城市軌道交通大型換乘車站應急防災設計

周 兵 文 鵬

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司, 430063, 武漢)

隨著我國城市化進程的快速發展,城市軌道交通(以下簡稱“城軌”)線網也日益完善,大型多線城軌換乘車站不斷增加。該類工程往往具有埋深較大、人員密集、逃生救援場地受限的特征,防災難度和壓力十分突出。

目前,國內外對于城軌車站和地下空間的防災設計[1-3]、消防安全[4-6]等方面已有研究。對于以大型城軌車站為核心的城市地下綜合體,其應急防災更為復雜。本文結合武漢光谷廣場綜合體工程,從火災、大客流、洪澇、恐怖襲擊、突發疫情等五個重點方面,總結大型城軌車站應急防災設計經驗和要點。

1 工程概況

光谷廣場綜合體工程(見圖1)位于武漢市主城區與東湖國家自主創新示范區聯系的重要節點——光谷廣場,工程總建筑面積約16萬m2,其主體為3條地鐵線路交匯形成的大型換乘車站,武漢地鐵9號線(以下簡稱“9號線”)和武漢地鐵11號線(以下簡稱“11號線”)站臺集中布置在光谷廣場中心地下。

圖1 光谷廣場綜合體工程空間布局圖

光谷廣場綜合體工程的超大體量和客流給應急防災帶來了巨大的挑戰。根據工程特點,應急防災的首要原則是簡單便捷、快進快出,且其根本在于建筑布局。

通過對各種地鐵線路的空間組合形式進行研究比選,創新采用了地下站廳、高架站臺的建筑形式,將整個地下一層大廳設置為貫通的地鐵換乘和交通層,形成φ200 m貫通無阻隔的圓形交通大廳,并通過下沉廣場與周邊各地塊連接,實現超大客流的便捷換乘和快速通行;9號線站臺布置于地下一層夾層,11號線站臺布置于地下三層,地下二層為換乘過渡廳和武漢地鐵2號線(以下簡稱“2號線”)區間,換乘流線簡單規則。在合理建筑布局的基礎上,針對各類型災害防護進一步進行研究。

2 火災防護

2.1 緊急疏散策略

光谷廣場綜合體工程設計的遠期客流高峰小時達到8.8萬人次/h,因此,確保在火災等緊急情況下龐大客流的安全疏散是一個重大課題,也是最重要的功能目標。

在安全疏散策略上,采用常規手段難以將如此巨大的客流快速疏散至室外,由于地面交通限制,亦無條件設置大量疏散樓梯來解決垂直交通。為此,在地下一層環形大廳頂部設置電動天窗實現火災自然排煙,在大廳周邊開設5個大型下沉廣場實現人員快進快出。結合火災疏散及自然排煙模擬,認定地下一層環形大廳區域在火災工況下為準安全區。

為滿足安全疏散距離要求,在大廳中部結合地鐵設施設置4組直通地面景觀環島的疏散樓梯,確保事故工況下就近快速疏散人員,保證安全。地下一層公共區共設置13個安全出口,可將人員就近疏散至地面與避難走道,最遠處的疏散距離不大于50 m。光谷廣場綜合體工程地下一層大廳人員安全疏散流線見圖2。

圖2 光谷廣場綜合體工程地下一層大廳人員安全疏散流線

為確?；馂母黝悎鼍跋氯藛T都可以安全疏散到安全區域,達到安全目標,進行了人員安全疏散三維仿真模擬和優化設計,并進一步制定了工程緊急情況下人員安全疏散的基本控制策略:

1) 當地下一層圓形站廳、換乘廳或9、11號線站臺發生火災時,通過該站的9、11號線列車不在該站停留,直接駛離該站;2號線與地下一層圓形站廳的換乘通道在火災時關閉,不作為相互借用的安全出口,2號線列車正常運行;反之,2號線發生火災時,該線路列車不在該站停留,而是直接駛離該站,9、11號線正常運行。

2) 當行駛到站的列車發生火災時,著火列車一側的站臺門全部打開,列車上的乘客通過站臺門疏散到站臺;當列車靠站而車門與站臺門未對準位置時,僅應急疏散門和對應的車門打開供人員疏散。

3) 車站站廳人員直接通過站廳出入口疏散至室外;車站換乘廳和站臺上的人員首先通過樓梯、自動扶梯及封閉樓梯間疏散至站廳層,再通過站廳的出入口疏散至室外。此外,車站人員還可通過車站設置的直通地面或避難走道的封閉樓梯間進行疏散。

4) 緊急疏散時,自動扶梯與火災探測器聯動,并自動緩慢停止作為疏散樓梯使用。樓梯和自動扶梯附近發生火災時,其不再作為疏散樓梯使用。

5) 緊急疏散時,所有閘機通道均與火災探測信號聯動打開供人員疏散,包括進站閘機、出站閘機和員工通道。站廳出入口附近發生火災時,該出入口不再作為疏散出口使用。

2.2 公共區防火分區與防排煙

根據建筑和消防功能需求,9號線站臺、地下一層站廳、地下二層轉換廳,以及11號線站臺公共區劃為同一個防火分區,面積為41 025 m2。光谷廣場綜合體工程的巨大體量,以及大跨度、高空間的獨特布局,形成了超大規模的地下一層公共區,面積約3.4萬m2,體積約30萬m3,相當于10個標準地鐵車站。為滿足地下一層公共區防排煙要求,設計需達到的總排煙量達207.04萬m3/h,這是常規地鐵車站機械排煙手段難以解決的巨大難題。

通過煙氣控制和氣流組織三維仿真模擬,驗證了光谷廣場綜合體工程利用頂部采光天窗進行自然排煙的可行性,同時獲得了自然排煙系統及通風空調系統的關鍵技術參數,相應制定了光谷廣場綜合體工程地下一層公共區防排煙系統的解決方案:地下一層采用自然排煙方式,即在地下一層通高大廳及9號線車站隧道上方設置排煙天窗,并保證其距地下一層任意一處的距離均不超過30 m,且其開啟面積不小于地下一層總面積的5%。光谷廣場綜合體工程地下一層公共區自然排煙和通風系統,如圖3所示。

圖3 光谷廣場綜合體工程地下一層公共區自然排煙和通風系統

通過對可能發生的不同火源位置、不同火災場景下的人員疏散進行模擬計算,對比分析各火災場景下的疏散可利用時間和疏散需要時間后發現:地下一層站廳體量大,具有較大的蓄煙空間;自然排煙效果較好,煙氣不易發生沉降;車站內人員能在危險來臨前逃離危險區域,人員疏散安全。由此可見:在排煙系統有效的情況下,車站內煙氣能得到較好控制,且能滿足人員安全疏散的要求。

2.3 應急救援

不同于地面建筑可設計消防環道,地下公共建筑需充分利用城市公共設施來滿足消防救援的需要。光谷廣場綜合體工程所在區域為城市交通核心區,城市主干道交通便利,為消防救援創造了有利條件;地下空間疏散口、消防電梯等救援通道相應沿道路設計,并在大型下沉廣場前段設置前廣場,兼顧消防救援的場地,為應急救援提供場所。在火災及其他災害發生時,可通過樞紐與應急管理部門的聯動迅速獲取救援。

3 大客流防護

地鐵車站大客流類型主要有:節假日大客流、大型活動大客流、惡劣天氣大客流,以及設置設備故障引發的大客流等。大客流影響因素主要包括單位時間內乘客人數、大量進站客流持續時間、瞬間客流量、乘客結構及車站結構等。根據已有2號線光谷廣場站的運營統計數據,光谷廣場節假日高峰期的客流量達到20萬次/d以上,大客流類型主要以節假日(包含寒暑假起始及結束時期)學生、白領客流為主,持續時間長、絕對數量大。

根據區域客流特點及實際情況,本工程的大客流疏導重點措施為:設計順暢合理的客流流線,使得客流分布均勻,避免客流交叉干擾和過度迂回。對相對集中進站(集中設置6處進站閘機,每處設置1臺安檢機)和分散進站(分散設置8處進站閘機,每處設置1臺安檢機)進行對比發現:相對集中進站方案下通過單臺安檢機的平均客流量為3 037人次/h,表明高峰時段進站客流壓力較大;分散進站方案下通過單臺安檢機的平均客流量為2 362人次/h,客流較為適中。同時通過對進出站客流流線和換乘客流流線,以及自動扶梯上下行方向的設計優化,保障客流流線順暢,最大限度地避免客流流線交叉。

4 洪澇防護

光谷廣場綜合體工程防淹設計的暴雨頻率按當地百年一遇暴雨重現期的標準設防。通過對該工程整個場地的豎向標高、防洪水位及暴雨內澇水位進行系統分析,綜合確定每個出地面設施的設計標高,以及周邊地面的場地標高和坡度,避免暴雨引起出地面設施積水或倒灌,確保工程防洪、防澇安全。對于有洪水和內澇隱患的工程,需將其與區域防洪體系協調動作,從源頭上避免災害的發生。

在設備設施方面,除控制出地面設施口部標高、設置防洪閘槽與防淹擋板、設置排水溝與集水井等常規措施外,結合以往周邊商業地下室淹水造成地鐵線路被淹的案例,在車站與周邊商業地下室接口設置防淹門,在緊急情況下可及時將其關閉。

5 恐怖襲擊防護

5.1 恐怖襲擊特征

地鐵系統作為重要的城市公共交通設施,是恐怖襲擊風險較高的目標之一。地鐵車站的主要恐怖威脅有:爆炸活動、生化及放射性恐怖襲擊、縱火等。除此以外,恐怖分子也可能利用地鐵安全措施不完善、阻塞軌道制造混亂等手段發動突然襲擊。地鐵恐怖襲擊的安全薄弱環節主要存在于下述部位:

1) 出入口:既是恐怖襲擊進入的通道,也是人員疏散的關鍵通道;

2) 地鐵付費區:環境封閉、人員密集,在遭受恐怖襲擊后疏散、通風、排煙、照明等均較困難;

3) 車廂內部:車廂內人員擁擠,空間狹窄,遭受襲擊后容易引發恐慌,引起踩踏等二次災害。

5.2 恐怖襲擊防護措施

在地鐵車站應對恐怖襲擊的防控中,從設計階段就應考慮應對恐怖襲擊的需要,在出入口、站臺、機電設計等方面有效提高地鐵安全預防能力。

1) 出入口設計?？蓪④囌镜闹饕鋈肟谠O計為開敞式的下沉庭院,整合進出站自動扶梯和殘疾人電梯,兼顧地下采光、通風排煙功能,同時使出入口成為一覽無遺的公共空間,避免封閉狹窄空間的不利影響。組合式下沉廣場出入口如圖4所示。

圖4 組合式下沉廣場出入口

2) 裝修藝術設計。優美的裝修藝術設計可減少消極心理暗示,采用豐富亮麗的色彩,活潑向上的風格,有利于營造健康、積極的空間氛圍。裝飾宜簡潔通透,避免使用過多材料堆砌,以免遇襲時造成坍塌和堵塞,進而造成人員傷亡和影響人員及時疏散。工程材料應避免使用易燃、化學制品類材料,謹慎使用普通玻璃等破碎時產生鋒利尖角或飛屑的材料。

3) 完善安全設備。在客流相對集中的付費區進站閘機附近均設置安檢設備,乘客進入車站前需對行李進行安全檢查,確保違禁品不被帶入站臺及車廂中。在工程內部設置自動噴水滅火系統、除煙設備、消火栓和緊急照明燈等報警及消防設施系統,確保車站發生大火時及時被撲救,減緩、阻止災害蔓延,為人員逃生提供時間。

4) 完善的通風設施。良好的送風和排煙系統,能在火災時對熱煙氣進行有效控制,為乘客和救援人員提供新鮮空氣和能見度;在遭遇毒氣襲擊時,可根據投放毒氣的場所,利用通風排煙系統采取不同的啟閉組合措施進行針對性防治,同時可在公共區適當位置布置防毒面具器材箱,使人員能在最短時間內完成安全防護。

6 突發疫情防護

傳染病突發應急處置應當堅持預防為主、依法管理、屬地管理、分級預防、快速反映及依靠科技的原則。

6.1 突發疫情預防措施

嚴格按照《中華人民共和國傳染病防治法》的規定,落實各項日常防控措施。根據疫情需要做好消毒物品、防護用品等物資的相應儲備;同時加強宣傳教育和督導檢查,普及傳染病防治知識,積極開展健康教育,真正做到群防群控。工作人員應及時、如實報告突發公共衛生事件與傳染病疫情信息,不得瞞報、緩報、謊報或授意他人瞞報、緩報、謊報。

6.2 突發疫情應急響應

根據傳染病疫情預警通報,結合具體疫情,經傳染病突發疫情工作小組提出,傳染病突發疫情應急領導小組批準啟動和終止相應級別的應對預案。

1) 一般疫情響應在堅持日常防控措施的基礎上,適時采取以下措施:① 檢索傳染源,發現傳染病確診病人或疑似病人時,應立即采取應急防控措施;② 根據傳染病的種類,對疫點(區)和病人實施必要的隔離和醫學觀察; ③ 加強重點部位如休息室、衛生間等部位的防控,加強公共場所的通風換氣,定期消毒;④ 加強輿論引導、宣傳,以及傳染病防治衛生知識的健康教育,引導工作人員及乘客樹立衛生防病意識。

2) 較大疫情響應應適時采取以下措施:① 根據傳染病的種類可采取對所有人群實施隔離、控制措施,及時對人群聚集點進行定時消毒;② 發現疫情后在4 h內上報與患者接觸密切人員的摸排情況,配合衛生防疫部門做好流調和消毒等工作。

3) 重大疫情響應時可實行封閉管理。

7 結語

1) 大型地鐵車站首要問題是研究最優建筑布局,實現簡單便捷、快進快出的功能和防災需求。

2) 結合自然排煙與下沉廣場設置的準安全區是困難條件下大型地下空間的有效消防措施。

3) 大客流及恐怖襲擊災害可重點通過開放的空間布局和完善的設備設施來規避。

4) 針對洪澇災害,需系統分析確定工程場地、出口標高及防淹設施,并將其與區域防洪體系協調進行防范。

5) 針對突發疫情,需重點落實防控措施和應急預案。