西安站地下人员交叉空间的特殊消防设计研究

畅若妮高级工程师 刘松涛研究员

(中国建筑科学研究院有限公司 建筑防火研究所，北京 100013)

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，高铁也迎来了自己的快速发展期，城市间的交通网越来越发达，正逐步向以交通枢纽为关键节点发展卫星城市群模式的方向迈进。高铁在其中发挥着不可或缺的作用，随着高铁站房型式越来越多样化，针对一些具有自身特殊性的站房，如何制定针对性的特殊消防设计方案既能满足工程建设自身的需求，又能满足建筑本身的消防安全，具有重大的战略意义。

1 工程概况

既有西安站为客货共线铁路客站，站场规模为5台9线。总建筑面积约32 982m2。本次改扩建工程包括新建北站房及高架候车室、新建东配楼、地下通道及快速进站厅、站台雨棚及南站房改造部分。改扩建后西安站由线侧式站房调整为高架跨线式站房，新增站房总建筑面积增大至134 062m2，站场规模扩大为9台18线。站房地上主体为2层，站台层和高架层局部均设有夹层，地下为出站层和快速进站厅夹层。总平面布局，如图1。

图1 总平面布局图Fig.1 General layout plan

地下空间位于-12.000m标高，层高为8.20m，设置有出站地道、市政通道、快速进站厅及夹层、地铁换乘通道、设备及辅助用房等。地下空间平面和剖面，如图2、3。

图2 出站层平面图Fig.2 Underground space layout plan

图3 地下层剖面图Fig.3 Cutaway view

改扩建后的西安站站房，轨道交通4号线和7号线在站房下方设站，其中地铁7号线与铁路线路平行，4号线与铁路线路斜交叉，地铁换乘厅位于站房出站层，与国铁站房形成平层换乘。

2 工程地下人员交叉空间特点

本次改扩建后的站房出站层设置于地下，同时为方便旅客多途径快速进站，在地下还设置有快速进站厅。改扩建后，由于轨道交通4号线和7号线在站房下方设站，地铁换乘厅与站房地下空间贴邻，与国铁站房形成平层换乘。因此，地铁换乘人员、快速进站人员和出站人员均会在此地下空间聚集，出站人员通过市政通道出站，地铁换乘人员和快速进站的人员通过此空间进站，造成同一空间人员有进有出，国铁与地铁人员相互交叉的情况。上述功能设置特点和人员流线交叉情况一定程度影响到此区域的消防安全。

3 地下空间主要消防安全问题

本工程地下空间体量较大，火灾时人员疏散至室外安全区域的距离远超现行相关规范的要求。由于要保持铁路运营的连续性，无法按现行防火设计规范进行设计，因此，采取什么样的消防技术措施将该地下空间作为人员疏散准安全区是本工程需要论证分析的问题。这也是本工程地下空间的消防设计难点。

4 地下空间消防设计原则和策略

4.1 消防设计基本原则

(1)应参考执行《铁路工程设计防火规范》TB 10063-2016和《建筑设计防火规范(2018年版)》GB 50016-2014中的相关要求[1-2]。

(2)不同功能分区之间首先要做好防火分区/分隔措施，将火灾风险初步控制在单个防火分区内；然后，对于单个防火分区内高火灾荷载区域通过防火分隔措施、排烟设施和装修材料控制等技术措施加强控制，将火灾风险进一步控制在更小范围内。

(3)地下空间环境应尽量具备流通性好、火灾风险低和与室外空间连通性好的特点。

(4)消防系统设计应执行现行系统设计规范。

4.2 防火分区/分隔策略

4.2.1 与地铁区域间防火分隔策略

地铁换乘通道在设计红线附近适当位置设置双道特级防火卷帘进行防火分隔，分别由铁路运营部门和地铁运营部门控制，严禁火灾时地铁换乘厅人员疏散至该地下空间；地铁换乘通道两侧应为防火墙，设备和管理用房与地铁换乘通道之间的连通门应为甲级防火门。

4.2.2 快速进站厅防火分隔策略

(1)快速进站厅与地铁换乘通道之间应设置防火墙。

(2)快速进站厅与市政通道之间采取耐火极限不低于1.00h的防火分隔措施，可采用耐火极限不低于1.00h的C类防火玻璃(自喷保护)。

4.2.3 功能房间防火分隔策略

(1)地下空间内集中布置的具有独立疏散条件的设备/办公用房应独立划分防火分区。

(2)地下空间内分散布置且无独立疏散条件的设备和办公用房按防火单元进行设计。

(3)出站地道、市政通道和快速进站厅夹层严格禁止商业经营活动。

(4)快速进站厅严格限制商业经营活动，原则上不得设置商业店铺，确因服务功能要求，可少量设置，但应满足以下防火设计要求：严格控制单个商业店铺的面积不大于100m2；与相邻空间采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙(或A类防火玻璃)和甲级防火门进行分隔；店铺内设置火灾报警系统、自动喷水灭火系统和机械排烟系统，利用门洞自然补风；商业店铺顶板、墙面采用A级不燃材料；固定家具如货架、柜台等宜采用A级不燃材料，其他装修及可移动家具采用不低于B1级材料(不含窗帘等软装饰，窗帘应采取经阻燃处理的织物)[1]。

4.3 疏散设计策略

基于此地下空间功能设置的复杂性和特殊性，尽量营造一个流通性好、火灾风险低、与室外空间连通性较好的地下空间环境。本工程地下空间应创造条件在市政通道两端设置下沉广场或敞开楼梯直通室外，保证与室外空间的最佳连通性。

4.3.1 地铁区域疏散设计

地铁区域人员应独立疏散，疏散设计按现行规范执行，不应通过该地下空间进行疏散。

4.3.2 快速进站厅疏散设计

(1)站台区可作为人员疏散安全区。

(2)快速进站厅可先向市政通道疏散，再疏散到室外安全区；或经夹层通道向站台区进行疏散；也可通过疏散楼梯间向站台区疏散。

(3)通向疏散出口的闸机火灾时应处于可开启状态，地面设置明显的灯光疏散指示标志。

4.3.3 其它公共区疏散设计

(1)在市政通道北侧设置下沉广场，南侧设置通往室外的敞开楼梯，该空间则具有火灾风险低、空间互通、与室外空间连通性较好的特点，可作为人员疏散安全区。

(2)市政通道和地铁换乘通道人员可通过两端的敞开楼梯和下沉广场疏散；下沉广场作为人员疏散的安全区，其防火设计应满足《建筑设计防火规范(2018年版)》GB 50016-2014的要求。

(3)出站地道人员可通过敞开楼梯向站台区疏散，或通过市政通道进一步向室外疏散。

(4)通向疏散出口的闸机火灾时应处于可开启状态，地面设置明显的灯光疏散指示标志。

4.4 烟控系统设计

(1)出站地道按规范进行烟控系统设计，当采用自然排烟方式时，应与采取机械排烟方式的市政通道之间设置挡烟设施。自然排烟窗还应具有防失效保护功能[3]。

(2)市政通道和地铁换乘通道采取机械排烟方式，可按不大于2 000m2划分防烟分区并应按规范要求设置挡烟设施[3]，单个防烟分区设计机械排烟量不应小于12×104m3/h，采用自然补风方式。

(3)快速进站厅及夹层采取机械排烟方式，按不大于2 000m2划分防烟分区并应按规范要求设置挡烟设施，单个防烟分区设计机械排烟量不应小于12×104m3/h，满足自然补风条件时，可采取自然补风方式。

4.5 其它消防系统设计

(1)自动灭火系统可按国内相关技术标准执行[4]。站房内应设置室内消火栓和消防软管卷盘，配置灭火器[5]。

(2)净空≤12m区域参考相关规范要求采用点型感烟火灾探测器，净空>12m区域采用线型光束感烟火灾探测系统、空气采样系统或其他适合大空间的火灾自动报警系统[6]。

(3)站房公共区疏散照明地面最低水平照度不低于5.00 lx，应急照明和灯光疏散指示标志备用电源连续供电时间不低于90min，在疏散走道和主要疏散路径的地面上增设能保持视觉连续的灯光疏散指示标志。

4.6 火灾风险控制

(1)公共区顶棚、墙面和地面装修材料燃烧性能为A级。

(2)广告灯箱设置不得影响消防系统的有效性，并不得影响人员疏散路径的畅通；广告灯箱主体框架燃烧性能为A级，敷膜及其他材料燃烧性能不低于B1级；广告灯箱电缆应采用低烟无卤耐火电缆。

5 烟控系统有效性评估

5.1 火灾烟气场景设计

站房地下空间火灾风险较低，火灾风险主要为行李着火，快速进站厅内还需考虑商铺火灾。商铺按照防火舱概念设计，对于面积不超过100m2的商铺，根据相关文献资料，西安站地下空间公共区最大火灾热释放速率按喷淋失效考虑确定为6.00MW。火灾位于出站层商铺内，考虑商铺内机械排烟失效，火灾蔓延至市政通道，市政通道开启机械排烟，自动灭火系统失效的条件。

5.2 烟气数值模拟

烟气数值模拟采用FDS模型进行分析，此模型为场模型，用于分析火灾中热烟气的蔓延过程。首先，采用FDS软件建立西安站站房三维模型，烟颗粒(Soot)生成量为0.05，火灾为快速T2火，环境温度为26℃，模拟时间为1 200s，模拟结果,如图4。

图4 火灾烟气流动模拟分析Fig.4 Simulation of fire smoke flow

5.3 模拟结果分析

模拟结果表明，1 200s内，除火源上空外，距出站层及快速进站厅夹层地面2m高的平面上的能见度均不低于10m，温度最高不超过60℃，CO浓度未高于500ppm，即排烟方案至少在1 200s内可为出站层人员和快速进站厅夹层人员的安全疏散提供保证[7-8]。

6 人员疏散安全性评估

6.1 疏散场景设计

对于改扩建后西安站地下空间旅客人数计算方法：并按高峰流量法确定疏散人数。考虑10%的接站人数和10%的工作人员，确定该区域需疏散的人数。

根据设计资料，出站地道和市政通道最远步行距离约74m，人员最大通过时间为74s，假设安检等待时间1min，则人员在出站厅内的停留时间为134s。

本项目改扩建后高峰小时人数13 000人，站房最高聚集人数为12 000人，考虑1.40倍的超高峰系数，超高峰流量为13 000/60×1.40=304人/min，则通道内通行旅客人数为134/60×304=679人；考虑地铁快速进站旅客人数，保守考虑进入市政通道的地铁人数按一列列车满载人数的50%取值，即1 440×0.50=720人。考虑接站和工作人员数量后，人数为(679+720)×1.20=1 679人。

疏散场景根据“可信最不利”原则，对应火灾场景设置相应的疏散场景。西安站人员疏散开始时间取180s。

6.2 疏散数值模拟

西安站采用Pathfinder软件进行疏散模拟，采用Steering行为模型，时间步长为2.50×10-2s，步行速度0.80～1.20m/s正态分布,该软件的疏散模拟器可实现对每个个体的运动方式准确预测,疏散模拟结果,如图5。

图5 人员疏散数值模拟Fig.5 Simulation of personnel evacuation

6.3 模拟分析结果

模拟分析结果表明，站房地下空间出站层人员离开本层所需行动时间270s，快速进站厅夹层人员离开本层所需行动时间133s，疏散行动时间考虑1.50倍安全系数，以及疏散开始时间180s，最终出站层人员疏散所需时间为585s，快速进站厅夹层人员疏散所需时间为380s。火灾场景模拟结果显示火灾危险来临时间不小于1 200s，大于人员所需疏散时间585s和380s，人员安全疏散可以得到保证[7]。

7 结论

本文基于西安站改扩建工程地下空间功能区块设置复杂、人员交叉流动性大、空间互通一体的特点和尽量降低对铁路运营连续性的干扰，提出将快速进站厅与周边区域做好防火分隔，市政通道和出站地道的一体空间作为出站层人员疏散的准安全区，解决了出站层人员疏散距离过长和防火分区面积过大的问题，保证了出站层的消防安全。为今后同类型复杂程度的铁路站房特殊消防设计提供一定的借鉴价值。