城市地下交通枢纽消防策略及模拟探究

时间：2024-05-19

戴世杰

（上海市闵行区消防救援支队，上海 201107）

0 引言

如今，我国城市化水平不断提升，城市人口数量越来越多，地面空间的应用逐渐受到限制，交通枢纽建筑也逐渐转移至地下。一般来说，城市大型地下交通枢纽能够将铁路、公交、出租车等多种不同的交通形式集中为一体，并呈现人员密集、功能复杂的特点。一旦发生火灾，消防救援以及人员疏散的难度较大。因此，从建筑防火设计的角度来看，必须合理设置防火分区、疏散设施、防火分隔以及主动防火系统等，尽量提升城市地下交通枢纽消防工作的整体水平，以保障其安全性、经济性与合理性[1]。由此可见，针对城市地下交通枢纽消防策略进行分析具有重要意义。

1 城市地下交通枢纽消防设计要点

性能化防火设计是以消防安全工程学为基础的现代化建筑防火设计方法，对交通枢纽来说，无论采用何种火灾安全设计方法，在发生火灾时，均必须首先保障通道内的人员安全，将尽快疏散通道内人员作为消防设计工作中的重点之一。因此，必须重视通道安全设施的整体配置情况，不断优化安全疏散系统以及事故通风防烟系统。以此为基础开展城市地下交通枢纽性能化防火设计工作，应该注意完善以下几个方面。

1.1 防火分区划分

城市地下交通枢纽的行车方向较为复杂，同时其与室外以及车库之间的连接也较为复杂，难以与普通建筑一样简洁、快速地划分防火分区，并且基本不可能在通道中间设置防火墙或是防火卷帘，否则一旦发生火灾，防火墙或者防火卷帘可能导致人员疏散效率受到严重影响，且消防人员进入通道内的进程也将受到严重影响。因此，根据城市地下交通枢纽中的整体情况来看，可以选择在车库与主通道之间的连接位置设置防火卷帘作为防火分隔[2]。

1.2 火场人员疏散

优化城市地下交通枢纽消防设计的最重要目标，即保障人民群众的生命财产安全，必须将人员疏散设计作为整体设计的重点，保障人员能够在发生火灾的情况下，快速进入安全区域。应在城市地下交通枢纽中设置明显的疏散标识，并联合安全通告、广播通知、指示标志、人员引导等方式，构建诱导疏散系统，提升城市地下交通枢纽中的人员安全疏散效率。从实际来看，影响人员疏散效率的主要因素之一是疏散口位置的合理性。因为在发生火灾时，人员疏散的效果不仅受到其自身各方面因素的影响，也受到火灾烟气的影响。同时，交通枢纽的安全疏散距离、安全出口以及通道宽度等均能在一定程度上影响疏散效率，特别是楼梯出入口、疏散通道对烟气的流动特性产生了重要影响，直接决定了疏散通道内部的安全性。因此，应该根据城市地下交通枢纽的实际情况，合理设置各项建筑结构的参数，以优化城市地下交通枢纽的性能。

1.3 疏散距离

如果地下交通枢纽疏散距离过长，则人员疏散的难度相对较大，效率也难以提升，应该采用以下方式解决。（1）将换乘空间设置为准安全区，提升区域内的消防安全性，如果空间高度超过6m，则可参考机场航站楼，适当延长疏散距离，一般40m 左右为宜。同时，应该根据实际情况制定具有针对性的疏散应急方案，并积极优化疏散诱导系统，以保障人员疏散过程中的安全性。（2）借用相邻防火分区进行疏散，根据相关规定，耐火等级为一级、二级的公共建筑，其全部安全出口均应直通室外防火分区，可以借用相邻的防火分区，将其中的甲级防火门视为安全出口。（3）采用避难走道或是下沉式广场的设计，将此作为室内外安全区域，一旦发生火灾，换乘空间内的人员进入该区域即可认定为处于安全状态，但必须保证避难走道以及下沉式广场的设计完全符合相关要求[3]。

1.4 疏散人数确定

根据目前的情况来看，城市地下交通枢纽的疏散人群计算过程并没有具体的规范作为指导，当前常用的方法包括两种：（1）人员流量法，也就是针对某一区域设定人员平均停留时间，并根据该区域的人流量，通过N=Nh•K•T/60 对地下交通枢纽内的瞬时人员数量进行计算，其中N为总人数，Nh为高峰阶段每小时的人员数量，K为高峰阶段每小时之间的波动系数，T为停留时间。（2）人员密度法，也就是借助各区域中建筑面积和人员密度指标共同计算人员数量，公式为N=S•ρ，其中N为总人数，S为区域建筑面积，ρ为人员密度。

1.5 灭火系统设计

对灭火系统进行设计的目的是能够在火灾初期有效控制火势发展，避免出现火灾蔓延情况。目前，我国应用频率较高的自动喷水灭火系统主要包括水喷雾灭火系统、水喷淋-泡沫灭火系统以及自动水喷淋系统，应该根据实际情况以及各系统的特点合理选择。

1.5.1 自动水喷淋系统

在隧道中应用常规形式的自动水喷淋系统，其实际使用效果存在争议，原因主要在于几个方面：（1）喷头仅可在隧道上部进行安装，若隧道中的车辆发生火灾，难以及时进行针对性的控制。（2）水喷淋过程中的耗水量较大，易导致隧道内部路面出现大面积湿滑，并导致液体火灾面积扩大。（3）需要应用大量水源和管道设备，安装、维护难度较大，成本较高[4]。

1.5.2 水喷淋-泡沫灭火系统

应用水喷淋-泡沫灭火系统时，需要在传统自动喷淋系统中设置专门的设备，提供泡沫混合液，从而构成既可喷水也可喷出泡沫的灭火系统，如果发生汽车火灾，泡沫可以附着于汽车表面，起到灭火作用，有效弥补自动喷水灭火系统不能有效扑救汽车火灾的缺陷。也就是说，水喷淋-泡沫灭火系统不需转变传统形式的自动喷水灭火系统结构，就可针对易燃液体、可燃液体中出现的火灾进行有效控制，使固体火灾灭火效果大幅度提升，相对于传统形式的水喷淋灭火系统来说，提升了地下活动场所消防工作的可靠性。

1.5.3 泡沫-水喷雾灭火系统

在灭火系统中应用特殊的喷嘴即可喷出水喷雾，在水喷雾喷射至火焰区时，因为其表面积较大，能够快速吸收热量，快速发生汽化，同时快速降低气相燃料的温度和氧化剂的温度。因为环境内存在大量的水蒸气，反应区中的氧气体积分量相对较低，可燃气体的体积分量也随之减少，不仅火势可以得到有效控制，热辐射的传递效果也不断衰减，从而可以有效实现隔绝氧气、衰减辐射、汽化冷却的效果。因此，泡沫-水喷雾系统即为一类可以同时采用水喷雾和泡沫进行灭火操作的双重效应灭火系统，既可针对隧道内的不同类型火灾进行有效扑救，还可针对隧道内的温度进行有效控制，同时可以有效落实流淌火灾的扑救工作[5]。

1.6 通风排烟设计

在通常情况下，需要采用多竖井送排风加射流风机诱导的形式对烟气的蔓延范围进行控制，但是城市地下交通枢纽所在位置可能不适合大量设置通风竖井，或是通道自身路段曲度较大、坡度较大、支道较多，则射流风机诱导烟气的效果将受到严重影响，需要采用横向通风的方式。根据实际情况来看，城市地下交通枢纽中，以行驶的地铁为主要火灾荷载，因为地铁持续移动，起火点位置难以确定，并且通道属于狭长形空间，断面面积较小，蓄烟能力较弱，烟气能够同时向通道两端快速扩散，对于烟控系统的要求较高，导致地下交通枢纽整体的通风和排烟设计复杂程度较高，必须根据实际情况合理优化通风排放烟的设计工作。

2 案例分析

2.1 工程概况

某地火车站广场工程建筑面积共为100182m2，其中主要包括4 个部分，分别为火车站站房、站前广场、地下综合交通换乘枢纽以及商业综合体，其中北站房面积为13994m2，地下换乘空间面积为27143m2，地下一层面积为16400m2，地下二层面积为10743m2，地下商业设施面积为8625m2。地下综合交通换乘枢纽中包含公交车场站、出租车蓄车场、社会停车场、轻轨进出站厅以及在其间起连接作用的交通通道。该地下交通枢纽的整体体量较大，应采用准安全通道的概念，以解决客流集散区防火分区面积过大的问题。同时，需要针对准安全通道应用合理的消防策略，使其成为安全性较强的区域，以保证发生火灾时，地下交通枢纽中的人员能够顺利通过安全通道，并进入室外安全区域。

2.2 消防策略

2.2.1 严格遵循防火分隔要求

安全通道应该与周边的停车场、设备房、商业防火分区、社会车库之间均进行严格的防火分隔，准安全通道与商务候车区及候车大厅之间，应该采用特级防火卷帘联合C 类防火玻璃的形式进行分隔，并且各防火玻璃之间尽量应该使用耐火极限超过一小时的构件进行封堵。

2.2.2 安全疏散设计

准安全通道中任何位置与最近的安全出口之间的步行距离不可超过30m，如果局部面积在准安全通道的10%以下，则最多不可超过37.5m。同时，安全通道内部地面必须设置连续可视的灯光疏散指示标志，通道内以及疏散专用楼梯内的应急照明持续时间至少应为60s，最低照度至少应为5.0lx。另外，还应保障相关工作人员完全熟悉各个出口的具体位置以及行进路线，可以使用广播等方式，正确引导人员疏散，以尽量缩减疏散时间，提升疏散效率[6]。

2.2.3 消防系统设计

首先，在主安全通道内安装自动喷水灭火装置；其次，在通道两侧墙壁上设置消防栓以及相应的消防软管；最后，准安全通道内应至少设置两部消防电梯，以保障消防救援需求得到充分满足。

2.2.4 排烟设计

准安全通道中任何位置与最近的自然排烟开口之间的距离不可超过30m，如果局部面积在准安全通道的10%以下，则最多不可超过37.5m，以保障其中的自然排烟效果良好[7]。

2.3 模拟分析

为了验证上述消防策略的可行性，使用Pathfinder和FDS 针对客流集散区域内的火灾烟气及人员安全疏散情况进行模拟分析，考虑到准安全通道中不同区域的火灾危险性、人员密度以及疏散设施可能无效的概率，选择两个代表性较强的火灾场景开展计算工作，如表1 所示。

表1 不同场景疏散可用时间和疏散所需时间

设火灾类型为行李火灾，增长系数和热释放率分别为0.04690kW/s2和3.0MW，将排烟方式全部设置为自然排烟，疏散方式为整体疏散，人员行走速度为1.0m/s，竖向速度由软件进行自动调节。根据模拟结果发现，在不同火灾场景中，疏散可用时间远大于疏散所需时间，所以人员疏散安全余量较大，整体上处于安全状态。