許海勇, 范益群

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

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城市地下大空間防災(zāi)中的幾個(gè)重點(diǎn)問題*

許海勇1, 2, 范益群1

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

摘要:隨著城市淺層地下空間使用日趨飽和，深層地下空間成為了新的發(fā)展方向，而開發(fā)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，也使建設(shè)深層和大型地下空間具備了可行性。大型地下空間可能發(fā)生的災(zāi)害類型與普通地下空間大致相同，但因其“深、大”的特點(diǎn)，災(zāi)害特性有很大不同，造成的后果也更為嚴(yán)重，需要根據(jù)地下大空間的特點(diǎn)針對(duì)性地進(jìn)行防災(zāi)設(shè)計(jì)和管理。該文對(duì)地下大空間運(yùn)營階段的防火、防洪、防震及人防等問題，初步建立了一個(gè)綜合評(píng)估的體系。為了提高評(píng)估的效率，在各評(píng)估分項(xiàng)中挑選了幾個(gè)關(guān)鍵問題作為控制項(xiàng)指標(biāo)，作為對(duì)地下大空間進(jìn)行綜合防災(zāi)評(píng)估的前提條件，并對(duì)這些控制性指標(biāo)進(jìn)行分析和討論。

關(guān)鍵詞:地下大空間；防災(zāi)評(píng)估；火災(zāi)；洪水；地震；控制項(xiàng)指標(biāo)

國內(nèi)大型城市的規(guī)劃往往無法完全滿足日益增長(zhǎng)的人口的需求，大力開發(fā)城市地下空間成為緩解城市病的重要手段，一線城市中、淺層地下空間的開發(fā)已趨于飽和，開發(fā)利用深層地下空間將會(huì)成為新的發(fā)展方向[1]。同時(shí)，地下空間開發(fā)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，也使得建設(shè)深層和大型地下空間已經(jīng)具備了可行性。在大型地下空間中，火災(zāi)、洪水、地震和恐怖襲擊仍是主要和多發(fā)的災(zāi)害類型[2-4]，但由于地下大空間具有既大又深的特點(diǎn)，常見災(zāi)害造成的后果往往更為嚴(yán)重，應(yīng)急救援及災(zāi)后恢復(fù)愈發(fā)困難。目前國內(nèi)缺乏針對(duì)地下空間的防災(zāi)類規(guī)范，城市地下空間防災(zāi)理論研究也比較單一，大多是針對(duì)某一種災(zāi)害對(duì)地下空間安全的影響，幾乎沒有從多災(zāi)種角度考慮地下空間的安全情況，而各災(zāi)害并不是獨(dú)立發(fā)生并產(chǎn)生影響的，只有綜合考慮各種災(zāi)害類型，才能真實(shí)地反映地下空間的安全程度。國家綜合減災(zāi)“十二五規(guī)劃”和國家防災(zāi)減災(zāi)科技規(guī)劃[5-6]均將自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究作為國家重點(diǎn)開展和支持的工作，大型地下空間這樣重大的市政工程項(xiàng)目，更加要將綜合防災(zāi)作為重點(diǎn)研究課題。筆者所在的課題組針對(duì)地下大空間運(yùn)營階段的防火、防洪、防震及人防等問題，初步建立了一個(gè)綜合評(píng)估的體系，采用層次分析法可對(duì)既定的地下大空間項(xiàng)目進(jìn)行運(yùn)營階段的綜合防災(zāi)評(píng)估。考慮到各評(píng)估分項(xiàng)中都存在一些關(guān)鍵性指標(biāo)，它們是必須滿足的，否則沒有繼續(xù)進(jìn)行完整評(píng)估流程的必要，可直接評(píng)估為綜合防災(zāi)不合格。本文將這些重點(diǎn)問題單獨(dú)列出進(jìn)行分析和討論，為將來城市大規(guī)模的地下大空間建設(shè)提供參考。

1城市地下大空間綜合防災(zāi)體系

根據(jù)城市地下大空間可能發(fā)生的重大災(zāi)害和戰(zhàn)爭(zhēng)、襲擊等因素，可將綜合防災(zāi)的評(píng)估通過層次分析法分為四個(gè)分項(xiàng)，分別是城市地下大空間防火、防洪、防震以及人防，如圖1所示。

圖1　綜合防災(zāi)體系分項(xiàng)

采用層次分析法，防火分項(xiàng)又可以細(xì)分為建筑、標(biāo)識(shí)、消防系統(tǒng)等多個(gè)子項(xiàng)來進(jìn)行評(píng)估。由于該綜合防災(zāi)評(píng)估體系并非本文重點(diǎn)，這里不作更多展開。

考慮到綜合評(píng)估各分項(xiàng)的評(píng)價(jià)條款中，部分對(duì)于地下大空間的安全運(yùn)營是必須滿足的條件，如果不滿足則整個(gè)地下空間就會(huì)面臨巨大的安全隱患，如地下空間防火條款中必須在每一樓層內(nèi)配備噴淋系統(tǒng)。而有些評(píng)價(jià)條款是具有可選擇性的，某一項(xiàng)沒有達(dá)到要求的情況下可以通過其他手段來彌補(bǔ)，不會(huì)給地下空間的正常運(yùn)營帶來麻煩，課題借鑒《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[7]將各分項(xiàng)的評(píng)價(jià)條款分為控制性指標(biāo)與一般性指標(biāo)。

控制項(xiàng)指標(biāo)是地下大空間綜合防災(zāi)必須滿足的條款，任何一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)則不繼續(xù)對(duì)該建筑進(jìn)行評(píng)估，直接判為綜合防災(zāi)不合格。在所有分項(xiàng)的控制項(xiàng)指標(biāo)均滿足的情況下，再根據(jù)各分項(xiàng)的一般項(xiàng)指標(biāo)的詳細(xì)評(píng)分結(jié)果采用層次分析法最終得到地下大空間的綜合防災(zāi)評(píng)估分級(jí)。本文重點(diǎn)分析幾個(gè)控制項(xiàng)指標(biāo)的具體實(shí)施要點(diǎn)。

2綜合防災(zāi)體系中的幾個(gè)重要問題

2.1合適的火災(zāi)煙氣探測(cè)設(shè)備

在普通地下空間中廣泛使用的火災(zāi)探測(cè)器大都安裝在樓層的頂部，直接探測(cè)煙氣濃度或溫度信號(hào)，其最大適用樓層高度約為8 m，在此范圍內(nèi)，煙氣能夠快速上升至頂部，觸發(fā)探測(cè)器報(bào)警。然而這類系統(tǒng)在地下大空間中則無法及時(shí)發(fā)揮作用。大空間建筑早期火災(zāi)煙氣具有彌散、沉降現(xiàn)象和熱障效應(yīng)等特點(diǎn)，如在地下展覽廳等建筑中，煙氣不一定能快速達(dá)到樓層頂部，這不利于感煙探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，即使煙氣可以上升到頂部，下面的火勢(shì)也已發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模，延誤了早期報(bào)警以及滅火的有利時(shí)機(jī)。

地下大空間需要與之匹配的煙氣感應(yīng)設(shè)備，如紅外對(duì)射式感煙火災(zāi)探測(cè)器[8]，可布置在較低位置，不需要煙霧到達(dá)探測(cè)器即可完成火災(zāi)探測(cè)，不受距離的限制，其工作原理見圖2。

圖2　紅外感煙火災(zāi)探測(cè)器原理

2.2噴淋設(shè)備

雨淋系統(tǒng)是指通過火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)或傳動(dòng)管控制，自動(dòng)開啟雨淋報(bào)警閥和啟動(dòng)相應(yīng)消防供水泵后，向?yàn)⑺畤婎^供水的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。其特點(diǎn)是啟動(dòng)速度快、覆蓋面積大，水量大，適用于8～12 m層高的大空間建筑，如果建筑層高大于這一范圍，需同時(shí)開啟的噴淋閥的數(shù)量就必須增多，造成大面積噴水，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性不佳。雨淋系統(tǒng)的噴頭布置較密，一般不適合中庭等對(duì)建筑美觀性要求較高的建筑，而可供選擇的還有固定式水炮等其它靠消防給水的滅火系統(tǒng)[9]。

2.3內(nèi)部消防車道

地下大空間內(nèi)部空氣充足，火勢(shì)發(fā)展速度極快，緊靠建筑本身自帶的火災(zāi)監(jiān)測(cè)、噴淋設(shè)施難以有效控制火情，仍需要借助外部力量進(jìn)行撲滅?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》[10]規(guī)定占地面積大于3 000 m2的商店建筑、展覽建筑等公共建筑應(yīng)設(shè)置環(huán)形消防車道。但是，地下大空間與地面建筑有很大的不同，消防車在地面建筑兩側(cè)的專用車道上，可以對(duì)建筑進(jìn)行噴水滅火，地下建筑卻沒有這樣的條件，因此將通往地面的門洞設(shè)計(jì)成能滿足大型消防車進(jìn)入，并在地下空間內(nèi)部設(shè)置消防車道顯得尤為重要。

2.4逃生通道與導(dǎo)向標(biāo)識(shí)

逃生出入口煙流和人流分離主要是使火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)方向與人員逃生的方向不一致，如圖3所示。地下火災(zāi)煙氣和人員疏散的方向是一致的，而且人逃生的速度遠(yuǎn)低于火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的速度。如果能使人的運(yùn)動(dòng)方向和煙氣的運(yùn)動(dòng)方向分開，將會(huì)避免這些危害，并能為人員的疏散爭(zhēng)取更多的時(shí)間[11]。

圖3　逃生通道的人、煙分流措施

人員在大型地下空間內(nèi)容易迷失方向，當(dāng)災(zāi)情發(fā)生周邊一片混亂時(shí)更是如此，因此在大型地下空間內(nèi)部任意一處都必須有清晰、連續(xù)的標(biāo)識(shí)指向逃生出入口，逃生出入口至出口地面之間也必須設(shè)置連續(xù)的導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，考慮到人、煙分流不可能完全實(shí)現(xiàn)，標(biāo)識(shí)系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行合理規(guī)劃。煙氣一般在通道的中高段彌漫，因此需在墻體較低處設(shè)置醒目的標(biāo)識(shí)導(dǎo)向牌，如有發(fā)光、發(fā)聲的導(dǎo)向設(shè)備更佳。

2.5無積水通道

目前國內(nèi)城市地下空間入口一般都配備防洪閘，且在出入口樓梯的地步設(shè)有排水溝，這樣基本可以解決正常降雨時(shí)出入口關(guān)鍵部位的積水問題，但是當(dāng)遇到特大暴雨或者洪水涌入，這樣的簡(jiǎn)單措施顯然無法保證通道行走的安全。2011 年6月，北京遭遇10年以來最大降雨，局部地區(qū)雨量達(dá)到100年一遇標(biāo)準(zhǔn)。市區(qū)內(nèi)一號(hào)線、四號(hào)線、十三號(hào)線等線路部分區(qū)段停運(yùn)。如圖4所示，水流覆蓋了整個(gè)樓梯通道且流速非?？欤o行人造成了很大的不便及隱患。

圖4　暴雨涌入地鐵入口

根據(jù)水流模擬計(jì)算，當(dāng)?shù)叵驴臻g積水深度達(dá)到 50 cm 時(shí)，則有可能使得滯留人員無法開門逃生，當(dāng)樓梯水深達(dá)到 20 cm 時(shí)，滯留人員通過樓梯出逃的概率便很小[12]。在遇到暴雨涌入地下空間時(shí)，人們通常的第一反應(yīng)就是逃到高處去，如果大量的人群集中通過如圖4這樣的漫水樓梯通道時(shí)，不僅疏散緩慢，還極有可能發(fā)生人員摔倒和踩踏事件，后果不堪設(shè)想。

排除這一隱患的方法其實(shí)也并不復(fù)雜，最好的方式就是在出入口樓梯設(shè)計(jì)時(shí)增加沿樓梯的排水溝，而樓梯踏步表面采用部分金屬板鏤空設(shè)計(jì)，如圖5、圖6所示，暴雨、洪水涌入時(shí)，樓梯踏步無積水，水流跌落到設(shè)在樓梯的下部結(jié)構(gòu)中的斜向排水溝中，順樓梯而下與常規(guī)設(shè)計(jì)的底面排水溝相連通，而底面排水溝的尺寸也應(yīng)適當(dāng)加大，防止樓梯底部積水涌出。

圖5　無積水通道

圖6　樓梯下部排水溝

2.6極端氣象及洪災(zāi)預(yù)報(bào)

暴雨及地面積水是地下空間的洪澇災(zāi)害的主要影響因素，因此根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)及時(shí)做好地下空間出入口的臨時(shí)防淹措施，在一定程度上可以降低洪災(zāi)對(duì)地下空間造成的影響。對(duì)于地鐵等在地下空間相互連通的交通設(shè)施，應(yīng)在遇到特殊災(zāi)害性天氣時(shí)與有關(guān)部門建立聯(lián)系，加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，做好各項(xiàng)防范措施，暴雨洪災(zāi)預(yù)報(bào)緊急狀態(tài)下，地下大空間底層商業(yè)等設(shè)施應(yīng)做好隨時(shí)停業(yè)撤離準(zhǔn)備，地鐵運(yùn)營也應(yīng)做好停運(yùn)救援的準(zhǔn)備，將災(zāi)害的危害程度降到最低。極端氣象及洪災(zāi)預(yù)報(bào)應(yīng)做到“疑災(zāi)從有，積極防備”。

2.7逃生通道的抗震設(shè)計(jì)

由于地下空間固有的封閉性特點(diǎn)，使得它與地面的聯(lián)通較少，對(duì)新鮮空氣的獲取只能依賴于通風(fēng)系統(tǒng)和有限的幾個(gè)孔口。地下大空間設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮加強(qiáng)其中一道出入口的抗震設(shè)計(jì)強(qiáng)度，方便人員逃生，對(duì)于“生命線”的設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)于“小震不壞，中震可修，大震不倒”的準(zhǔn)則，保證在地震發(fā)生后人員逃往地面的途中不發(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌傷人、結(jié)構(gòu)墜落傷人，也不會(huì)給逃生人員一種前方逃生路線上建筑結(jié)構(gòu)搖搖欲墜的心理暗示?？卓谔由鷺翘莸脑O(shè)計(jì)可與無積水樓梯相結(jié)合，同時(shí)做好地下空間逃生的標(biāo)識(shí)導(dǎo)向。

即便碰到出入口堵塞、人員無法逃到地面的情況下，也應(yīng)保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)榱己玫耐L(fēng)是地下空間人員能否生存的關(guān)鍵。

2.8水、電管道的敷設(shè)

地下結(jié)構(gòu)的震害調(diào)查表明，在遭受震害的地下結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，混凝土中柱和箱型結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變部位發(fā)生破壞的震害最為嚴(yán)重[13]，損壞程度相對(duì)突出，故有理由認(rèn)為混凝土中柱和結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變部位是地下結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，如圖7所示。因此地下空間重要的水、電管線不應(yīng)敷設(shè)在這些地方。

圖7　地下結(jié)構(gòu)的破壞情況

考慮到地震可能造成水管破裂引發(fā)地下空間積水，因此地下空間用電管線不應(yīng)通過容易發(fā)生積水的部位，避免發(fā)生漏電時(shí)人員過水觸電。

3結(jié)論

本文借鑒相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范的框架，通過對(duì)地下大空間綜合防災(zāi)體系的梳理，初步篩選出地下大空間防災(zāi)需要特別注重的幾個(gè)關(guān)鍵問題，主要包括以下幾點(diǎn)：地下大空間防火中的煙氣探測(cè)、噴淋系統(tǒng)、內(nèi)部消防車道、逃生通道與導(dǎo)向標(biāo)識(shí)；地下大空間防洪中的無積水逃生通道以及極端天氣預(yù)報(bào)應(yīng)急機(jī)制；地下大空間抗震中的“生命線”抗震設(shè)計(jì)以及管道的敷設(shè)問題。其中有些問題在普通地下空間中可能并不重要，如內(nèi)部消防車道以及無積水逃生通道，但在地下大空間中，這兩點(diǎn)對(duì)及時(shí)控制火情以及人員的快速逃生都至關(guān)重

要。在未來城市大力發(fā)展大型地下空間的起步之際，如能在設(shè)計(jì)中考慮并注重本文所述的多個(gè)重點(diǎn)問題，將對(duì)提高地下大空間建筑的整體防災(zāi)性能具有一定的意義。

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*收稿日期：2015-11-10修回日期：2016-01-15

基金項(xiàng)目：上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(14DZ1207800)

第一作者簡(jiǎn)介：許海勇(1985-)，男，上海人，博士，主要從事地下空間的研究. E-mail: xuhaiyong@smedi.com

中圖分類號(hào)：X43；TU92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)03-0091-04

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.015

Key Index of the Disaster Prevention of Large Underground Space

XU Haiyong1, 2and FAN Yiqun1

(1.ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute(Group)Co.Ltd.,Shanghai200092,China;2.TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:With the exhaustion and saturation of the shallow underground space, the development of urban area is more and more relying on the excavation of deep underground space. Nowadays, the advanced technology of high strength concrete, excavation method in soft soil and ground deformation control make it possible to build underground space with a larger scale, span length and depth. The common disasters and hazards that large urban underground space faces are the same as that of ordinary underground space, but considering the damage and the rescue difficulties, more attention should be paid to the influence of disasters on large underground space. The study and research on the evaluation of the disaster prevention system of underground space still have not raised enough attention yet. The comprehensive assessment of the disaster prevention system is set up based on the study of the characteristics of large underground space itself and disaster effects. Several key indexes selected from the prevention rules of fire, flood, and earthquake are discussed.

Key words:large underground space; disaster prevention assessment; fire; flood; earthquake; key index

許海勇，范益群. 城市地下大空間防災(zāi)中的幾個(gè)重點(diǎn)問題[J].災(zāi)害學(xué), 2016,31(3):91-94.[ XU Haiyong and FAN Yiqun.Key Index of the Disaster Prevention of Large Underground Space[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(3)：91-94.]