轨道交通建筑防火设计及其实施效果模拟研究

王 超

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030031）

0 引言

城市轨道交通属于城市发展的一种代表性标志[1]。轨道交通站点的相关建筑一般来说空间较小，如果防火设计有欠缺，一旦出现火灾，乘客逃生会面临困难。因此，在轨道交通建筑的设计和建设中应重点考虑防火问题，应坚持预防为主，消防为辅[2]的原则。从当前的实际情况看，传统的防火设计，已无法满足当下轨道交通建筑的安全需求，必须以更完善、更科学的防火设计来提升轨道交通建筑的防火效果，提高人员疏散效率。本文结合案例工程介绍轨道交通建筑的防火设计，并利用模拟分析软件研究设计方案实施的效果。

1 工程概况

某市轨道交通某车站站内建筑共两层，其中负一层为站厅层，负二层为站台层，共包含8 个区域，包含两个出站口，分别为南站和北站，南站与北站各包含两个疏散口。该轨道交通车站内负一层公共区第一个区域，不包含轨行区，设有4 个疏散口；负一层北侧靠近小里程端设备区属于第二个区域；负一层北侧中部设备区属于第三个区域；负一层南侧接近大里程端设备区属于第四个区域。负二层中部公共区为第五个区域；负二层两侧设备区划分成2 个区域，作为第六个区域、第七个区域，轨行区为第八个区域。各区域的面积如表1所示。

表1 该轨道交通车站各区域的面积（单位：m2）

2 轨道交通建筑的防火设计

2.1 轨道交通建筑的防火分区划分

负一层与负二层的公共区需划分成一个防火分区，即第一个区域。设备管理区与负一层、负二层的公共区需划分成不同的防火分区，且各防火分区的面积需低于1600m2。负二层两侧设备区中，较大设备区分为两个防火分区，其面积需低于1600m2；另一端较小设备区也分为两个防火分区，且面积需低于300m2，可降低机械排烟设备的设置数量[3]。2个防火分区间需设置防火墙，其耐火极限需超过3.5h。防火分区楼板的耐火极限需超过1.8h。出现火灾情况下，轨道交通车站内需要运行的房间，需应用耐火极限超过2.5h 的防火分隔墙，将其和其余区域隔开[4]。

2.2 轨道交通建筑的防烟分区划分

轨道交通车站环境封闭性较强，在出现火灾情况下，其高温浓烟传播速度较快[5]。为此，需要在轨道交通车站内划分防烟分区。负一层与负二层的公共区内，各防烟分区面积需低于2100m2，设备管理区的各防烟分区面积需低于800m2，防烟分区不可跨越防火分区[6]。邻近防烟分区间需设置挡烟垂壁。负二层至负一层的楼梯、扶梯口处也需设置挡烟垂壁，燃烧性能等级是A级。

挡烟垂壁的高度需低于450mm，与地面的距离需超过2.5m。顶板突出位置超过450mm 的结构梁，均可当作挡烟垂壁[7]。当挡烟垂壁属于非固定型时，需确保出现火灾情况下能够和火灾探测器联动，迅速下降至指定位置。

2.3 轨道交通建筑的防火墙设计

在轨道交通车站的梁与混凝土等结构上，严格依据施工需求，设计防火墙。不可在防火墙面上任意打洞，防火墙上设置甲级防火门，开启方向为人员疏散方向[8]。

在有管道穿过防火墙时，需利用防火封堵材料，堵住两者间的洞口，提升密实效果。防火封堵材料需选择燃点高，且不会形成有害气体的材料，同时需设置排气道[9]。为防止破坏阀体，需轻轻安装防火墙。阀体和消防栓的前后距离控制在105mm 左右，左右距离控制在205mm 左右，前后左右的偏差需控制在4.5mm 以内。阀体和地面的距离控制在1.05m 左右，偏差控制在1.2cm 以内。消火栓的耐火时间需超过规范耐火时间[10]，如果消火栓耐火时间低于规范耐火时间，需利用防火背衬板提升消火栓耐火时间。

2.4 轨道交通建筑的防火门与防火窗设计

按照轨道交通车站的施工需求，该车站内防火门与防火窗的耐火等级均需超过3.5h。防火墙与防火窗需要满足以下条件：

（1）防火墙与防火窗需具备自动功能。

（2）双扇防火门不可随意关闭，需按照设定的顺序依次关闭。

（3）常开防火门可在出现火灾情况下自行关闭，同时包含信息反馈与手动开启等功能。若防火门与防火墙安装在变形缝处，防火门与防火墙开启后，门扇不可超过变形缝。

（4）门扇均需符合轨道交通建筑设计需求。以耐火极限超过3.5h 的特级防火卷帘为防火分隔，其两侧门窗与洞口的横向距离均需符合建筑需求。若不能满足建筑需求，则改用乙级防火墙。

（5）楼梯间的疏散门需选择甲级防火门，管径检修门需选择乙级防火门，不可在转角位置安装防火墙。扶梯材料的耐火极限需超过1.5h。

（6）尽量不在防火墙上设置窗和洞，必须设置窗和洞时，其耐火等级需超过二级，根据车站实际情况选择承重结构的防火涂料，该防火涂料应具备较优的耐火等级。

（7）轨道交通车站内消防控制室与机房等重要设施的耐火极限均需超过3.0h。

2.5 轨道交通建筑的安全疏散设计

轨道交通车站负二层属于人员最多的区域，也属于乘客下达最深的区域。通过高峰时期上下车客流与车站的超高峰系数，决定该车站的楼梯与扶梯数量。楼梯与扶梯的宽度设置需求为：出现火灾时，5min内可将一趟列车内的全部乘客与工作人员撤离负二层。按照车站垂直方向设置楼梯与扶梯，且楼梯与扶梯均需均匀布置。站台有效长度中，随机一点与楼梯或扶梯口的距离均需低于45m。单向楼梯宽度需超过2.0m，双向楼梯宽度需超过3.0m。

在楼梯宽度超过4.0m 情况下，需在楼梯中间位置设置扶手，楼梯建造结构需符合车站建筑模数。设备区域的楼梯宽度为1.2m，单面管理用房的疏散道路宽度是1.3m，双面管理用房的疏散通道宽度是1.6m。防灾疏散时间计算公式如下：

式中：Q1——高峰期断面客流与列车额定载客数量；

N-1——扶梯损坏不可运行的几率；

Q2——候车乘客与工作人员数量；

A1、A2——扶梯、楼梯通过能力；

N——扶梯数量；

B——楼梯宽度是；

1——代表人的反应时间。

因为车站内扶梯的数量越来越多，所以一定要考虑扶梯事故，出现火灾时，用于疏散乘客与工作人员的楼梯与扶梯，均依据正常情况下的92%计算。出现火灾时，扶梯都要向疏散方向运转。扶梯供电负荷为一级负荷，但同时需具备双向运行功能。

轨道交通车站安全出口设置需符合以下要求：

（1）负一层与负二层内各防火分区的安全出口数量需超过2 个，负一层直通地面，负二层直接通向防火分区。邻近防火分区连通的防火门为第二个安全出口，各安全出口停留人数需小于16 人。楼梯与扶梯不可作为安全出口。

（2）设备区与安全出口的距离需低于30m。

（3）地下出入通道长度不可大于100m，若大于100m，则需采取相应措施，使其符合人员疏散的消防要求。

（4）在出入通道与楼梯等重要位置都要设置应急照明。

（5）在楼梯与出入通道等重要位置安装疏散标志，确保乘客与工作人员按照疏散方向离开危险区域，并依据防火规范要求间距，安装自发光疏散标志。

3 轨道交通建筑防火设计实施模拟效果

利用数值模拟软件，分析轨道交通建筑防火设计的实施效果。通过数值模拟软件绘制轨道交通建筑模型，该站点部分轨道交通建筑模型如图1所示。

图1 部分轨道交通建筑模型

对建立的轨道交通建筑模型，进行网格划分，火源附近区域的网格尺寸是0.25m×0.25m×0.25m，其余区域的网格尺寸是0.45m×0.45m×0.45m。

利用数值模拟软件，设置6种火灾场景，如表2所示。

表2 轨道交通建筑的6种火灾场景

模拟分析该轨道交通建筑的防火效果见表3所示。

表3 轨道交通建筑的防火效果

从表3 可知，对于不同火灾场景，该项目的防火设计实施后，该轨道交通建筑的实际疏散时间均明显低于可用疏散时间，最长疏散时间仅为780s，平均疏散时间为677s，且不同火灾场景下，安全性判定结果均为安全，即全部乘客与工作人员均可安全撤离。模拟试验证明：该项目防火设计的实施，可缩短轨道交通建筑的疏散时间，确保全部乘客与工作人员均可安全逃生。

4 结束语

总之，受轨道交通建筑空间特点与功能布局等影响，人们对其防火设计与安全问题提出了更高要求。本文结合案例工程，介绍了轨道交通建筑的防火设计，包括防火分区划分、防烟分区划分、防火墙设计及防火门、防火窗设计、安全疏散设计等内容。并利用数值模拟软件分析该防火设计方案的实施效果。模拟结果显示：该防火设计方案的实施可缩短疏散时间，提升轨道交通建筑的防火效果，能为乘客与工作人员的生命安全提供保障。