比9%；電氣線路和設備故障12起，占比26%；操作故障6起，占比13%；其他4起，占比9%。根據數據表明電氣火災、縱火、吸煙和操作故障等是造成火災的主要原因，如圖1所示。因此對此方面進行預防治理是防止火災發生的重點。

圖1 起火原因占比圖

從起火部位分析，列車起火21起，占比46%；站廳、站臺起火6起，占比13%；隧道起火3起，占比6%；其他不確定的事故16起，占比35%。從起火比例來看，站廳、站臺起火僅為1成左右，而列車起火占比5成左右，如圖2所示。從起火部位分析起火原因，主要是因為列車大多采用可燃性材料，而站廳、站臺存有可燃物較少。隧道火災是由于違章施工和電線電纜火災引起。列車火災占比較大主要原因為列車內部裝飾、座椅材料大多是可燃性材料，目前國內地鐵車輛已均采用不燃和阻燃材料，基本消除列車起火擴大可能性。其他不確定的事故主要是因為相鄰商業火災引起，有的上面是商場營業廳，有的連接商業街，有的站廳內包含部分商業服務項目等。這些地方可燃物多，而且餐廳還有燃氣、明火，增加了火災危險性，一旦著火會影響到整個地鐵站的安全。目前深圳地鐵站廳商鋪均為密閉艙式，且面積為100 m2，其他商業與地鐵車站均設有防火分隔，防止了此類火災事故發生。

圖2 起火部位占比圖

1.2 致死原因分析

從致死直接原因看，因窒息致死占比49.8%；燒灼致死占比29.8%；中毒致死占比3.4%；摔傷致死占比1%；爆炸致死占比0.4%；砸傷致死占比0.2%；其他原因致死占比15.4%，而窒息致死與燒灼致死占比超8成，如圖3所示。研究表明，煙霧主要成分是游離碳、干餾物粒子、高沸點物質的凝縮液滴等，同時火災會產生大量的氰化物、二氧化碳、一氧化碳等有毒有害氣體。火災中，一般認為最有毒的氣體是一氧化碳。同時，燃燒中產生的熱空氣被人吸入，會嚴重灼傷呼吸系統軟組織，造成人員窒息死亡。并且由于燃燒氧氣被消耗，所以火災中環境呈低氧狀態，導致缺氧，引起窒息。還有一種原因是火焰或熱氣流損傷大面積皮膚，引起各種并發癥而致人死亡。

圖3 火災致死原因占比圖

2 消防設計原則及策略

消防要求根據不同類型的建筑功能，采用有針對性的消防策略。因此深圳地鐵以《地鐵地下車站防火分區、煙氣控制與人員疏散系統設計導則》為指導，其總體思想為：①車站內部采用不燃和阻燃材料，避免車站發生火災的可能，同時商業空間采用封閉艙室，避免商業發生火災影響車站公共區；②增加站廳公共區面積，保證乘客之間的距離，提高人員疏散速度；③疏散通道內部平順、無障礙物，改善疏散條件；④加強車站的防排煙設計，通過增加排煙設施提高排煙速度，通過在較小防煙分區面積增加儲煙空間等措施，降低煙氣擴散的速度，減少乘客因火災的煙氣而受到傷害。

深圳地鐵網絡規劃中，多線換乘的樞紐節點多，多線換乘樞紐客流量大。早期車站因受面積限制，導致客流交織嚴重，在車站內部正常情況下客流也存在行動緩慢的情況。同時為方便組織客流在車站內部設置了大量導流欄桿，更加影響消防疏散。目前深圳地鐵采用《地鐵地下車站防火分區、煙氣控制與人員疏散系統設計導則》后，通過增加防火分區面積提高消防疏散速度，解決存在的消防隱患。

3 站廳面積和消防疏散

3.1 防火分區面積規定

對于地下車站站臺公共區消防面積限值，各方存在爭議，但都以《地鐵設計防火標準》中的標準進行設計建設。《地鐵設計防火標準》規定站廳公共區面積不宜大于5 000 m2。為滿足此規定，換乘站公共區需設置多處防火卷簾門和防火門，從而造成車站日常使用困難、消防疏散障礙、環境空間品質下降等問題。深圳地鐵標準《地鐵地下車站防火分區、煙氣控制與人員疏散系統設計導則》規定，多線換乘共用一個站廳公共區時，兩線共用站廳公共區的面積不應大于10 000 m2。三線共用站廳公共區的面積不應大于15 000 m2，當面積大于15 000 m2時應設自動噴水滅火系統。目前深圳地鐵福田站綜合交通樞紐、車公廟樞紐均按此標準執行，項目建成以來運轉良好，作為增加的新標準，解決了曾經困擾的問題，為后期地鐵建設提供了新遵循。

3.2 站廳面積及疏散速度

3.2.1 站廳面積計算

人員疏散特點非常復雜，國內外學者對此進行了大量的觀測、分析和研究。其中Predtechenskii和Milinskii通過對不同類型建筑物內外人流速度和人員密度的大量觀測和統計分析，研究認為常流態最佳密度值為0.92 人/m2。根據統計分析水平通道、樓梯上人員流動速度和人員密度的關系，以及流動通道出口的流動能力，得出人流密度和疏散關系，如表1所示。

表1 人流密度和疏散關系

《固定導軌運輸和有軌客運系統標準》（NFPA130-2014）的附錄C.1規定，站廳疏散人數應為進站乘客和各線雙方向下車乘客之和，進站乘客最高可采用高峰小時15 min進站客流作為乘車客流荷載。根據實際統計情況，一般進站客流停留在站廳的時間小于6 min。

站廳面積計算公式：

式（1）中，S為站廳最小面積；ρ為人員疏散最小人流密度；P為站廳人員總荷載。

站廳人員總荷載計算公式：

式（2）中，P1為高峰小時6 min進站客流；P2為高峰小時6 min出站客流；P3為高峰小時6 min站廳換乘客流。

以紅樹灣站為例，高峰小時進站客流約為45 900人，故每6 min為 45 900×（6 / 60）= 4 590人；高峰小時出站客流約為44 330人，故每6 min為44 330×（6 / 60）= 4 433人；站廳高峰小時換乘客流約為1 770人，故每6 min為1 770×（6 / 60）= 177人。考慮高峰系數1.25，站廳總人員荷載為1.25×（4 590 + 4 433 + 177） =11 500人。根據人員疏散最小0.92人/ m2人流密度極限值，紅樹灣站站廳面積至少應大于11 500人×0.92人/ m2=10 580 m2，根據設計計算數值與現場比較，基本符合情況。

3.2.2 疏散速度計算

地鐵是人員密集的場所，火災情況下很容易引起人員驚慌失措，可能互相擁擠而跌倒、相互踩踏，引發群集傷害事故，需要將群集流動理論應用于火災疏散。

日本、英國、加拿大和美國在群集行為規律方面做了大量研究，單個人在自由空間里行進，步速為1～2 m/s左右。在人數眾多，即群集的情況下，由于受場所的限制，群集的步速取決于人群的密度。人員疏散可定量表示為3個基本特征，分別為密度ρ、速度V和流量f。這3個基本特征值與通道寬度w的關系可表述為：

Predtechenskii和Milinskii給出了水平方向上人員行走速度與人流面積投影密度之間的經驗公式，以及緊急狀態下的經驗公式，根據公式繪制出曲線，如圖4所示。根據上述的經驗公式可知增加站廳的面積可以提高疏散速度，在保證站廳任一點距疏散口距離小于50 m的情況下，可減少人員疏散時間；在相同的時間情況下可增加疏散距離。

圖4 緊急疏散人群密度和疏散速度曲線

4 站臺至站廳消防疏散

《地鐵設計規范》規定事故疏散撤離站臺時間為6 min，扶梯考慮1部檢修的折減，下行扶梯可以轉換為上行疏散梯。而《地鐵設計防火標準》規定事故疏散撤離站臺時間為4 min，且僅可以采用上行扶梯疏散，并考慮1部扶梯檢修的折減。兩者相差2 min，扶梯折減也存在差異。對比發現《地鐵設計防火標準》疏散時間標準是參照《固定導軌運輸和有軌客運系統標準》（NFPA130-2014），同時火災工況下逆向運轉的自動扶梯不能參與疏散。

以深圳地鐵標準站為例，如圖5所示，車站中部設T型樓梯，兩側設八字雙扶梯，以《地鐵設計防火標準》計算，下行扶梯不參與計算，每端僅有1部上行扶梯，再考慮折減1部上行扶梯，即出現一端2部扶梯都不能用作疏散，疏散設施僅剩中部T型樓梯和另一端的1部上行扶梯，將出現站臺距離疏散點距離不滿足的情況。

圖5 深圳地鐵標準站公共區布置圖

為解決此問題，《固定導軌運輸和有軌客運系統標準》（NFPA130-2014）英文版規范5.3.5.6、5.3.5.7、5.3.5.8 3項條款分別對自動扶梯疏散進行了詳細規定。5.3.5.6條款規定自動扶梯參與疏散時應折減1部且應折減疏散能力最大的1部扶梯。5.3.5.7條款第一款規定疏散扶梯應采用不燃材料，第二款規定和疏散方向相同的扶梯應當繼續運行。第三、四款規定和疏散方向相反的自動扶梯可就地、遠程停止運行的可用作疏散，并對扶梯提出了相關警示要求。5.3.5.8條款指出有或沒有中間平臺的自動扶梯，不論垂直上升與否，均可作為疏散設施。

5 結論及建議

（1）通過對100多年國外地鐵火災總結，起火主要原因是站廳、站臺存有可燃物，列車采用可燃材料；消防設施不完善，如自動報警系統、自動噴水滅火系統、防排煙設施、應急疏散照明等設施嚴重不足，致使火災發生時不能起到早期報警、早期滅火、及時引導疏散的作用；消防安全管理制度不到位，如攜帶危險品上車、亂丟煙頭引發火災；電氣設備線路老化及操作故障；沒有真正建立起消防救援體系，火災發生后不能及時有效地展開救援等，因此需要注意避免。

（2）防火分區面積應與建筑功能匹配。防火分區限定面積不是目的，而是讓乘客可更快從防火分區中疏散出去。地鐵站廳公共區均為開敞空間，不存在站廳公共區分割情況，消防工況下人員的逃生路徑明確。若站臺層發生火災，站廳即視為安全區域，應在此提供足夠多空間容納進站乘客和逃生乘客，避免人員集中發生踩踏事故。若站廳層發生火災，每點位置與消防疏散口的距離應滿足逃生要求。

（3）不應限制站廳防火分區面積。結合地鐵站廳公共區特點，應消除制約站廳防火分區面積的各種因素，縮小每點位置到消防疏散口距離，以確保消防逃生的時間要求。若采用較小防火分區，因消防工況下逃生路徑和日常行走路徑差異較大，可能造成群集傷害事故或逃生失敗。

（4）地鐵車站進出站客流量受乘客需求決定。假設以高峰客流作為計算值，故流量為定值，出入口通道投入使用后，也為定值。顯而易見，疏散速度和密度成反比。故較大的站廳面積將出現較小的乘客密度，從而提高疏散速度，縮短疏散時間。

（5）根據相關標準，與疏散方向相反的扶梯可臨時用作疏散。標準規定了扶梯僅能在停止運行工況下用作疏散設施，即可作為樓梯形式參與疏散。這一點與地鐵設計領域常用標準吻合，也與實際的工況吻合。

6 結語

地鐵因人員密集，消防問題引起了各單位的高度關注。文章結合深圳地鐵消防實踐和相關消防研究標準，認為地鐵車站應根據之前地鐵火災發生的原因和火災致傷致死案例進行消防設計，設計中務必多采用不燃和阻燃材料，采取措施避免發生火災。為降低火災致傷致死情況，首先應控制防煙分區面積，限制火災影響范圍，對地鐵商業采用密閉艙式，避免商業可燃物火災影響地鐵車站；增加公共區面積，提高乘客疏散速度；保證疏散通道相對順直，并保證運營期間的順暢。通過對地鐵消防疏散問題的思考研究，筆者認為單純考慮著火后如何疏散，已不能滿足新時代的消防要求，應該從著火源頭、疏散過程等方面著手解決消防安全問題。