摘要：本文以某大型地铁站建筑为例，针对其入口多、换成区域防火分区面积超标、出行和商业结合等特征，对其展开消防性能化分析，希望能够给现代城市地铁站的消防设计带来一些有益借鉴。
关键词：地铁站建筑；性能化消防设计；烟气流动；人员疏散；数值模拟
一、大型地铁站基本特征
伴随着现代城市的发展，地铁已经成为很多人出行的首要选择。与公交站相比，地铁站因为要结合换乘、商业等方面的因素，所以地铁站通常都具有非常大的建筑面积，其内部构造也相对较为复杂，当前一些大型的地铁站通常都拥有下面一些特征：（1）车站的长度大于二百五十米，出入口的数量要多于4个，并且多和商业建筑相结合；（2）站内的公共区域面积通常都会超过两千平方米；（3）车站位于地下较深层次，车站多为三层或者超过三层的建筑，站台距离安全通道出口的长度大于五十米。（4）乘客换乘通道以及通向其他场所的通道长度大于六十米，有一些超大型的地铁站内部通道长度甚至可以超过一百米。（5）大型地铁站通常除了能够满足车站的基本功能之外，通常还有一层空间作为商业开发使用。
二、性能化设计调整方案
为了保证地铁站大厅的共享效果和人员流动顺畅，该区域无法完全采用物理分隔划分防火分区。该项目的消防设计，根据建筑形式的特点及未来使用功能，遵循合理、安全的设计原则，正确引入性能化消防设计，针对需要进行性能化防火设计的问题，首先提出具体的性能化目标，并根据目标制定调整方案。
（1）性能化设计目标。防火分区的划分应能有效降低火灾危害，采取的防火隔断措施，应能将建筑火灾控制在设定的防火空间内。
（2）性能化设计要求。防火分隔构件应满足控制火灾的要求；将火灾控制在设定的防火区域内，确保不会发生蔓延；自动消防系统的设计能有效控制火灾蔓延；可能过火面积与满足规范要求的防火分区或区域的过火面积基本相同。
按照上述目标、要求，在保证项目功能需求的前提下，依据国家有关建筑防火规范，初步措施如下：
（1）车站主体、出入口通道、风道和风亭的耐火等级为一级，其余地面亭的耐火等级不低于二级，车站建筑物构件的耐火极限应符合现行《建筑设计防火规范》一级耐火等级要求，并符合本设计说明中所述的耐火极限要求。车站公共区以及各设备管理用房装修材料应采用A级不燃材料。。
（2）车站公共区与相邻防火区采用耐火极限不低于3h的隔墙，和耐火极限不低于2h的楼板与其它部位隔开，墙体砌筑到结构板底，房间门窗均采用甲级防火门和甲级防火窗。。
（3）车站各层的防火分区、防火单元应各自划分防烟分区，且防烟分区不得跨越防火分区或防火单元。公共区防烟分区的划分应与车站的通风模式相匹配。
（4）公共区防烟分区面积不大于2000㎡，在公共区，采用吊顶上方设挡烟板分隔（包括楼、扶梯洞口），挡烟板周围采用空透性吊顶。通道口设置挡烟垂壁（通道口的顶部距顶板的距离大于500mm，可不设挡烟垂壁）。
（5）各个防烟分区之间采用挡烟垂壁和隔墙到顶的形式分隔；公共区采用挡烟垂壁分隔，站厅层两端设备用房及行车管理用房与公共区之间，采用隔墙到顶方式，其隔墙起挡烟垂壁作用。挡烟垂壁采用燃烧性能A级的不燃材料，并满足《建筑构件耐火试验方法》（GB/T9978）规定的升温条件，在（620±20）℃温度下保持30min，其完整性不破坏。当采用平板吊顶或漏空率小于50%的格栅吊顶时，挡烟垂壁应从吊顶下突出高度为500mm并升至结构板底；当采用漏孔率大于、等于50%的格栅吊顶时，挡烟垂壁应从结构板下垂至格栅吊顶上皮；挡烟垂壁旁有排烟风口时，挡烟垂壁应做至风口以下不小于500mm。
（4）站厅层设自动喷水灭火系统，按中危II级设计，用水量按35L/S计；火灾延续时间为1小时。最不利点喷头工作压力0.05MPa。与消火栓系统共用消防水池及消防泵房，车站外覆土下设有消防水池一储存室内自动喷洒用水，自动喷洒泵采用立式多级消防泵（Q=126m3/h，H=0.60MPa）两台，一用一备，稳压泵采用立式多级消防泵（Q=1.1L/s，H=0.40MPa）两台，一用一备，气压罐采用150L；出水管上设安全泄压阀防超压。在风亭处疏散通道屋面上设置一座消防水箱维持自动喷洒系统压力。
三、性能化模拟评估
车站公共区首要目标是保障乘客及现场工作人员在火灾时能够安全疏散，其次才是降低火灾损失、保证财产安全。需要对人员可用疏散时间TASET 和人员必须疏散时间TRSET 进行计算。如果TASET＞TRSET，表明该设计能够使人员在火灾危险来临前能够全部疏散到安全区域。反之，则表明人员不能安全疏散。
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3.1 火灾场景确定
作为性能化防火设计的关键环节，火灾场景的选择设定是否合理正确，直接决定着最终设计的可靠性和准确性。其设置原则是可能导致的火灾风险最大。。综合考虑车站公共区发生火灾时可能的规模、空间特点、安全出口分布等因素，将火源位置设置于站厅发生火灾，考虑火源附近的一部疏散楼梯被堵的不利情形。火灾增长速率是衡量火灾危险性的重要指标。与可燃物的燃烧特性、储存状态、空间摆放形式等因素密切相关。国际标准ISO/TS 16733《火灾安全工程第4 部分：设定火灾场景和设定火灾的选择》中按照火灾速率定义了慢速火、中速火、快速火和超快速火等4 种类型的t2 火灾。候车大厅内的物品符合快速火中“木制货架、泡沫塑料”的可燃材料范围，可确定为快速火，火灾增长系数取为0.046 89kW/s2。
该项目设有自动喷水灭火系统。若系统维护管理良好，区域内火灾可受系统控制。自动喷水灭火系统的动作时间使用软件DETACT-T2 模型确定。由于模型在计算时进行了部分假设简化，在确定火灾最大热释放速率时乘以1.5 倍的安全系数。若自动喷水灭火系统失效，最大热释放速率将由消防人员的到场时间及可燃物的数量确定。由于消防员通常在火灾发生后10 min 到场开展灭火战斗，计算得出，失效时火灾最大热释放速率约为16.9 MW。因此，该区域发生火灾的情况下，当自动灭火系统有效时，在190 s 火灾达到最大热释放速率1.7 MW；自动灭火系统失效时，在600 s火灾达到最大热释放速率16.9 MW。
3.2 火灾蔓延及烟气流动状态分析
为确定人员可用疏散时间，需对火灾中产生的烟气流动状况进行分析。使用FDS 软件进行模拟计算，采取非均匀网格划分方法，火源附近的网格尺寸为0.2 m×0.2 m×0.2 m，除火源外其他区域的网格尺寸为0.4 m×0.4 m×0.4 m。烟气层清晰高度取为距地面5 m。该高度处影响安全疏散的临界值分别为：温度小于60 ℃，能见度大于10 m，CO 体积分数小于<5.0×10-4。
火源位置设于站厅发生火灾，按t2 火发展，α＝0.046 89 kW/s2。将环境条件输入FDS 中进行模拟计算。
模拟结果表明，在模拟时间1 200 s内各安全出口5 m 范围清晰高度处，最低能见度＞13 m，高于影响安全疏散的临界值10 m；最高温度＜26 ℃，低于影响安全疏散的临界值60 ℃；CO 最高体积分数＜1.9×10- 5，低于影响安全疏散的临界值5.0×10- 4；对于A10 场景，在模拟时间319 s 各安全出口5 m 范围清晰高度处达到影响安全疏散的临界值10 m；1 200 s 内最高温度＜45 ℃，低于影响安全疏散的临界值60 ℃；1 200 s 内CO最高体积分数＜1.0×10- 4，低于影响安全疏散的临界值5.0×10- 4；对于A01 场景，在模拟时间382 s 各安全出口5 m 范围清晰高度处达到影响安全疏散的临界值10 m；484 s 内达到影响安全疏散的临界值60 ℃，1 200 s 内清晰高度处的温度达到120 ℃；1 200 s 内CO 最高体积分数＜4.8×10- 4，低于影响安全疏散的临界值5.0×10-4。
火灾发生时，在排烟系统和灭火系统有效启动的情况下，站厅厅内可在较长时间内（大于20min）维持安全的疏散环境。
3.3 人员安全疏散分析
为确保人员能够安全疏散，人员可用疏散时间TASET必须大于人员必须疏散时间TRSET。其中，TRSET 由报警时间TA、响应时间TB 和疏散行走时间TM 等3 个部分组成，可表示为TRSET =TA+TB+TM 表示。车站设有火灾自动报警系统，站厅内存在人员活动且人员一般处于清醒状态，TA 设定为30 s。消防控制室内设有报警系统集中控制器，火灾时能够通知人员疏散，人员可直接感知，TB 设定为60 s。TM 由PathFinder软件计算确定，并将模拟计算的疏散时间乘以1.5 倍安全系数。
四、结语
通过对此项目进行性能化评估分析，对该类建筑采用性能化设计方法有以下建议。
（1）性能化设计并非是几种理论的简单相加，应通过确定防火安全目标、模拟场景计算、数据分析等方式，科学解决技术问题；
（2）在选择模拟场景时应包含最不利情况，使其安全性更强；
（3）根据模拟数值，在自动消防设施失效的情况下，可用疏散时间大幅减少，使人员的安全疏散受到威胁。因此，在日常使用中应制定严格的消防安全管理制度，强化消防设施的维护保养，不得增加火灾荷载、破坏防火分隔，保证按照设计条件使用，确保安全可靠。
参考文献：
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论文作者:崔冬雪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/3
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