地铁大型地面站厅车站消防创新设计

张启迪, 钟 怀, 龚 波

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

1 概述

近年来，随着社会经济的发展和人民对生活质量需求的的提高，大型地铁工程越来越多，传统防火规范和标准已很难满足功能复杂、面积和空间较大建筑的设计和使用要求。现行规范中，未对地面站厅类型车站及自然排烟情况下防火分区最大面积进行明确。针对这一特殊情况，本文结合成都地铁双流西站消防设计过程中遇到的问题进行分析和总结，并提出相应的解决措施，满足了消防部门的验收要求，为填补现行规范提供了工程借鉴。

本站为成都地铁3号线二期工程第一座车站(图1)，为3、10、17号线三线换乘车站，三线车站土建同步实施，地面站厅于3号线试运营期间全部投入使用。

图1 双流西站鸟瞰效果

三线均为地下一层11 m岛式站台，3线共用地面站厅，通过站厅换乘。与城际铁路站房通过地面广场进行换乘接驳；车站东接三线停车场段出入段线，3、17号线西端设单渡线，10号线西端设折返线。本站地面设备用房为局部两层，无出地面附属，3号线采用6B编组、10号线采用6A编组、17号线采用8A编组140 km/h快线制式。双流西站总平面布置见图2。

图2 双流西站总平面布置

3号线双流西站已于2018年12月26日试运营，10号线预计2019年12月试运营，17号线为远期线路，业主要求于3号线开通前同期完成三线消防审查及验收工作。双流西站总建筑面积44 040 m2，其中地面站厅公共区面积7 739 m2。根据规划部门要求，双流西站地面站厅外立面造型与周边环境需契合，且为国内最大地面站厅换乘车站，由于站厅为钢结构网架结构，无法进行防火分隔。

2 大型地面站厅车站消防设计重难点分析

2.1 国内现状调查

通过对机场、高铁站等类似大空间现场踏勘、查阅相关文献资料及案例分析，钢结构高大空间防火设计在大型民建设计中已非常成熟，受地铁条件及形式的限制，国内尚无类似地面高大空间地铁车站的成功设计案例可供参考和借鉴。

2.2 现行规范与标准

现行GB 50157-2013《地铁设计规范》与GB 51298-2018《地铁设计防火标准》分别对于地面车站站厅层公共区每个防火分区的最大允许建筑面积作出规定：《地铁设计规范》第28.2.2-2条“地下换乘车站当共用一个站厅时，站厅公共区面积不应大于5 000 m2”、第28.2.2-3条“地上车站站厅公共区采用机械排烟时，防火分区的最大允许建筑面积不应大于5 000 m2”；《地铁设计防火标准》第4.3.1条“地上车站站厅公共区每个防火分区的最大允许建筑面积不宜大于5 000 m2”；而GB 50490-2009《城市轨道交通技术规范》第7.3.18-4条的规定，明确了建筑面积超标后，应通过消防性能化设计分析，并采取必要的消防措施，解决存在的消防问题。

在上述现行规范、标准中，对于地铁大型地面站厅公共区建筑面积大于5 000 m2、且不具备进行防火分隔、将每个防火分区的建筑面积控制在5 000 m2以内的车站，并未明确具体应采取哪些切实可行的消防措施，才能确保乘客的乘车安全。基于此，本文结合双流西站的实际环境条件及高大空间的特点，通过对本站开展特殊消防设计，同时，委托有资质单位开展消防性能化设计分析工作，并经现场试验验证，探讨满足消防要求，并切实可行的消防加强措施，补充和完善现行规范、标准在这一领域存在的盲区，为后续类似工程提供有价值的参考和借鉴。

2.3 消防性能化防火设计

近年来，各地轨道交通设计在遇到公共区面积超过5 000 m2的情况后，通常通过进行性能化防火设计后提请当地消防部门进行特殊消防性能化评估审查，解决诸多规范未涵盖或不明确的问题。

总之，性能化防火设计的目标是“建造一座安全的建筑”，把整个建筑物作为一个整体来考虑，把每一部分的消防措施放到一个整体中去分析，才能得到最优化的防火设计方案，为建筑结构提供最合理的防火保护。性能化设计没有现成的规范、标准，设计方案需通过计算、火灾模拟等手段进行验证。

3 消防设计目标及策略

3.1 消防设计目标

(1)当建筑物发生火灾时，整个建筑系统(包括消防系统)能够为建筑物内所有人员提供足够的疏散时间，车站内所有人员能在规范所规定的时间内疏散到安全区，且烟气下降到人体耐受极限的时间应大于疏散时间，保证人员不受到火灾及烟气的危害。

(2)结合双流西站地面站厅高大空间的特点，在满足规划部门对外立面要求的前提下，合理规划、设计消防加强措施，通过消防专家审查，并满足消防验收要求，解决三线三岛平行换乘枢纽地面站厅车站的防火设计难题。

(3)发生火灾后的一段时间内，整个建筑结构需保证进入到建筑物内部进行灭火救援消防队员的安全。

3.2 基本对策

(1)全面设置火灾自动报警系统。

(2)合理布置地面站厅公共区，由于3线共用地面站厅，客流动线的合理性直接影响火灾工况下人员是否能做到有序逃生，保证地面站厅公共区的任意一点的走行距离距离最近疏散点不超过50 m，地面站厅出入口疏散宽度应满足《地铁设计规范》和《建筑设计防火规范》的相关规定。

(3)严格禁止商业设施的设置，严格控制装修材料的标准，应满足《地铁设计规范》和《建筑内部装修设计防火规范》的相关规定。

(4)由于该站消防设计的特殊性，需在现行规范的要求上适当提高设计标准，采取相关的消防措施，以提高建筑物的整体防火性能，以通过消防专家审查，满足消防验收要求。

4 特殊消防设计及措施

通过对双流西站地面站厅消防设计重难点分析及对消防目标的设定，结合前期与消防部门多次协调的实际情况，提出从以下两方面着手增设相关消防加强措施，通过模拟及现场实验验证来证明设计提出增加的消防措施的可行性和合理性。

4.1 增设相关消防加强措施

本站公共区面积超5 000 m2，但又处于设计规范盲区，针对这一特殊情况，结合消防部门的审查意见，我们提出了增设以下消防设计的加强措施：

(1)不设置商铺，提高装修材料耐火等级，提高钢结构耐火等级。车站的站台、站厅疏散区内均未设置任何商业设施；车站公共区顶棚、墙面、地坪的装饰材料均采用A级不燃材料，有利于对车站可燃物的控制。车站地面站厅采用钢网架结构。建筑造型采用弧形屋面，弧高21.9 m，卧置于地面，钢管立柱支撑，与混凝土结构附属用房相邻，屋面中部设17 m宽通长采光带。现行规范《地铁设计规范》和《建筑设计防火规范》中，明确规定了地面车站、单、多层重要公共建筑和二类高层建筑的耐火等级不得低于二级。经分析研究并结合专家审查意见，将本站钢结构的受力结构构件均按照一级耐火等级设计，并根据CECS24：90《钢结构防火涂料应用技术规范》的相关要求进行防火涂料涂刷，提升了站厅整体钢结构的耐火极限和安全性；屋面板采用铝镁锰金属板及PC阳光板，均为不燃材料，进一步加强了消防的安全性。

(2)采用电动排烟窗进行自然排烟、设置自动跟踪射流装置。站厅公共区面积较大，平面布置功能复杂，且空间高度较大，选择并设置大空间喷射型自动跟踪射流灭火系统，有利于防止火灾大规模蔓延。

根据GB 50157-2013《地铁设计规范》、GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》和GB 50016-2014《建筑设计防火规范》相关规定，“对可开启排烟口的有效面积进行了限定，不得小于所在场所地面面积的2 %”，双流西站地面站厅电动排烟窗有效开启面积达到5.07 %，满足规范和标准的要求，并且对联动开启方式进行了加强，不仅可通过FAS系统连锁开启及手动开启，还增加了远程开启模式，提升了安全性的同时也满足了春秋季可开启排烟窗进行自然通风，节约了能耗。

由于车站公共区为拱形钢结构，吊顶同为弧形吊顶，平面布置功能复杂，为保证站厅内部装修的美观性，且空间高度较大(站厅内部弧顶净高约为21.9 m)，传统的水喷淋系统已不能满足和适应高大空间的灭火要求，选择采用大空间喷射型自动跟踪射流灭火系统，保证站厅层每处均有两股水流保护，提高了灭火效率，有利于防止火灾大规模蔓延。

(3)全国地铁领域首次采用诱导风机技术。由于本站受制于配线形式及无传统出地面风亭组，车站隧道风机数量仅为正常地铁车站的一半(正常4台，本站2台)，且隧道风机距离车站有效站台端头距离远。经分析研究并借鉴高铁设计理念，在全国首次将诱导风机技术运用于地铁领域，加强了站台公共区火灾的防排烟措施，满足了《地铁设计规范》及《地铁设计防火标准》中不小于1.5 m/s下拉风速的规定，保证了站厅公共区与站台的防烟软隔断。

(4)消防车道成环(图3)。双流西站地面站厅及设备房为独立建筑物，车站南侧为三支渠，部分明渠段位于车站地面设备区范围，导致地面站厅外消防环道无法成环。根据《建筑设计防火规范》中相关规定，该范围建筑可按照临河建筑考虑，但考虑为消防救援预留更好的条件，拆除影响范围内的40 m已建成明渠，改为暗渠段，成环后的消防环道提升了救援条件和救援标准，更加有利于消防部门对双流西站地面建构筑物展开无死角救援。

图3 双流西站消防环形车道布置

4.2 消防性能化设计模拟及现场实验论证

通过委托相关单位进行模拟及现场实验，双流西站消防设计的模拟结论及现场效果得到了消防部门的肯定和认可。

4.2.1 消防性能化设计及模拟

性能化设计没有现成的规范、标准，设计方案需通过计算、火灾模拟等手段进行验证，并对防火设计方案进行评估。

经过模拟，车站乘客于145 s内完成疏散，满足《地铁设计规范》及《地铁设计防火标准》中对于疏散时间的要求(图4)。

图4 人员疏散模拟截

经过模拟，火灾发生后半小时清晰高度仍在15 m以上，从理论上证明了在烟汽蔓延到人体耐受极限前站内所有人员均完成疏散逃生(图5)。

图5 火灾场景烟流量化分析模拟截

4.2.2 现场实验论证

为验证本站特殊消防设计的安全性、合理性、可行性，双流西站进行现场放热烟实验，实验结果表明烟气还未下降到人体耐受极限高度前已全被排出室外，进一步证明了发生火灾时留给人员逃生时间远远大于《地铁设计规范》及《地铁设计防火标准》中所规定的疏散时间。

通过现场进行大空间喷射型自动跟踪射流灭火系统测试实验，实验结果为现场明火点燃20 s内，大空间喷射型自动跟踪射流灭火系统完成了感应、定位及扑灭火源。现场实验结果进一步证明了双流西站地面站厅经过消防设计后是安全的。

本站是全国首次在站台楼扶梯口部利用诱导风机实现防烟，消防检测中，楼扶梯口风速测试达到2.7 m/s，目前该设计方案已进行专利申请。

5 结论

地铁工程的起终点车站，由于受到相邻地面车辆基地线路接轨条件的限制，通常只能采用地下一层站台+地面站厅的车站形式，具有一定的普遍性和代表性。

通过对本站的消防重难点分析、制定相关对策、现场实施及最终的模拟及现场实验验证，本站的特殊消防设计是合理可行的，并顺利通过了四川省建设厅和消防总队组织的专家论证会论证。

从某些方面来讲，双流西站消防设计的论证结果填补了现行规范的空缺，实现了地面站厅面积超过5 000 m2且不需设置防火隔断满足消防验收要求的初衷。

双流西站地面站厅整体已于2018年12月26日正式投入试运营(图6、图7)，对于该站的消防设计总结归纳主要有以下几个特点：

图6 双流西站站厅层竣工实景照片

图7 双流西站室外实景

(1)对于大型地面站厅车站，在其站厅层公共区规模超标(大于规范规定的5 000 m2)，且不具备设置防火隔断的情况下，通过合理的特殊消防设计以及采取相应的消防措施，实现既能满足乘客正常使用功能要求，同时，满足乘客紧急情况下的疏散要求，可为同类型车站提供参考与借鉴。

(2)本站设计按照“以人为本”的设计理念，综合考虑车站周边规划及造型需求展开方案设计，结合民建中高大空间设计经验，合理设计并增加相关消防措施，使地铁工程的安全得到有效保证，作为国内最大体量的地面站厅车站在满足外立面造型的同时将内部空间的使用最大化，并在地铁大型地面工程设计中推广采用性能化防火设计以推动我国性能化防火设计的规范化进程。

(3)国内大中型城市发展迅速，轨道交通线网加密的速度远远大于各类规范更新的速度，在大体量多线换乘车站中如何正确的理解和满足规范要求是地铁前期设计时需要深入思考的问题。

(4)建议地铁规范、标准编写组参考和借鉴GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第5.3.4条及TB 10063-2016、J 2180-2016《铁路工程设计防火规范》第6.1.2条的具体内容，并在总结地铁工程经验和教训的基础上，补充和完善“地上车站站厅层公共区每个防火分区最大允许建筑面积”的条文内容。

(5)地面站厅建筑总宽度宜控制在60 m以内，建筑总高度宜控制在24 m范围以内。

本文特殊消防设计的思路和成果，将为国内类似后续工程提供参考和借鉴。