铁路无锡站站房改扩建工程消防性能提升及评估技术研究

刘松涛研究员 刘文利研究员 欧 宸工程师 刘诗瑶工程师

（中国建筑科学研究院有限公司建筑防火研究所，北京 100013）

1 工程概况

既有无锡站包括普速站房和城际站房，普速站房站场规模为4台7线，城际站房站场规模3台7线。其中城际站房主体一层，站台层架空，建筑最高点24.275m，总建筑面积约6000m2。无锡站改扩建工程包括既有普速站房改造及新建普速场高架候车厅，既有普速站房改造范围包括进站层进站大厅、候车室、旅客服务区和二层候车大厅，总建筑面积为10846m2。新建无锡普速场高架候车室总建筑面积6486m2。其总平面布置图和剖面图，如图1，2。

图1 总平面图Fig.1 General layout plan

为提高铁路站房旅客候车服务水平，提升旅客满意度，方便旅客进站及车站管理，同时使连为一体的普速及城际高架站房获得完整的候车空间效果，改扩建工程打通了新建无锡站普速场高架候车厅与既有城际站高架候车厅。改造后的普速站房、新建高架候车厅和既有城际站高架候车厅为一体空间，建筑最高点24.275m，檐口最高点22.6m。高架候车厅地面标高8.30m。

2 主要消防安全问题

2.1 规范适用性问题

改扩建后的站房建筑高度23.44m，为建筑高度不超过24m的多层公共建筑，其防火设计原则上应满足《铁路工程设计防火规范》TB 10063-2016和《建筑设计防火规范[2018版]》GB 50016-2014的相关要求[1-2]。新建高架候车厅耐火等级为一级，站房地上其他区域耐火等级为二级。对于未改造的城际高架候车厅，由于要保持铁路运营的连续性，无法按现行防火设计规范进行改造。

图2 剖面图Fig.2 Cutaway view

2.2 防火分区划分问题

本次改造工程的既有普速站房首层进站大厅以及高架层和高架夹层为一体空间，在设计上难以进行防火分区划分，作为一个扩大的防火分区，面积达到20625m2，无法满足TB 10063-2016第6.1.2条规定的铁路旅客车站候车厅及集散厅每个防火分区建筑面积不应大于10000m2的要求[1]。

3 消防设计原则和策略

3.1 消防设计基本原则

3.1.1 既有未改造城际站房

（1）建筑防火原则上保持现状，但应对扩大防火分区内的高火灾荷载区域围护结构及消防设施按相同标准进行改造。

（2）结构防火原则上保持现状。

（3）消防系统应尽量按现有防火设计规范进行性能提升。

（4）考虑运营连续性和工程可实施性等因素，消防系统末端可不进行改造。

3.1.2 改造普速站房和新建高架候车厅

（1）原则上应执行《建筑设计防火规范[2018版]》GB 50016-2014关于多层公共建筑的要求。

（2）加强对扩大防火分区内的高火灾荷载区域的控制。

（3）各消防系统设计应执行现行系统设计规范。

3.2 未改造区域防火性能提升策略对高火灾荷载房间采取防火分隔措施。

（1）公共区内布置的设备和办公用房按防火单元进行改造，即采用耐火极限不低于2.0h的不燃性防火隔墙和耐火极限不低于1.5h的不燃性屋顶与其他空间进行防火分隔，在隔墙上开设门窗时，应采用甲级防火门窗，防火单元设计，防火单元内消防系统设计按规范执行。

（2）公共区内设置商业店铺按防火舱进行改造，所谓防火舱是指由有一定耐火极限的不燃烧建筑构件围合火灾载荷相对较高的区域，采用耐火极限不低于1.0h的防火隔墙、A类防火玻璃墙，或耐火完整性不低于1.0h的C类防火玻璃墙并设置喷淋系统保护。防火舱顶板的耐火极限不低于1.5h，各防火舱之间设置耐火极限不低于2.0h的防火隔墙，隔墙两侧沿走道门洞之间应设置宽度不小于2m的耐火极限不低于2.0h的实体墙或A类防火玻璃墙，如图3。防火舱内要求安装火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统和排烟装置，可快速抑制火灾，又可防止烟雾蔓延到大空间。

图3 商业店铺消防改造Fig.3 Reform of fire- fighting system in shops

根据各消防给水系统水量水压需求对既有城际站房消防泵房内消火栓水泵、自喷和水炮合用水泵进行更换，消防给水型式不变[3]。新建消防控制室，作为总控室，将既有城际站火灾自动报警系统作为一个子站，采用数据总线方式将所有既有城际站的火灾自动报警系统纳入到新建火灾自动报警系统统一监控管理，火灾广播与通信广播共用，并与消防设备配套[4]。

3.3 改扩建区域消防设计策略

3.3.1 防火分区/分隔

（1）普速站房二层西侧集中布置的售票厅室、设备办公区按规范要求划分防火分区，上述防火分区与扩大防火分区采取防火墙和甲级防火门分隔。

（2）新建普速场高架候车厅与城际场高架候车厅之间应设置防火隔离带将候车区划分为2个防火控制分区，防止火灾大范围水平蔓延及用于消防系统的分区控制。

（3）扩大防火分区内布置的设备和办公用房按防火单元设计，商业店铺按防火舱设计，无障碍电梯采用耐火完整性不小于1.0h的构件与公共空间分隔。

3.3.2 疏散设计

（1）站台区为半室外空间，作为人员疏散安全区。

（2）通向站台的敞开楼梯和公共区敞开楼梯（间）作为人员疏散出口。

（3）根据各楼梯梯段净宽度不同，承担的疏散人数也不同，总疏散宽度满足人员最小疏散宽度要求。每百人可用疏散净宽度不低于0.65m，疏散楼梯梯段净宽度不小于1.6m。

（4）通向疏散出口的闸机和控制门应具有消防联动开启功能，闸机两侧设置活动式栅栏或疏散平开门，严禁落锁，火灾时应处于可开启状态，地面设置明显的疏散指示标志。

3.3.3 消防系统设计

（1）采取高侧窗或顶窗进行自然排烟，自然排烟窗有效开启面积分别不小于各自排烟区域地面投影面积的2%（普速站房为4%，新建高架候车厅为3.6%）[5]。自然排烟窗具有防失效保护功能、与火灾自动报警系统联动功能、远程控制开启功能和手动开启功能。

（2）净空高度不大于12m的区域设置自动喷水灭火系统（采用快速响应喷头），净空高度大于12m的区域设置大空间自动灭火系统[6]，设置室内消火栓和消防软管卷盘，配置灭火器。

（3）净空不大于12m区域采用点型感烟火灾探测器，净空大于12m区域采用线型光束感烟火灾探测系统、空气采样系统或其他适合大空间的火灾自动报警系统[4]。

（4）按人员密集场所设计，公共区（除房间内）的疏散照明均采取了加强措施。公共区疏散照明地面照度不低于5.0勒克斯，应急照明和灯光疏散指示标志备用电源连续供电时间不低于90min，在疏散走道和主要疏散路径的地面上增设能保持视觉连续的灯光疏散指示标志或蓄光疏散指示标志，均采用大型标志灯。

4 烟控系统有效性评估

4.1 火灾烟气场景设计

站房公共区火灾风险较低，可燃物主要包括手提行李、普通座椅、软席座椅、商品及家具等，其中火灾规模较大的可燃物为软席座椅、商品及家具。根据《建筑防烟排烟系统设计标准》GB 51251-2017表4.6.6，无锡站公共区最大火灾热释放速率按一般无喷淋公共场所确定为8.0MW。火灾位置布置在站房高架层软席候车区，考虑自然排烟系统有效，自动灭火系统失效的条件。

4.2 烟气数值模拟

对火灾蔓延其烟气流动模拟分析采用的是由美国标准技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）火灾动力学模拟软件（Fire Dynamics Simulator，FDS），此模型为基于有限元素方法下的电脑化的流体力学模型，主要用于分析火灾中烟气与热的运动过程。采用FDS软件建立了无锡站三维模型，湍流模型为大涡模型（Large Eddy Simulation，LES），烟颗粒（Soot）生成量为0.05，火灾发展趋势为快速T2火，环境温度为26℃，模拟时间为1200s，模拟结果，如图4。

图4 火灾烟气流动模拟分析Fig.4 Simulation of fire smoke flow

4.3 模拟结果分析

模拟结果表明，在设定的火灾条件下，火灾发生后1200s内，除火源上空外，距高架层、高架夹层有人地面2.1m高的平面上的能见度未低于10m，温度最高不超过60℃，CO浓度未高于500ppm，即排烟方案至少在1200s内可为高架层、高架夹层人员安全疏散提供保证[7-8]。

5 人员疏散安全性评估

5.1 疏散场景设计

无锡站改扩建后站台层进站集散厅有6个疏散出口，总疏散宽度为31.7m；高架层有19个疏散出口，总疏散宽度为59.3m；高架夹层有4个疏散出口，总疏散宽度为6.4m。改造后无锡站最高聚集人数为7438人，高峰小时发送量2478+5438=7916人，站房疏散人数按照人员流量法计算人数并和最高聚集人数比较取大值。考虑1.4倍的超高峰系数和20%的工作人员及送站人员数量，设定旅客平均停留时间为40min，根据人员流量法计算的人数为8880人，大于最高聚集人数，即站房公共区总疏散人数为8880人。根据不同区域的面积按比例分布人数，确定首层公共区为626人，高架候车区（含夹层）为8254人。

疏散场景的设计总体原则为找出火灾发生后，最不利于人员安全疏散的情况，根据设定的火灾场景设定相应的疏散场景。疏散模拟分析时不考虑普速站房首层进站大厅人员向基本站台疏散，人员疏散开始时间取180s。

5.2 疏散数值模拟

对人员疏散行动时间的模拟分析采用的分析工具是Pathfinder人员疏散商用软件，该软件的疏散模拟器可实现了对每个个体的运动方式准确预测。人员疏散模拟分析采用Steering行为模型，时间步长为2.5×10-2s，步行速度0.8～1.2m/s正态分布，其疏散模拟结果，如图5。

5.3 模拟分析结果

结果表明，站房公共区人员疏散所需行动时间为297s，考虑1.5倍安全系数以及疏散开始时间180s，人数疏散所需时间为626s。在设计火灾场景条件下，人员可用疏散时间不小于1200s，大于人员所需疏散时间626s，人员安全疏散可以得到保证[7，9]。

图5 人员疏散数值模拟Fig.5 Simulation of occupant evacuation

6 结论

基于无锡站改造工程空间互通、净空高度大，人员流动性大的特点，针对改扩建工程整体上无法执行现行防火设计规范和防火分区扩大等消防设计问题，提出了消防设计的原则和策略，并对工程消防安全性能进行了评估，主要结论如下：

（1）站房既有工程无法全部按现行防火设计规范进行改造时，可通过控制火灾荷载、降低火灾风险、改善疏散条件、提高消防系统性能的方式，实现改扩建工程整体防火性能提升的目标。

（2）基于交通建筑火灾荷载低、火灾风险小、空间高大、人员流动性强等特点，可通过严格公共区和非公共区之间的防火分隔措施，对公共区内高火灾荷载房间进行控制，优化疏散条件，加强消防系统设计等方式，保障防火分区面积扩大后的消防安全水平。

（3）通过设计火灾场景和疏散场景，模拟分析烟控系统有效性和人员疏散的安全性，分析结果表明，在采取有效的消防安全技术措施条件下，各区域人员疏散安全可以得到保证。