地鐵大型地面站廳車站消防創新設計

張啟迪, 鐘 懷, 龔 波

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

1 概述

近年來，隨著社會經濟的發展和人民對生活質量需求的的提高，大型地鐵工程越來越多，傳統防火規范和標準已很難滿足功能復雜、面積和空間較大建筑的設計和使用要求?，F行規范中，未對地面站廳類型車站及自然排煙情況下防火分區最大面積進行明確。針對這一特殊情況，本文結合成都地鐵雙流西站消防設計過程中遇到的問題進行分析和總結，并提出相應的解決措施，滿足了消防部門的驗收要求，為填補現行規范提供了工程借鑒。

本站為成都地鐵3號線二期工程第一座車站(圖1)，為3、10、17號線三線換乘車站，三線車站土建同步實施，地面站廳于3號線試運營期間全部投入使用。

圖1 雙流西站鳥瞰效果

三線均為地下一層11 m島式站臺，3線共用地面站廳，通過站廳換乘。與城際鐵路站房通過地面廣場進行換乘接駁；車站東接三線停車場段出入段線，3、17號線西端設單渡線，10號線西端設折返線。本站地面設備用房為局部兩層，無出地面附屬，3號線采用6B編組、10號線采用6A編組、17號線采用8A編組140 km/h快線制式。雙流西站總平面布置見圖2。

圖2 雙流西站總平面布置

3號線雙流西站已于2018年12月26日試運營，10號線預計2019年12月試運營，17號線為遠期線路，業主要求于3號線開通前同期完成三線消防審查及驗收工作。雙流西站總建筑面積44 040 m2，其中地面站廳公共區面積7 739 m2。根據規劃部門要求，雙流西站地面站廳外立面造型與周邊環境需契合，且為國內最大地面站廳換乘車站，由于站廳為鋼結構網架結構，無法進行防火分隔。

2 大型地面站廳車站消防設計重難點分析

2.1 國內現狀調查

通過對機場、高鐵站等類似大空間現場踏勘、查閱相關文獻資料及案例分析，鋼結構高大空間防火設計在大型民建設計中已非常成熟，受地鐵條件及形式的限制，國內尚無類似地面高大空間地鐵車站的成功設計案例可供參考和借鑒。

2.2 現行規范與標準

現行GB 50157-2013《地鐵設計規范》與GB 51298-2018《地鐵設計防火標準》分別對于地面車站站廳層公共區每個防火分區的最大允許建筑面積作出規定：《地鐵設計規范》第28.2.2-2條“地下換乘車站當共用一個站廳時，站廳公共區面積不應大于5 000 m2”、第28.2.2-3條“地上車站站廳公共區采用機械排煙時，防火分區的最大允許建筑面積不應大于5 000 m2”；《地鐵設計防火標準》第4.3.1條“地上車站站廳公共區每個防火分區的最大允許建筑面積不宜大于5 000 m2”；而GB 50490-2009《城市軌道交通技術規范》第7.3.18-4條的規定，明確了建筑面積超標后，應通過消防性能化設計分析，并采取必要的消防措施，解決存在的消防問題。

在上述現行規范、標準中，對于地鐵大型地面站廳公共區建筑面積大于5 000 m2、且不具備進行防火分隔、將每個防火分區的建筑面積控制在5 000 m2以內的車站，并未明確具體應采取哪些切實可行的消防措施，才能確保乘客的乘車安全?；诖?，本文結合雙流西站的實際環境條件及高大空間的特點，通過對本站開展特殊消防設計，同時，委托有資質單位開展消防性能化設計分析工作，并經現場試驗驗證，探討滿足消防要求，并切實可行的消防加強措施，補充和完善現行規范、標準在這一領域存在的盲區，為后續類似工程提供有價值的參考和借鑒。

2.3 消防性能化防火設計

近年來，各地軌道交通設計在遇到公共區面積超過5 000 m2的情況后，通常通過進行性能化防火設計后提請當地消防部門進行特殊消防性能化評估審查，解決諸多規范未涵蓋或不明確的問題。

總之，性能化防火設計的目標是“建造一座安全的建筑”，把整個建筑物作為一個整體來考慮，把每一部分的消防措施放到一個整體中去分析，才能得到最優化的防火設計方案，為建筑結構提供最合理的防火保護。性能化設計沒有現成的規范、標準，設計方案需通過計算、火災模擬等手段進行驗證。

3 消防設計目標及策略

3.1 消防設計目標

(1)當建筑物發生火災時，整個建筑系統(包括消防系統)能夠為建筑物內所有人員提供足夠的疏散時間，車站內所有人員能在規范所規定的時間內疏散到安全區，且煙氣下降到人體耐受極限的時間應大于疏散時間，保證人員不受到火災及煙氣的危害。

(2)結合雙流西站地面站廳高大空間的特點，在滿足規劃部門對外立面要求的前提下，合理規劃、設計消防加強措施，通過消防專家審查，并滿足消防驗收要求，解決三線三島平行換乘樞紐地面站廳車站的防火設計難題。

(3)發生火災后的一段時間內，整個建筑結構需保證進入到建筑物內部進行滅火救援消防隊員的安全。

3.2 基本對策

(1)全面設置火災自動報警系統。

(2)合理布置地面站廳公共區，由于3線共用地面站廳，客流動線的合理性直接影響火災工況下人員是否能做到有序逃生，保證地面站廳公共區的任意一點的走行距離距離最近疏散點不超過50 m，地面站廳出入口疏散寬度應滿足《地鐵設計規范》和《建筑設計防火規范》的相關規定。

(3)嚴格禁止商業設施的設置，嚴格控制裝修材料的標準，應滿足《地鐵設計規范》和《建筑內部裝修設計防火規范》的相關規定。

(4)由于該站消防設計的特殊性，需在現行規范的要求上適當提高設計標準，采取相關的消防措施，以提高建筑物的整體防火性能，以通過消防專家審查，滿足消防驗收要求。

4 特殊消防設計及措施

通過對雙流西站地面站廳消防設計重難點分析及對消防目標的設定，結合前期與消防部門多次協調的實際情況，提出從以下兩方面著手增設相關消防加強措施，通過模擬及現場實驗驗證來證明設計提出增加的消防措施的可行性和合理性。

4.1 增設相關消防加強措施

本站公共區面積超5 000 m2，但又處于設計規范盲區，針對這一特殊情況，結合消防部門的審查意見，我們提出了增設以下消防設計的加強措施：

(1)不設置商鋪，提高裝修材料耐火等級，提高鋼結構耐火等級。車站的站臺、站廳疏散區內均未設置任何商業設施；車站公共區頂棚、墻面、地坪的裝飾材料均采用A級不燃材料，有利于對車站可燃物的控制。車站地面站廳采用鋼網架結構。建筑造型采用弧形屋面，弧高21.9 m，臥置于地面，鋼管立柱支撐，與混凝土結構附屬用房相鄰，屋面中部設17 m寬通長采光帶?，F行規范《地鐵設計規范》和《建筑設計防火規范》中，明確規定了地面車站、單、多層重要公共建筑和二類高層建筑的耐火等級不得低于二級。經分析研究并結合專家審查意見，將本站鋼結構的受力結構構件均按照一級耐火等級設計，并根據CECS24：90《鋼結構防火涂料應用技術規范》的相關要求進行防火涂料涂刷，提升了站廳整體鋼結構的耐火極限和安全性；屋面板采用鋁鎂錳金屬板及PC陽光板，均為不燃材料，進一步加強了消防的安全性。

(2)采用電動排煙窗進行自然排煙、設置自動跟蹤射流裝置。站廳公共區面積較大，平面布置功能復雜，且空間高度較大，選擇并設置大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統，有利于防止火災大規模蔓延。

根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》、GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》和GB 50016-2014《建筑設計防火規范》相關規定，“對可開啟排煙口的有效面積進行了限定，不得小于所在場所地面面積的2 %”，雙流西站地面站廳電動排煙窗有效開啟面積達到5.07 %，滿足規范和標準的要求，并且對聯動開啟方式進行了加強，不僅可通過FAS系統連鎖開啟及手動開啟，還增加了遠程開啟模式，提升了安全性的同時也滿足了春秋季可開啟排煙窗進行自然通風，節約了能耗。

由于車站公共區為拱形鋼結構，吊頂同為弧形吊頂，平面布置功能復雜，為保證站廳內部裝修的美觀性，且空間高度較大(站廳內部弧頂凈高約為21.9 m)，傳統的水噴淋系統已不能滿足和適應高大空間的滅火要求，選擇采用大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統，保證站廳層每處均有兩股水流保護，提高了滅火效率，有利于防止火災大規模蔓延。

(3)全國地鐵領域首次采用誘導風機技術。由于本站受制于配線形式及無傳統出地面風亭組，車站隧道風機數量僅為正常地鐵車站的一半(正常4臺，本站2臺)，且隧道風機距離車站有效站臺端頭距離遠。經分析研究并借鑒高鐵設計理念，在全國首次將誘導風機技術運用于地鐵領域，加強了站臺公共區火災的防排煙措施，滿足了《地鐵設計規范》及《地鐵設計防火標準》中不小于1.5 m/s下拉風速的規定，保證了站廳公共區與站臺的防煙軟隔斷。

(4)消防車道成環(圖3)。雙流西站地面站廳及設備房為獨立建筑物，車站南側為三支渠，部分明渠段位于車站地面設備區范圍，導致地面站廳外消防環道無法成環。根據《建筑設計防火規范》中相關規定，該范圍建筑可按照臨河建筑考慮，但考慮為消防救援預留更好的條件，拆除影響范圍內的40 m已建成明渠，改為暗渠段，成環后的消防環道提升了救援條件和救援標準，更加有利于消防部門對雙流西站地面建構筑物展開無死角救援。

圖3 雙流西站消防環形車道布置

4.2 消防性能化設計模擬及現場實驗論證

通過委托相關單位進行模擬及現場實驗，雙流西站消防設計的模擬結論及現場效果得到了消防部門的肯定和認可。

4.2.1 消防性能化設計及模擬

性能化設計沒有現成的規范、標準，設計方案需通過計算、火災模擬等手段進行驗證，并對防火設計方案進行評估。

經過模擬，車站乘客于145 s內完成疏散，滿足《地鐵設計規范》及《地鐵設計防火標準》中對于疏散時間的要求(圖4)。

圖4 人員疏散模擬截

經過模擬，火災發生后半小時清晰高度仍在15 m以上，從理論上證明了在煙汽蔓延到人體耐受極限前站內所有人員均完成疏散逃生(圖5)。

圖5 火災場景煙流量化分析模擬截

4.2.2 現場實驗論證

為驗證本站特殊消防設計的安全性、合理性、可行性，雙流西站進行現場放熱煙實驗，實驗結果表明煙氣還未下降到人體耐受極限高度前已全被排出室外，進一步證明了發生火災時留給人員逃生時間遠遠大于《地鐵設計規范》及《地鐵設計防火標準》中所規定的疏散時間。

通過現場進行大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統測試實驗，實驗結果為現場明火點燃20 s內，大空間噴射型自動跟蹤射流滅火系統完成了感應、定位及撲滅火源?，F場實驗結果進一步證明了雙流西站地面站廳經過消防設計后是安全的。

本站是全國首次在站臺樓扶梯口部利用誘導風機實現防煙，消防檢測中，樓扶梯口風速測試達到2.7 m/s，目前該設計方案已進行專利申請。

5 結論

地鐵工程的起終點車站，由于受到相鄰地面車輛基地線路接軌條件的限制，通常只能采用地下一層站臺+地面站廳的車站形式，具有一定的普遍性和代表性。

通過對本站的消防重難點分析、制定相關對策、現場實施及最終的模擬及現場實驗驗證，本站的特殊消防設計是合理可行的，并順利通過了四川省建設廳和消防總隊組織的專家論證會論證。

從某些方面來講，雙流西站消防設計的論證結果填補了現行規范的空缺，實現了地面站廳面積超過5 000 m2且不需設置防火隔斷滿足消防驗收要求的初衷。

雙流西站地面站廳整體已于2018年12月26日正式投入試運營(圖6、圖7)，對于該站的消防設計總結歸納主要有以下幾個特點：

圖6 雙流西站站廳層竣工實景照片

圖7 雙流西站室外實景

(1)對于大型地面站廳車站，在其站廳層公共區規模超標(大于規范規定的5 000 m2)，且不具備設置防火隔斷的情況下，通過合理的特殊消防設計以及采取相應的消防措施，實現既能滿足乘客正常使用功能要求，同時，滿足乘客緊急情況下的疏散要求，可為同類型車站提供參考與借鑒。

(2)本站設計按照“以人為本”的設計理念，綜合考慮車站周邊規劃及造型需求展開方案設計，結合民建中高大空間設計經驗，合理設計并增加相關消防措施，使地鐵工程的安全得到有效保證，作為國內最大體量的地面站廳車站在滿足外立面造型的同時將內部空間的使用最大化，并在地鐵大型地面工程設計中推廣采用性能化防火設計以推動我國性能化防火設計的規范化進程。

(3)國內大中型城市發展迅速，軌道交通線網加密的速度遠遠大于各類規范更新的速度，在大體量多線換乘車站中如何正確的理解和滿足規范要求是地鐵前期設計時需要深入思考的問題。

(4)建議地鐵規范、標準編寫組參考和借鑒GB 50016-2014《建筑設計防火規范》第5.3.4條及TB 10063-2016、J 2180-2016《鐵路工程設計防火規范》第6.1.2條的具體內容，并在總結地鐵工程經驗和教訓的基礎上，補充和完善“地上車站站廳層公共區每個防火分區最大允許建筑面積”的條文內容。

(5)地面站廳建筑總寬度宜控制在60 m以內，建筑總高度宜控制在24 m范圍以內。

本文特殊消防設計的思路和成果，將為國內類似后續工程提供參考和借鑒。