城市轨道交通大型换乘车站应急防灾设计

周 兵 文 鹏

(中铁第四勘察设计院集团有限公司, 430063, 武汉)

随着我国城市化进程的快速发展,城市轨道交通(以下简称“城轨”)线网也日益完善,大型多线城轨换乘车站不断增加。该类工程往往具有埋深较大、人员密集、逃生救援场地受限的特征,防灾难度和压力十分突出。

目前,国内外对于城轨车站和地下空间的防灾设计[1-3]、消防安全[4-6]等方面已有研究。对于以大型城轨车站为核心的城市地下综合体,其应急防灾更为复杂。本文结合武汉光谷广场综合体工程,从火灾、大客流、洪涝、恐怖袭击、突发疫情等五个重点方面,总结大型城轨车站应急防灾设计经验和要点。

1 工程概况

光谷广场综合体工程(见图1)位于武汉市主城区与东湖国家自主创新示范区联系的重要节点——光谷广场,工程总建筑面积约16万m2,其主体为3条地铁线路交汇形成的大型换乘车站,武汉地铁9号线(以下简称“9号线”)和武汉地铁11号线(以下简称“11号线”)站台集中布置在光谷广场中心地下。

图1 光谷广场综合体工程空间布局图

光谷广场综合体工程的超大体量和客流给应急防灾带来了巨大的挑战。根据工程特点,应急防灾的首要原则是简单便捷、快进快出,且其根本在于建筑布局。

通过对各种地铁线路的空间组合形式进行研究比选,创新采用了地下站厅、高架站台的建筑形式,将整个地下一层大厅设置为贯通的地铁换乘和交通层,形成φ200 m贯通无阻隔的圆形交通大厅,并通过下沉广场与周边各地块连接,实现超大客流的便捷换乘和快速通行;9号线站台布置于地下一层夹层,11号线站台布置于地下三层,地下二层为换乘过渡厅和武汉地铁2号线(以下简称“2号线”)区间,换乘流线简单规则。在合理建筑布局的基础上,针对各类型灾害防护进一步进行研究。

2 火灾防护

2.1 紧急疏散策略

光谷广场综合体工程设计的远期客流高峰小时达到8.8万人次/h,因此,确保在火灾等紧急情况下庞大客流的安全疏散是一个重大课题,也是最重要的功能目标。

在安全疏散策略上,采用常规手段难以将如此巨大的客流快速疏散至室外,由于地面交通限制,亦无条件设置大量疏散楼梯来解决垂直交通。为此,在地下一层环形大厅顶部设置电动天窗实现火灾自然排烟,在大厅周边开设5个大型下沉广场实现人员快进快出。结合火灾疏散及自然排烟模拟,认定地下一层环形大厅区域在火灾工况下为准安全区。

为满足安全疏散距离要求,在大厅中部结合地铁设施设置4组直通地面景观环岛的疏散楼梯,确保事故工况下就近快速疏散人员,保证安全。地下一层公共区共设置13个安全出口,可将人员就近疏散至地面与避难走道,最远处的疏散距离不大于50 m。光谷广场综合体工程地下一层大厅人员安全疏散流线见图2。

图2 光谷广场综合体工程地下一层大厅人员安全疏散流线

为确保火灾各类场景下人员都可以安全疏散到安全区域,达到安全目标,进行了人员安全疏散三维仿真模拟和优化设计,并进一步制定了工程紧急情况下人员安全疏散的基本控制策略:

1) 当地下一层圆形站厅、换乘厅或9、11号线站台发生火灾时,通过该站的9、11号线列车不在该站停留,直接驶离该站;2号线与地下一层圆形站厅的换乘通道在火灾时关闭,不作为相互借用的安全出口,2号线列车正常运行;反之,2号线发生火灾时,该线路列车不在该站停留,而是直接驶离该站,9、11号线正常运行。

2) 当行驶到站的列车发生火灾时,着火列车一侧的站台门全部打开,列车上的乘客通过站台门疏散到站台;当列车靠站而车门与站台门未对准位置时,仅应急疏散门和对应的车门打开供人员疏散。

3) 车站站厅人员直接通过站厅出入口疏散至室外;车站换乘厅和站台上的人员首先通过楼梯、自动扶梯及封闭楼梯间疏散至站厅层,再通过站厅的出入口疏散至室外。此外,车站人员还可通过车站设置的直通地面或避难走道的封闭楼梯间进行疏散。

4) 紧急疏散时,自动扶梯与火灾探测器联动,并自动缓慢停止作为疏散楼梯使用。楼梯和自动扶梯附近发生火灾时,其不再作为疏散楼梯使用。

5) 紧急疏散时,所有闸机通道均与火灾探测信号联动打开供人员疏散,包括进站闸机、出站闸机和员工通道。站厅出入口附近发生火灾时,该出入口不再作为疏散出口使用。

2.2 公共区防火分区与防排烟

根据建筑和消防功能需求,9号线站台、地下一层站厅、地下二层转换厅,以及11号线站台公共区划为同一个防火分区,面积为41 025 m2。光谷广场综合体工程的巨大体量,以及大跨度、高空间的独特布局,形成了超大规模的地下一层公共区,面积约3.4万m2,体积约30万m3,相当于10个标准地铁车站。为满足地下一层公共区防排烟要求,设计需达到的总排烟量达207.04万m3/h,这是常规地铁车站机械排烟手段难以解决的巨大难题。

通过烟气控制和气流组织三维仿真模拟,验证了光谷广场综合体工程利用顶部采光天窗进行自然排烟的可行性,同时获得了自然排烟系统及通风空调系统的关键技术参数,相应制定了光谷广场综合体工程地下一层公共区防排烟系统的解决方案:地下一层采用自然排烟方式,即在地下一层通高大厅及9号线车站隧道上方设置排烟天窗,并保证其距地下一层任意一处的距离均不超过30 m,且其开启面积不小于地下一层总面积的5%。光谷广场综合体工程地下一层公共区自然排烟和通风系统,如图3所示。

图3 光谷广场综合体工程地下一层公共区自然排烟和通风系统

通过对可能发生的不同火源位置、不同火灾场景下的人员疏散进行模拟计算,对比分析各火灾场景下的疏散可利用时间和疏散需要时间后发现:地下一层站厅体量大,具有较大的蓄烟空间;自然排烟效果较好,烟气不易发生沉降;车站内人员能在危险来临前逃离危险区域,人员疏散安全。由此可见:在排烟系统有效的情况下,车站内烟气能得到较好控制,且能满足人员安全疏散的要求。

2.3 应急救援

不同于地面建筑可设计消防环道,地下公共建筑需充分利用城市公共设施来满足消防救援的需要。光谷广场综合体工程所在区域为城市交通核心区,城市主干道交通便利,为消防救援创造了有利条件;地下空间疏散口、消防电梯等救援通道相应沿道路设计,并在大型下沉广场前段设置前广场,兼顾消防救援的场地,为应急救援提供场所。在火灾及其他灾害发生时,可通过枢纽与应急管理部门的联动迅速获取救援。

3 大客流防护

地铁车站大客流类型主要有:节假日大客流、大型活动大客流、恶劣天气大客流,以及设置设备故障引发的大客流等。大客流影响因素主要包括单位时间内乘客人数、大量进站客流持续时间、瞬间客流量、乘客结构及车站结构等。根据已有2号线光谷广场站的运营统计数据,光谷广场节假日高峰期的客流量达到20万次/d以上,大客流类型主要以节假日(包含寒暑假起始及结束时期)学生、白领客流为主,持续时间长、绝对数量大。

根据区域客流特点及实际情况,本工程的大客流疏导重点措施为:设计顺畅合理的客流流线,使得客流分布均匀,避免客流交叉干扰和过度迂回。对相对集中进站(集中设置6处进站闸机,每处设置1台安检机)和分散进站(分散设置8处进站闸机,每处设置1台安检机)进行对比发现:相对集中进站方案下通过单台安检机的平均客流量为3 037人次/h,表明高峰时段进站客流压力较大;分散进站方案下通过单台安检机的平均客流量为2 362人次/h,客流较为适中。同时通过对进出站客流流线和换乘客流流线,以及自动扶梯上下行方向的设计优化,保障客流流线顺畅,最大限度地避免客流流线交叉。

4 洪涝防护

光谷广场综合体工程防淹设计的暴雨频率按当地百年一遇暴雨重现期的标准设防。通过对该工程整个场地的竖向标高、防洪水位及暴雨内涝水位进行系统分析,综合确定每个出地面设施的设计标高,以及周边地面的场地标高和坡度,避免暴雨引起出地面设施积水或倒灌,确保工程防洪、防涝安全。对于有洪水和内涝隐患的工程,需将其与区域防洪体系协调动作,从源头上避免灾害的发生。

在设备设施方面,除控制出地面设施口部标高、设置防洪闸槽与防淹挡板、设置排水沟与集水井等常规措施外,结合以往周边商业地下室淹水造成地铁线路被淹的案例,在车站与周边商业地下室接口设置防淹门,在紧急情况下可及时将其关闭。

5 恐怖袭击防护

5.1 恐怖袭击特征

地铁系统作为重要的城市公共交通设施,是恐怖袭击风险较高的目标之一。地铁车站的主要恐怖威胁有:爆炸活动、生化及放射性恐怖袭击、纵火等。除此以外,恐怖分子也可能利用地铁安全措施不完善、阻塞轨道制造混乱等手段发动突然袭击。地铁恐怖袭击的安全薄弱环节主要存在于下述部位:

1) 出入口:既是恐怖袭击进入的通道,也是人员疏散的关键通道;

2) 地铁付费区:环境封闭、人员密集,在遭受恐怖袭击后疏散、通风、排烟、照明等均较困难;

3) 车厢内部:车厢内人员拥挤,空间狭窄,遭受袭击后容易引发恐慌,引起踩踏等二次灾害。

5.2 恐怖袭击防护措施

在地铁车站应对恐怖袭击的防控中,从设计阶段就应考虑应对恐怖袭击的需要,在出入口、站台、机电设计等方面有效提高地铁安全预防能力。

1) 出入口设计。可将车站的主要出入口设计为开敞式的下沉庭院,整合进出站自动扶梯和残疾人电梯,兼顾地下采光、通风排烟功能,同时使出入口成为一览无遗的公共空间,避免封闭狭窄空间的不利影响。组合式下沉广场出入口如图4所示。

图4 组合式下沉广场出入口

2) 装修艺术设计。优美的装修艺术设计可减少消极心理暗示,采用丰富亮丽的色彩,活泼向上的风格,有利于营造健康、积极的空间氛围。装饰宜简洁通透,避免使用过多材料堆砌,以免遇袭时造成坍塌和堵塞,进而造成人员伤亡和影响人员及时疏散。工程材料应避免使用易燃、化学制品类材料,谨慎使用普通玻璃等破碎时产生锋利尖角或飞屑的材料。

3) 完善安全设备。在客流相对集中的付费区进站闸机附近均设置安检设备,乘客进入车站前需对行李进行安全检查,确保违禁品不被带入站台及车厢中。在工程内部设置自动喷水灭火系统、除烟设备、消火栓和紧急照明灯等报警及消防设施系统,确保车站发生大火时及时被扑救,减缓、阻止灾害蔓延,为人员逃生提供时间。

4) 完善的通风设施。良好的送风和排烟系统,能在火灾时对热烟气进行有效控制,为乘客和救援人员提供新鲜空气和能见度;在遭遇毒气袭击时,可根据投放毒气的场所,利用通风排烟系统采取不同的启闭组合措施进行针对性防治,同时可在公共区适当位置布置防毒面具器材箱,使人员能在最短时间内完成安全防护。

6 突发疫情防护

传染病突发应急处置应当坚持预防为主、依法管理、属地管理、分级预防、快速反映及依靠科技的原则。

6.1 突发疫情预防措施

严格按照《中华人民共和国传染病防治法》的规定,落实各项日常防控措施。根据疫情需要做好消毒物品、防护用品等物资的相应储备;同时加强宣传教育和督导检查,普及传染病防治知识,积极开展健康教育,真正做到群防群控。工作人员应及时、如实报告突发公共卫生事件与传染病疫情信息,不得瞒报、缓报、谎报或授意他人瞒报、缓报、谎报。

6.2 突发疫情应急响应

根据传染病疫情预警通报,结合具体疫情,经传染病突发疫情工作小组提出,传染病突发疫情应急领导小组批准启动和终止相应级别的应对预案。

1) 一般疫情响应在坚持日常防控措施的基础上,适时采取以下措施:① 检索传染源,发现传染病确诊病人或疑似病人时,应立即采取应急防控措施;② 根据传染病的种类,对疫点(区)和病人实施必要的隔离和医学观察; ③ 加强重点部位如休息室、卫生间等部位的防控,加强公共场所的通风换气,定期消毒;④ 加强舆论引导、宣传,以及传染病防治卫生知识的健康教育,引导工作人员及乘客树立卫生防病意识。

2) 较大疫情响应应适时采取以下措施:① 根据传染病的种类可采取对所有人群实施隔离、控制措施,及时对人群聚集点进行定时消毒;② 发现疫情后在4 h内上报与患者接触密切人员的摸排情况,配合卫生防疫部门做好流调和消毒等工作。

3) 重大疫情响应时可实行封闭管理。

7 结语

1) 大型地铁车站首要问题是研究最优建筑布局,实现简单便捷、快进快出的功能和防灾需求。

2) 结合自然排烟与下沉广场设置的准安全区是困难条件下大型地下空间的有效消防措施。

3) 大客流及恐怖袭击灾害可重点通过开放的空间布局和完善的设备设施来规避。

4) 针对洪涝灾害,需系统分析确定工程场地、出口标高及防淹设施,并将其与区域防洪体系协调进行防范。

5) 针对突发疫情,需重点落实防控措施和应急预案。