铁路客站消防应急照明和疏散指示系统设计探讨

章 安 志

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092]

0 引 言

随着我国铁路建设的持续快速发展,高铁已成为人们日常国内城际出行的首选交通工具。铁路客站作为铁路网络中的重要构成部分,是旅客进行候车、乘车、中转、换乘活动的场所[1]。车站作为人员密集场所,空间结构复杂、功能设施众多、客流集散量大、公共安全的突发事件后果严重,这对站内消防应急疏散提出了较高要求。采用传统消防应急照明系统已无法保证站内人员得到及时安全的疏散。GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》能很好地弥补之前消防应急照明的缺陷,从而更加有效地保障人员的安全疏散。

1 铁路客站消防应急照明和疏散指示系统的作用

火灾具有突发性强、扩散速度快、破坏性大等特点。铁路客站内一旦发生火灾,使旅客及工作人员的生命和财产蒙受损失,直接影响到铁路交通的正常运营,如果站内人员无法得到及时有效的疏散,甚至可能造成严重的安全事故与恶劣的社会影响。因此,人员的快速疏散对铁路客站消防安全至关重要。

消防应急照明和疏散指示系统(简称“系统”)是指在发生火灾时,为人员疏散和消防作业提供应急照明和疏散指示的建筑消防系统[2]。其是在综合运用控制、通信、电力、电子、储能等技术的基础上,实现对建筑内应急灯具及其配套设备的有效控制与管理。系统能够24 h实时监控灯具及各类设备的工作状态,并通过火灾自动报警系统获取发生火灾的位置信息,计算出最佳疏散路径,同时根据现场火情变化自动调整疏散指引方向和点亮相应区域的应急照明,以准确引导人员按最优路径疏散,从而有效缩短逃生时间,很大程度上减少人员伤亡和财产损失。

2 系统构成与功能

根据控制方式的不同,系统可分为集中控制型和非集中控制型两种。集中控制型系统由应急照明控制器(简称“控制器”)、应急照明集中电源(简称“集中电源”)或应急照明配电箱、消防应急灯具(简称“应急灯”)等部分构成。其中A型应急灯为灯具电源额定工作电压不大于DC 36 V的应急灯,B型应急灯为灯具电源额定工作电压大于36 V的应急灯。

集中电源集中控制型系统一般具有3个层次,最下层是应急灯,为人员疏散、消防作业提供照明和指示,包括消防应急照明灯具(简称“照明灯”)和消防应急标志灯具(简称“标志灯”);中间层为集中电源,由蓄电池作为储能装置,为应急灯进行主电源和蓄电池电源组合式供电;最上层为控制器,是整个系统的核心,对系统实施组织、协调、监督、管理的任务,并可按预设逻辑和时序控制并显示应急灯、集中电源及其相关附属设备的工作状态。

集中电源集中控制型系统如图1所示。

图1 集中电源集中控制型系统

3 系统设计

3.1 系统选择

铁路客站工程中,无论站房建筑规模大小,通常都设置火灾自动报警系统及消防控制室。根据GB 51309—2018第3.1.2条规定“设置消防控制室的场所应选择集中控制型系统,设置火灾自动报警系统但未设置消防控制室的场所宜选择集中控制型系统”,故一般都采用集中电源集中控制型系统。

3.2 照明设计

3.2.1 照度计算

照度计算主要采用平均照度计算法和点照度计算法。疏散照明照度是指地面水平照明,即在疏散照明要求区域内的点照度值,此值来自灯具的直射光,无需考虑顶棚、墙面、地面等表面反射及室形指数RI等因素影响,故采用点照度计算方法计算[3]。点光源产生的水平照度Eh为

(1)

式中:Iθ——点光源在θ角度照射方向的光强;

h——光源的安装高度(或计算高度);

cosθ——地面通过光源的法线与入射光线的夹角的余弦;

K——灯具的维护系数。

点光源水平照度示意图如图2所示。

图2 点光源水平照度示意图

需要特别注意的是,在点照度计算时只要保证疏散路径要求区域内的地面水平照度满足要求即可,其中走道、楼梯间等的计算区域为中心线两侧,宽度为其整个宽度的50%,房间内部的计算区域为四周各缩小0.5 m的部分。

3.2.2 灯具分类

应急灯按使用功能可以分为照明灯和标志灯。应急灯分类如图3所示。

图3 应急灯分类

3.2.3 照明布置

(1)照明灯布置。按GB 51309—2018要求及结合站房自身空间特点,照明灯均采用多点、均匀布置的方式,并根据旅客及工作人员在车站内各场所或部位疏散的难易程度不同,对铁路客站中各类场所疏散路径上的地面水平最低照度进行规定。铁路客站室内场所地面水平最低照度如表1所示。实际工程中,可结合产品设计手册快速查出各种照明灯在不同安装高度下达到表1中所列地面水平照度的安装间距,从而避免繁琐的计算过程,提高设计效率。

表1 铁路客站室内场所地面水平最低照度

此外,表1中所提及的“安全出口外面及附近区域”也需要设置照明灯。某铁路客站候车大厅安全出口外面及附近区域照明灯设置如图4所示。

图4 某铁路客站候车大厅安全出口外面及附近区域照明灯设置

(2)标志灯布置。为了便于人员准确获取疏散指示信息,标志灯应设置在醒目位置,且应确保在疏散路径上或人员密集场所任何位置的人员均能看到标志灯,并能清晰识别标志灯的指示信息[2]。

与GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)第10.3.5条相比,GB 51309—2018第3.2.9条依据灯具设置的场所、标志面与疏散方向的角度以及所选灯具的规格对方向标志灯的设置间距提出了更详细具体的要求。铁路客站方向标志灯最大设置间距如表2所示。

表2 铁路客站方向标志灯最大设置间距

需要注意,进站大厅、候车大厅、售票厅、出站厅、城市通廊、进出站地道、商务候车室及商业区等人员密集场所的疏散出口、安全出口附近还应增设多信息复合标志灯具。某铁路客站进站大厅安全出口附近多信息复合标志灯设置如图5所示。

图5 某铁路客站进站大厅安全出口附近多信息复合标志灯设置

3.3 灯具选型

灯具的选型主要从工作电压、控制方式、光源类型及色温、是否自带电池、外壳材质、外壳防护等级、标志内容以及安装方式等方面考虑[4]。

3.3.1 工作电压选择

进出站厅、售票厅、通道、连接区、扶梯、换乘厅、进出站地道、流动区域、楼梯平台、商业区、餐饮区、多功能厅、厕所盥洗室、各类设备机房及办公管理用房等场所空间高度一般都在8 m及以下,此类场所均采用A型灯具。进站大厅(部分站房)、候车大厅等高大空间场所灯具安装高度通常都在8 m以上,此类场所一般采用AC 220 V供电的B型灯具。

3.3.2 外壳材质选择

玻璃破损时产生的碎片极易对人体造成伤害,同时制造玻璃的过程会造成高能耗、高污染。从人身安全及节能环保方面考虑,规范明确规定除地面上设置的标志灯可以采用钢化玻璃材质外,其他场合的应急灯均不应采用玻璃材质。

3.3.3 标志灯规格选择

为了有效保证疏散人员能够清晰识别标志灯的指示信息,必须根据设置高度的不同选择适合规格的标志灯。GB 51309—2018第3.2.1条第6款明确把标志灯分为小型、中型、大型和特大型4种规格,并按室内高度选择标志灯的大小。标志灯规格选择如表3所示。

表3 标志灯规格选择

需要注意的是,规范未能明确室内高度的概念,给电气设计人员带来诸多困惑,往往会被直接理解为室内空间高度。但人眼辨识清晰度与距离灯具远近直接相关,按灯具设置(安装)高度而不是室内空间高度来选择相应尺寸的标志灯才是合理的,因而只有高位安装的标志灯才有选择中型及以上规格的必要性。

在铁路客站工程中,吊顶由装修专业负责设计,除了需满足自身专业设计要求外,尚须综合国铁集团、地方铁路局及相关政府部门等各方意见进行优化调整,这给吊顶高度带来诸多不确定性。因此在选择吊装的标志灯规格时,应与装修专业及时沟通、密切配合。

3.4 配电控制设计

在进行系统配电设计时,应综合考虑系统的型式、灯具的布置场所及灯具的供电方式等因素。

3.4.1 集中电源设计

如上所述,铁路客站中采用集中控制型系统。灯具电源由主电源和蓄电池电源共同组成,蓄电池电源的供电方式一般选择集中电源供电方式。某铁路客站集中电源供电方式示意图如图6所示。采用A型灯具的场所应选择A型集中电源,采用B型灯具的场所则选择B型集中电源。

图6 某铁路客站集中电源供电方式示意图

按防火分区的划分情况,并考虑站房布局、使用功能、供电距离、电压损失等方面因素,通常分散设置集中电源,由所在防火分区或同一防火分区的楼层的消防电源配电箱为其供电。

3.4.2 配电回路设计

为保证火灾时系统供电的稳定性与可靠性,配电回路在满足GB 51309—2018有关规定的基础上,还应根据线路电压损失、灯具数量、配电回路容量等综合选择A型灯具配电回路的额定电压。考虑到铁路客站空间大、布线长、灯具多的特点,A型灯具宜选择DC 36 V供电。配电回路容量限值如表4所示。

表4 配电回路容量限值

3.4.3 控制设计

根据控制器的配置数量,集中控制型系统可以分为二层或三层控制架构。集中控制型系统控制架构如图7所示。按单台控制器直接控制不超过3 200只灯具计算,大型及以上铁路客站往往需要设置2台及以上控制器,采用三层控制架构,中型及以下铁路客站一般仅需要设置1台控制器,采用二层控制架构。

图7 集中控制型系统控制架构

3.4.4 线路设计

集中电源的配电回路和通信回路所配接的灯具应保持一致,实现配电与通信一一对应匹配设置。从工程的经济合理角度,建议对于A型集中电源输出回路采用共管敷设,甚至可以做到配电和通信回路的合二为一[4],节省大量线缆和投资。

4 典型工程案例探讨

某中型铁路客站站房,站型为高架站,站场规模为3台7线,总建筑面积39 976 m2,地上4层(站台层、站台夹层、高架候车层及客服夹层),-1F层(出站层)局部设夹层(出站夹层)。主要公共场所空间高度:候车大厅20 m,进站大厅6.3～6.8 m,售票大厅5～7 m,商务候车室7 m,出站厅4.5 m,城市通廊5.6～7.0 m,客服夹层8～10 m,客服夹层板下区域4.3 m。该工程设置火灾自动报警系统,消防控制室设在站台层。

(1)系统选择。项目选用集中控制型系统,系统供电方式采用集中电源供电。

(2)设备布置。整个站房设置各类应急灯总数量约1 765套,在站台层消防控制室设置1台控制器;在每个防火分区的配电间内按需设置集中电源,共设28台,其中A型集中电源26台,B型集中电源2台。

(3)设备选型。候车大厅选用30 W/AC 220 V的B型照明灯,相应选配3 kVA/AC 220 V的B型集中电源;在进站大厅、售票大厅(站台层)、商务候车室、出站厅、城市通廊等区域选用12 W/DC 36 V的A型照明灯;其他区域均选用6 W/DC 36 V的A型照明灯;各类标志灯都选用1 W/DC 36 V的A型灯具;A型集中电源选用0.6 kVA/DC 36 V和0.28 kVA/DC 36 V两种规格。

(4)配电及线缆选择。控制器由消防控制室双电源切换箱供电,集中电源由所在配电间内的应急照明双电源切换箱供电。控制器至集中电源之间的通信总线选用WDZCN-RYJSP无卤低烟阻燃耐火屏蔽线缆;除地面标志灯回路二总线采用JHS耐腐蚀橡胶电缆外,A型灯具均通过无极性二总线(即供电+通信合用二总线,选用WDZCN-RYJS无卤低烟阻燃耐火非屏蔽线缆)接入本区域集中电源;B型灯具电源线和通信线分设,并分管敷设,其中电源线选用WDZCN-BYJ无卤低烟阻燃耐火型导线,通信线选用WDZCN-RYJS无卤低烟阻燃耐火非屏蔽线缆;以上线缆均穿SC金属管敷设。

(5)建议与改进措施。疏散标志灯是按规范要求布置的,但每逢节假日出行高峰站内人员会变得特别拥挤密集,一旦发生火灾极易引起人群恐慌,造成行人判断能力降低。因此,有必要通过适当增加疏散标志灯的数量以及增大标志灯的尺寸来加强视觉引导,以确保疏散安全。另外,站房投影范围内的站台是人员通行、疏散的主要区域,虽然从消防上定义为安全区,但是此区域处在站房高架候车层正下方,为进一步指引人员快速疏散到室外安全区域,建议在此区域增设应急照明和方向标志灯。

5 结 语

GB 51309—2018实施两年多以来,消防应急照明和疏散指示系统在铁路客站设计中已得到广泛的应用,为铁路系统的消防安全提供了保障。本文提出了铁路客站消防应急照明和疏散指示系统设计中需要注意的问题,以及特别是与以往常规做法不一致或规定不明确的一些地方,可供电气设计人员参考。