劉詩瑤工程師 劉松濤研究員

(中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑防火研究所，北京 100013)

0 引言

近年來，國內(nèi)采用高架站房型式的鐵路站房逐漸增多。由于建筑規(guī)模和使用功能要求，鐵路高架站房的防火設(shè)計存在一些常見的消防安全問題，包括防火分區(qū)劃分、疏散設(shè)計、煙控系統(tǒng)設(shè)計、建筑性質(zhì)認(rèn)定等。筆者根據(jù)工程經(jīng)驗，結(jié)合實際工程情況和規(guī)范要求，對目前鐵路高架站房在設(shè)計階段遇到的防火安全問題進行分析、總結(jié)，針對典型空間場所，提出適用于此類建筑的防火安全設(shè)計策略，以期為同類型鐵路高架站房的消防設(shè)計提供參考和借鑒。

1 高架站房建筑特點

高架站房的建筑特點為站房跨越于站場線路之上，通常包括出站層、站臺層和候車層3個主要建筑層面，局部設(shè)置夾層或設(shè)備層。高架候車廳通常為單層高大空間，主要為便于容納大量旅客進站候車。進站區(qū)設(shè)置在站臺層或候車層，或者在站臺層和候車層均設(shè)置進站廳，形成多個進站層面。旅客流線一般為上進下出，即旅客通過城市道路或高架道路抵達落客平臺，進入站房候車；通過候車廳與站臺之間連通的室外樓梯進站；出站旅客通過站臺與出站區(qū)域連通的敞開樓梯進入出站廳，穿過出站通道出站。高架候車廳多沿長邊設(shè)置高架夾層，與同層進站集散廳直接連通，或與站臺層側(cè)式站房進站集散廳通過洞口連通，使得整個站房公共空間相互連通，形成通透的旅客視野。

雖然高架站房建筑空間高大，地面至屋頂高度可達幾十米，但考慮旅客主要活動空間基本都在候車層面，為便于疏散，近年已建成站房中候車區(qū)地面與站臺層集散廳地面或室外地面高度差一般均不大于10m，規(guī)范允許該類建筑的防火設(shè)計仍可按《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中單、多層民用建筑類別的規(guī)定執(zhí)行[1]。

2 常見消防安全問題

由于高架站房特殊的空間布局和建筑特點，在設(shè)計過程中往往會遇到一些消防安全問題，筆者根據(jù)工程經(jīng)驗，將高架站房常見消防安全問題歸納為以下幾類，主要包括防火分區(qū)的劃分、人員安全疏散設(shè)計、煙控系統(tǒng)設(shè)計的有效性以及建筑內(nèi)部分功能區(qū)的建筑性質(zhì)認(rèn)定。

2.1 防火分區(qū)劃分

鐵路旅客車站進、出站客流量大，候車人數(shù)多，為滿足車站使用功能便利和旅客流線布置流暢的基本要求，兼顧視覺美觀需要，候車區(qū)通常需要設(shè)計較大空間尺寸?！惰F路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB 10063-2016中對鐵路旅客車站候車區(qū)及集散廳的防火分區(qū)建筑面積做了規(guī)定，在同時符合疏散條件、設(shè)有自動噴水滅火系統(tǒng)、排煙設(shè)施和火災(zāi)自動報警及符合國家內(nèi)裝修設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下，才能將防火分區(qū)擴大到10 000m2[1]。

相對于側(cè)室站房而言，高架站房的建筑規(guī)模一般更大，且由于使用功能需要，高架候車廳與進站集散廳、高架夾層公共區(qū)通常相互連通，作為一體空間，在設(shè)計上難以進行防火分區(qū)劃分，防火分區(qū)建筑面積需上下層疊加計算[2]。

高架站房的車站站場規(guī)模一般多于3個站臺，一般而言，站場規(guī)模越大，高架候車廳建筑面積也越大。以某高架站房為例，其站場規(guī)模為4臺9線，站房建筑面積約為40 000m2，其高架候車廳所在防火分區(qū)建筑面積已達到25 000m2。而對于大型交通樞紐節(jié)點，其站場規(guī)?？蛇_近10個站臺甚至更多，根據(jù)有關(guān)設(shè)計資料，一些大型站站房擴大防火分區(qū)建筑面積能夠達到50 000m2左右。故由于鐵路站房建筑特殊的使用性質(zhì)，高架站房的候車廳及進站集散廳所在擴大防火分區(qū)的建筑面積往往遠大于規(guī)范規(guī)定的上限值。

2.2 安全疏散設(shè)計

站房候車區(qū)域空間大，在建筑防火設(shè)計上會帶來諸多消防安全問題，不僅難以滿足規(guī)范對于站房防火分區(qū)劃分的要求，同時還帶來人員安全疏散、高大空間煙控系統(tǒng)設(shè)計等設(shè)計難題。

《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB 10063-2016中對于旅客車站集散廳、候車廳等室內(nèi)空間人員最遠疏散距離做了明確規(guī)定為30m；設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)時可增加至37.5m[1]。高架站房的候車廳進深通常超過百米，面寬也達幾十到上百米不等，個別特大型車站站房甚至超過200m。較大的平面尺寸使得人員疏散距離較長，通常為幾十米，超過37.5m，不能滿足規(guī)范的規(guī)定。這種情況下，采取何種措施來滿足人員安全疏散要求需慎重考慮。

2.3 煙控系統(tǒng)設(shè)計

高架站房的進站集散廳、高架候車廳以及高架夾層公共區(qū)為一體空間，采用大空間設(shè)計理念，按照規(guī)范各防煙分區(qū)之間可不設(shè)置擋煙設(shè)施，但排煙量仍不應(yīng)減少[3]。面對站房復(fù)雜的建筑情況，排煙系統(tǒng)的設(shè)計是十分重要的一環(huán)。

2.4 建筑性質(zhì)認(rèn)定

《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB 10063-2016中明確，對于無商業(yè)設(shè)施的旅客進出站地道，防火設(shè)計應(yīng)符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道的相關(guān)規(guī)定[1]。但是在實際工程案例中，高架站房的出站地道建筑情況多樣，在不設(shè)置商業(yè)設(shè)施的情況下是否可全部按城市交通隧道進行定性是一個值得探討的問題。

3 擴大防火分區(qū)防火設(shè)計策略

高架站房在防火設(shè)計中首先要解決的難題是防火分區(qū)擴大所帶來的不利影響。該類建筑使用性質(zhì)為交通類公共建筑，公共空間火災(zāi)荷載較低，火災(zāi)危險性較小[4]。因此，防火分區(qū)的擴大首先是建立在站房公共空間與非公共空間作嚴(yán)格的防火分隔的前提下。對于擴大防火分區(qū)的防火設(shè)計策略，核心思路是減少可燃物，降低火災(zāi)風(fēng)險，營造一個通透、相對安全的大空間。

3.1 對高火災(zāi)荷載區(qū)域采取防火分隔措施

基于旅客的出行體驗需求，站房候車公共區(qū)內(nèi)會適量布置一些旅客服務(wù)用房，功能為零售或餐飲，以及一些特殊功能的候車區(qū)，如商務(wù)候車區(qū)、母嬰候車區(qū)、兒童活動候車區(qū)等，這類候車區(qū)設(shè)置軟席座椅等設(shè)施，火災(zāi)荷載相對其他候車區(qū)域較高。另外，根據(jù)站房的使用功能需要，公共區(qū)內(nèi)還會零散布置一些設(shè)備和辦公用房，相對候車公共區(qū)域，其火災(zāi)荷載也較高。

對于上述公共空間內(nèi)的高火災(zāi)荷載區(qū)域，已形成一套較為完善的防火分隔方案，即采用“防火艙” “防火單元”的解決辦法，從建筑面積、防火間距、消防設(shè)施、內(nèi)裝修等方面進行一系列限制，降低火災(zāi)時對公共空間的干擾。

“防火艙”和“防火單元”的設(shè)計原理均是采用一定的防火分隔方式，將火災(zāi)風(fēng)險較大的區(qū)域進行圍合，并在其內(nèi)設(shè)置必要的消防系統(tǒng)，這樣，既可快速抑制火災(zāi)，又可防止煙霧蔓延到大空間，實現(xiàn)大空間開敞布局的需要。對于公共空間內(nèi)設(shè)置的高火災(zāi)荷載、人員流動小、無獨立疏散條件的區(qū)域，如上述特殊功能候車區(qū)、設(shè)備和辦公用房，采用“防火單元”的分隔方式，即采用耐火極限不低于2.0h的不燃燒體防火隔墻和1.5h的不燃燒體屋頂與其他空間進行防火分隔。在隔墻上開設(shè)門窗時，采用甲級防火門窗，防火單元內(nèi)消防系統(tǒng)設(shè)計按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。所謂“防火艙”是指由堅實的有足夠耐火極限的不燃燒罩棚構(gòu)成，覆蓋在整個火災(zāi)載荷相對較高的區(qū)域之上，頂棚下要求安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)和排煙裝置。這樣，既可快速抑制火災(zāi)，又可防止煙霧蔓延到大空間。對于有一定通透要求，人員流動較大且無獨立疏散條件的旅客服務(wù)用房，可采用“防火艙”的分隔方式。

3.2 劃分防火控制分區(qū)

由于站房特殊的使用功能，決定了在候車空間無法采用傳統(tǒng)的實體分隔構(gòu)件將該區(qū)域劃分為多個滿足規(guī)范要求的防火分區(qū)。但是，考慮到較大的空間面積可能引起火災(zāi)的大范圍蔓延，因此，通過設(shè)置防火隔離帶的方式，將候車廳建筑空間在邏輯上劃分為不同控制區(qū)域，即防火控制分區(qū)，各控制分區(qū)之間未進行物理分隔，但是通過保證一定間隔，起到防止火災(zāi)大范圍水平蔓延的作用,如圖1。同時，消防設(shè)施的聯(lián)動控制亦可結(jié)合防火控制分區(qū)設(shè)計，在小范圍發(fā)生火災(zāi)的情況下，不必將幾萬平方米的候車廳全部消防系統(tǒng)同時啟動，提高了系統(tǒng)啟動安全性的同時也節(jié)約了能耗。

圖1 防火控制分區(qū)劃分示意圖Fig.1 Division diagram of fire control zones

3.3 安全疏散對策

鐵路旅客車站的高架候車廳往往利用通向站臺的進站樓梯作為疏散樓梯。通過合理布置進站樓梯的位置，可以有效縮短人員疏散距離，提高安全性。另外，候車廳內(nèi)會設(shè)置一些敞開樓梯，連通進站集散廳、高架夾層，對于一般建筑而言，敞開樓梯不能作為疏散設(shè)施，但對于鐵路站房這一類特殊建筑物，其公共空間相互連通，大空間內(nèi)可燃物較少，且敞開樓梯為旅客較容易發(fā)現(xiàn)和熟悉的疏散設(shè)施，符合旅客使用習(xí)慣。考慮其特殊的使用功能和建筑特點，通向公共區(qū)的敞開樓梯作為人員疏散出口，可適當(dāng)加強疏散誘導(dǎo)設(shè)計。

在人員疏散路徑上，會經(jīng)過安檢通道和閘機，這些設(shè)施可能成為阻擋人員流暢通行的障礙物，因此，對于安檢區(qū)分隔欄板和閘機兩側(cè)應(yīng)設(shè)置活動式柵欄或疏散平開門，嚴(yán)禁落鎖，火災(zāi)時應(yīng)處于可開啟狀態(tài)。地面設(shè)置明顯的疏散指示標(biāo)志。

3.4 加強煙控系統(tǒng)設(shè)計

擴大防火分區(qū)空間高大，具有較大的儲煙能力，一般在站房上部開設(shè)頂窗及高側(cè)窗進行自然排煙，如圖2。其空間凈高度遠大于9m，按照規(guī)范的規(guī)定，各防煙分區(qū)之間可不設(shè)置擋煙設(shè)施。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017中的計算方法，按照軸對稱型煙羽流，根據(jù)火災(zāi)熱釋放速率、清晰高度等參數(shù)，一般情況下每個防煙分區(qū)所需自然排煙窗有效開啟面積約為70m2[5]。由于擴大防火分區(qū)空間尺寸大，中部區(qū)域開設(shè)頂窗的條件常常有限，針對實際工程案例中遇到的情形，建議采用平均每個防煙分區(qū)自然排煙窗有效開啟面積滿足規(guī)范要求的處理方式，加強對自然排煙窗的控制功能，可設(shè)置防失效保護功能、與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動功能、遠程控制開啟功能和手動開啟功能。距排煙窗的距離原則上按30m控制，中部局部區(qū)域按不大于37.5m控制。值得注意的一點是，只有在具備自然對流條件時才可按照37.5m控制排煙距離，此時防煙分區(qū)長邊應(yīng)不大于75m，且煙氣可從兩端排出室外。高架站房多數(shù)情況并不完全滿足此條件，故需謹(jǐn)慎對待。

圖2 某高架站房自然排煙窗布置示意圖Fig.2 Layout diagram of natural smoke vents in an elevated railway station

3.5 滅火系統(tǒng)設(shè)計

由于防火分區(qū)面積擴大，因而滅火系統(tǒng)可適當(dāng)加強，如對自動噴水滅火系統(tǒng)采用快速響應(yīng)噴頭，增設(shè)移動式高壓細水霧滅火裝置等。滅火系統(tǒng)的加強措施無需一概而論，可根據(jù)建筑實際情況和預(yù)測的火災(zāi)危險程度酌情采取加強措施。

在實際工程設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)消火栓的布置存在一定難度。高架候車廳建筑面積大，空間較為空曠，部分區(qū)域難以設(shè)置室內(nèi)消火栓，造成消火栓布置間距超過30m。由于人員活動層面為高架候車廳地面，室內(nèi)消火栓的布置僅考慮地面保護，即水槍充實水柱地面投影長度按水槍充實水柱長度計算，不考慮水槍傾角，則消火栓保護半徑=消防水帶長度×消防水帶彎曲折減系數(shù)+水槍充實水柱長度。通過加密每列消火栓的布置間距，使得室內(nèi)消火栓的布置滿足同一平面有2股充實水柱能夠同時到達任何部位的要求[6]。

3.6 加強結(jié)構(gòu)設(shè)計

高架候車廳位于站場正上方。站場主要的火災(zāi)類型為列車車廂火災(zāi)。關(guān)于列車車廂火災(zāi)，不同的類型決定了不同的火災(zāi)規(guī)模。普通列車車廂火災(zāi)持續(xù)時間較長，其最大熱釋放速率一般均不超過16.0MW，且其在較高熱釋放速率的時間較短，而對于有軟座或臥鋪的列車，其最大熱釋放速率則大于16.0MW。根據(jù)《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計規(guī)范》TB 10020-2017，火災(zāi)規(guī)模應(yīng)按線路運行的列車類型確定，動車組可采用15.0MW，普通旅客列車可采用20.0MW[7]。

由于列車車廂火災(zāi)規(guī)模很大，站場區(qū)域一旦起火，對于其上方高架候車廳勢必有所影響。人員主要層面在高架層，加強高架候車廳結(jié)構(gòu)耐火極限就顯得十分必要。對于建筑體量巨大的大型旅客車站或特大型旅客車站，可考慮適度提高高架層覆蓋范圍內(nèi)的站臺上方樓板，如提高耐火極限0.5h以上，如圖3。

圖3 高架層樓板耐火極限加強位置示意圖Fig.3 Reinforced position diagram of elevated floor fire resistance

4 出站通道防火設(shè)計策略

根據(jù)《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB 10063-2016的規(guī)定，無商業(yè)設(shè)施的旅客出站地道可按《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道進行防火設(shè)計，即僅限人員通行的四類交通隧道，沒有強制要求設(shè)置消防給水系統(tǒng)、排煙設(shè)施和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)[1-2,8]。而對于實際工程，出站地道的寬度、連通區(qū)域、通風(fēng)條件各不相同，在不設(shè)置商業(yè)設(shè)施的情況下統(tǒng)一按城市四類交通隧道的設(shè)計要求處理存在一定不合理性。根據(jù)可能遇到的情況，將出站通道的防火設(shè)計策略分為以下3種情況進行討論。

4.1 兩端連通室外的出站通道

對于無商業(yè)設(shè)施、兩端直接連通室外廣場的出站通道，其內(nèi)基本無可燃物，且有較好的自然通風(fēng)條件，與城市四類交通隧道情況相似，按規(guī)范要求，可按《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道進行防火設(shè)計[1]。

4.2 兩端未連通室外的出站通道

對于無商業(yè)設(shè)施、兩端未連通室外廣場的出站通道，連接區(qū)域情況復(fù)雜，最好與連接區(qū)域做好防火分隔措施，這樣首先阻斷了相鄰區(qū)域?qū)Τ稣就ǖ赖挠绊?。對于出站通道本身，其?nèi)雖基本無可燃物，但兩端沒有直通室外的條件，建議考慮設(shè)置必要的消防設(shè)施，提高通道安全性能。

4.3 面寬較大的出站通道

對于個別站房，出站通道面寬較大，且直接連通室外廣場，此種情形下，出站通道內(nèi)可能會布置一些設(shè)備用房、服務(wù)臺等，不完全類似城市隧道特征。結(jié)合建筑特點，可考慮將出站通道定性為準(zhǔn)安全區(qū)，即人員疏散的過渡區(qū)域。

5 結(jié)論

鐵路高架站房由于其建筑特點和使用功能的特殊性，在防火設(shè)計上存在一些常見的消防安全問題，主要集中在防火分區(qū)劃分、安全疏散設(shè)計、煙控系統(tǒng)設(shè)計和建筑性質(zhì)認(rèn)定4個方面。針對上述常見消防安全問題，基于該類交通建筑火災(zāi)荷載低、火災(zāi)風(fēng)險小、空間高大、人員流動性強等特點，分別對擴大防火分區(qū)和出站區(qū)域提出有針對性的防火設(shè)計策略，主要結(jié)論如下。

(1)對于公共空間內(nèi)高火災(zāi)荷載區(qū)域，可通過“防火艙”“防火單元”等一套較為完善的防火分隔方式進行處理，防止公共空間受到高火災(zāi)荷載區(qū)域的影響。

(2)對于無法采用傳統(tǒng)的實體分隔構(gòu)件進行防火分隔的候車空間，可劃分防火控制分區(qū)，控制火災(zāi)蔓延，同時用于消防系統(tǒng)的聯(lián)動。

(3)通向公共區(qū)的敞開樓梯可考慮作為人員疏散出口。

(4)為減小防火分區(qū)擴大帶來的不利影響，在消防系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火性能設(shè)計上需適度加強。

(5)出站通道的防火設(shè)計需結(jié)合實際工程情況考慮，包括與周邊空間的連通關(guān)系、面寬等因素。