城市地下交通樞紐消防策略及模擬探究

戴世杰

（上海市閔行區(qū)消防救援支隊(duì)，上海 201107）

0 引言

如今，我國城市化水平不斷提升，城市人口數(shù)量越來越多，地面空間的應(yīng)用逐漸受到限制，交通樞紐建筑也逐漸轉(zhuǎn)移至地下。一般來說，城市大型地下交通樞紐能夠?qū)㈣F路、公交、出租車等多種不同的交通形式集中為一體，并呈現(xiàn)人員密集、功能復(fù)雜的特點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，消防救援以及人員疏散的難度較大。因此，從建筑防火設(shè)計的角度來看，必須合理設(shè)置防火分區(qū)、疏散設(shè)施、防火分隔以及主動防火系統(tǒng)等，盡量提升城市地下交通樞紐消防工作的整體水平，以保障其安全性、經(jīng)濟(jì)性與合理性[1]。由此可見，針對城市地下交通樞紐消防策略進(jìn)行分析具有重要意義。

1 城市地下交通樞紐消防設(shè)計要點(diǎn)

性能化防火設(shè)計是以消防安全工程學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化建筑防火設(shè)計方法，對交通樞紐來說，無論采用何種火災(zāi)安全設(shè)計方法，在發(fā)生火災(zāi)時，均必須首先保障通道內(nèi)的人員安全，將盡快疏散通道內(nèi)人員作為消防設(shè)計工作中的重點(diǎn)之一。因此，必須重視通道安全設(shè)施的整體配置情況，不斷優(yōu)化安全疏散系統(tǒng)以及事故通風(fēng)防煙系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)開展城市地下交通樞紐性能化防火設(shè)計工作，應(yīng)該注意完善以下幾個方面。

1.1 防火分區(qū)劃分

城市地下交通樞紐的行車方向較為復(fù)雜，同時其與室外以及車庫之間的連接也較為復(fù)雜，難以與普通建筑一樣簡潔、快速地劃分防火分區(qū)，并且基本不可能在通道中間設(shè)置防火墻或是防火卷簾，否則一旦發(fā)生火災(zāi)，防火墻或者防火卷簾可能導(dǎo)致人員疏散效率受到嚴(yán)重影響，且消防人員進(jìn)入通道內(nèi)的進(jìn)程也將受到嚴(yán)重影響。因此，根據(jù)城市地下交通樞紐中的整體情況來看，可以選擇在車庫與主通道之間的連接位置設(shè)置防火卷簾作為防火分隔[2]。

1.2 火場人員疏散

優(yōu)化城市地下交通樞紐消防設(shè)計的最重要目標(biāo)，即保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全，必須將人員疏散設(shè)計作為整體設(shè)計的重點(diǎn)，保障人員能夠在發(fā)生火災(zāi)的情況下，快速進(jìn)入安全區(qū)域。應(yīng)在城市地下交通樞紐中設(shè)置明顯的疏散標(biāo)識，并聯(lián)合安全通告、廣播通知、指示標(biāo)志、人員引導(dǎo)等方式，構(gòu)建誘導(dǎo)疏散系統(tǒng)，提升城市地下交通樞紐中的人員安全疏散效率。從實(shí)際來看，影響人員疏散效率的主要因素之一是疏散口位置的合理性。因?yàn)樵诎l(fā)生火災(zāi)時，人員疏散的效果不僅受到其自身各方面因素的影響，也受到火災(zāi)煙氣的影響。同時，交通樞紐的安全疏散距離、安全出口以及通道寬度等均能在一定程度上影響疏散效率，特別是樓梯出入口、疏散通道對煙氣的流動特性產(chǎn)生了重要影響，直接決定了疏散通道內(nèi)部的安全性。因此，應(yīng)該根據(jù)城市地下交通樞紐的實(shí)際情況，合理設(shè)置各項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)，以優(yōu)化城市地下交通樞紐的性能。

1.3 疏散距離

如果地下交通樞紐疏散距離過長，則人員疏散的難度相對較大，效率也難以提升，應(yīng)該采用以下方式解決。（1）將換乘空間設(shè)置為準(zhǔn)安全區(qū)，提升區(qū)域內(nèi)的消防安全性，如果空間高度超過6m，則可參考機(jī)場航站樓，適當(dāng)延長疏散距離，一般40m 左右為宜。同時，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況制定具有針對性的疏散應(yīng)急方案，并積極優(yōu)化疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)，以保障人員疏散過程中的安全性。（2）借用相鄰防火分區(qū)進(jìn)行疏散，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，耐火等級為一級、二級的公共建筑，其全部安全出口均應(yīng)直通室外防火分區(qū)，可以借用相鄰的防火分區(qū)，將其中的甲級防火門視為安全出口。（3）采用避難走道或是下沉式廣場的設(shè)計，將此作為室內(nèi)外安全區(qū)域，一旦發(fā)生火災(zāi)，換乘空間內(nèi)的人員進(jìn)入該區(qū)域即可認(rèn)定為處于安全狀態(tài)，但必須保證避難走道以及下沉式廣場的設(shè)計完全符合相關(guān)要求[3]。

1.4 疏散人數(shù)確定

根據(jù)目前的情況來看，城市地下交通樞紐的疏散人群計算過程并沒有具體的規(guī)范作為指導(dǎo)，當(dāng)前常用的方法包括兩種：（1）人員流量法，也就是針對某一區(qū)域設(shè)定人員平均停留時間，并根據(jù)該區(qū)域的人流量，通過N=Nh?K?T/60 對地下交通樞紐內(nèi)的瞬時人員數(shù)量進(jìn)行計算，其中N為總?cè)藬?shù)，Nh為高峰階段每小時的人員數(shù)量，K為高峰階段每小時之間的波動系數(shù)，T為停留時間。（2）人員密度法，也就是借助各區(qū)域中建筑面積和人員密度指標(biāo)共同計算人員數(shù)量，公式為N=S?ρ，其中N為總?cè)藬?shù)，S為區(qū)域建筑面積，ρ為人員密度。

1.5 滅火系統(tǒng)設(shè)計

對滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的目的是能夠在火災(zāi)初期有效控制火勢發(fā)展，避免出現(xiàn)火災(zāi)蔓延情況。目前，我國應(yīng)用頻率較高的自動噴水滅火系統(tǒng)主要包括水噴霧滅火系統(tǒng)、水噴淋-泡沫滅火系統(tǒng)以及自動水噴淋系統(tǒng)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況以及各系統(tǒng)的特點(diǎn)合理選擇。

1.5.1 自動水噴淋系統(tǒng)

在隧道中應(yīng)用常規(guī)形式的自動水噴淋系統(tǒng)，其實(shí)際使用效果存在爭議，原因主要在于幾個方面：（1）噴頭僅可在隧道上部進(jìn)行安裝，若隧道中的車輛發(fā)生火災(zāi)，難以及時進(jìn)行針對性的控制。（2）水噴淋過程中的耗水量較大，易導(dǎo)致隧道內(nèi)部路面出現(xiàn)大面積濕滑，并導(dǎo)致液體火災(zāi)面積擴(kuò)大。（3）需要應(yīng)用大量水源和管道設(shè)備，安裝、維護(hù)難度較大，成本較高[4]。

1.5.2 水噴淋-泡沫滅火系統(tǒng)

應(yīng)用水噴淋-泡沫滅火系統(tǒng)時，需要在傳統(tǒng)自動噴淋系統(tǒng)中設(shè)置專門的設(shè)備，提供泡沫混合液，從而構(gòu)成既可噴水也可噴出泡沫的滅火系統(tǒng)，如果發(fā)生汽車火災(zāi)，泡沫可以附著于汽車表面，起到滅火作用，有效彌補(bǔ)自動噴水滅火系統(tǒng)不能有效撲救汽車火災(zāi)的缺陷。也就是說，水噴淋-泡沫滅火系統(tǒng)不需轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)形式的自動噴水滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就可針對易燃液體、可燃液體中出現(xiàn)的火災(zāi)進(jìn)行有效控制，使固體火災(zāi)滅火效果大幅度提升，相對于傳統(tǒng)形式的水噴淋滅火系統(tǒng)來說，提升了地下活動場所消防工作的可靠性。

1.5.3 泡沫-水噴霧滅火系統(tǒng)

在滅火系統(tǒng)中應(yīng)用特殊的噴嘴即可噴出水噴霧，在水噴霧噴射至火焰區(qū)時，因?yàn)槠浔砻娣e較大，能夠快速吸收熱量，快速發(fā)生汽化，同時快速降低氣相燃料的溫度和氧化劑的溫度。因?yàn)榄h(huán)境內(nèi)存在大量的水蒸氣，反應(yīng)區(qū)中的氧氣體積分量相對較低，可燃?xì)怏w的體積分量也隨之減少，不僅火勢可以得到有效控制，熱輻射的傳遞效果也不斷衰減，從而可以有效實(shí)現(xiàn)隔絕氧氣、衰減輻射、汽化冷卻的效果。因此，泡沫-水噴霧系統(tǒng)即為一類可以同時采用水噴霧和泡沫進(jìn)行滅火操作的雙重效應(yīng)滅火系統(tǒng)，既可針對隧道內(nèi)的不同類型火災(zāi)進(jìn)行有效撲救，還可針對隧道內(nèi)的溫度進(jìn)行有效控制，同時可以有效落實(shí)流淌火災(zāi)的撲救工作[5]。

1.6 通風(fēng)排煙設(shè)計

在通常情況下，需要采用多豎井送排風(fēng)加射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)的形式對煙氣的蔓延范圍進(jìn)行控制，但是城市地下交通樞紐所在位置可能不適合大量設(shè)置通風(fēng)豎井，或是通道自身路段曲度較大、坡度較大、支道較多，則射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)煙氣的效果將受到嚴(yán)重影響，需要采用橫向通風(fēng)的方式。根據(jù)實(shí)際情況來看，城市地下交通樞紐中，以行駛的地鐵為主要火災(zāi)荷載，因?yàn)榈罔F持續(xù)移動，起火點(diǎn)位置難以確定，并且通道屬于狹長形空間，斷面面積較小，蓄煙能力較弱，煙氣能夠同時向通道兩端快速擴(kuò)散，對于煙控系統(tǒng)的要求較高，導(dǎo)致地下交通樞紐整體的通風(fēng)和排煙設(shè)計復(fù)雜程度較高，必須根據(jù)實(shí)際情況合理優(yōu)化通風(fēng)排放煙的設(shè)計工作。

2 案例分析

2.1 工程概況

某地火車站廣場工程建筑面積共為100182m2，其中主要包括4 個部分，分別為火車站站房、站前廣場、地下綜合交通換乘樞紐以及商業(yè)綜合體，其中北站房面積為13994m2，地下?lián)Q乘空間面積為27143m2，地下一層面積為16400m2，地下二層面積為10743m2，地下商業(yè)設(shè)施面積為8625m2。地下綜合交通換乘樞紐中包含公交車場站、出租車蓄車場、社會停車場、輕軌進(jìn)出站廳以及在其間起連接作用的交通通道。該地下交通樞紐的整體體量較大，應(yīng)采用準(zhǔn)安全通道的概念，以解決客流集散區(qū)防火分區(qū)面積過大的問題。同時，需要針對準(zhǔn)安全通道應(yīng)用合理的消防策略，使其成為安全性較強(qiáng)的區(qū)域，以保證發(fā)生火災(zāi)時，地下交通樞紐中的人員能夠順利通過安全通道，并進(jìn)入室外安全區(qū)域。

2.2 消防策略

2.2.1 嚴(yán)格遵循防火分隔要求

安全通道應(yīng)該與周邊的停車場、設(shè)備房、商業(yè)防火分區(qū)、社會車庫之間均進(jìn)行嚴(yán)格的防火分隔，準(zhǔn)安全通道與商務(wù)候車區(qū)及候車大廳之間，應(yīng)該采用特級防火卷簾聯(lián)合C 類防火玻璃的形式進(jìn)行分隔，并且各防火玻璃之間盡量應(yīng)該使用耐火極限超過一小時的構(gòu)件進(jìn)行封堵。

2.2.2 安全疏散設(shè)計

準(zhǔn)安全通道中任何位置與最近的安全出口之間的步行距離不可超過30m，如果局部面積在準(zhǔn)安全通道的10%以下，則最多不可超過37.5m。同時，安全通道內(nèi)部地面必須設(shè)置連續(xù)可視的燈光疏散指示標(biāo)志，通道內(nèi)以及疏散專用樓梯內(nèi)的應(yīng)急照明持續(xù)時間至少應(yīng)為60s，最低照度至少應(yīng)為5.0lx。另外，還應(yīng)保障相關(guān)工作人員完全熟悉各個出口的具體位置以及行進(jìn)路線，可以使用廣播等方式，正確引導(dǎo)人員疏散，以盡量縮減疏散時間，提升疏散效率[6]。

2.2.3 消防系統(tǒng)設(shè)計

首先，在主安全通道內(nèi)安裝自動噴水滅火裝置；其次，在通道兩側(cè)墻壁上設(shè)置消防栓以及相應(yīng)的消防軟管；最后，準(zhǔn)安全通道內(nèi)應(yīng)至少設(shè)置兩部消防電梯，以保障消防救援需求得到充分滿足。

2.2.4 排煙設(shè)計

準(zhǔn)安全通道中任何位置與最近的自然排煙開口之間的距離不可超過30m，如果局部面積在準(zhǔn)安全通道的10%以下，則最多不可超過37.5m，以保障其中的自然排煙效果良好[7]。

2.3 模擬分析

為了驗(yàn)證上述消防策略的可行性，使用Pathfinder和FDS 針對客流集散區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)煙氣及人員安全疏散情況進(jìn)行模擬分析，考慮到準(zhǔn)安全通道中不同區(qū)域的火災(zāi)危險性、人員密度以及疏散設(shè)施可能無效的概率，選擇兩個代表性較強(qiáng)的火災(zāi)場景開展計算工作，如表1 所示。

表1 不同場景疏散可用時間和疏散所需時間

設(shè)火災(zāi)類型為行李火災(zāi)，增長系數(shù)和熱釋放率分別為0.04690kW/s2和3.0MW，將排煙方式全部設(shè)置為自然排煙，疏散方式為整體疏散，人員行走速度為1.0m/s，豎向速度由軟件進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同火災(zāi)場景中，疏散可用時間遠(yuǎn)大于疏散所需時間，所以人員疏散安全余量較大，整體上處于安全狀態(tài)。

3 結(jié)語

針對城市地下交通樞紐開展消防設(shè)計工作，需要首先明確其中的各個設(shè)計要點(diǎn)，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具有針對性的設(shè)計，重點(diǎn)優(yōu)化防火分隔、安全疏散、消防系統(tǒng)以及排煙通道的設(shè)計工作，注重改善電氣線路的設(shè)計情況，并嚴(yán)格選擇裝修材料，同時注意加強(qiáng)相關(guān)的管理工作，以提升城市地下交通樞紐中的消防安全水平。