铁路高架站房常见消防安全问题及策略方案研究

刘诗瑶工程师 刘松涛研究员

(中国建筑科学研究院有限公司 建筑防火研究所，北京 100013)

0 引言

近年来，国内采用高架站房型式的铁路站房逐渐增多。由于建筑规模和使用功能要求，铁路高架站房的防火设计存在一些常见的消防安全问题，包括防火分区划分、疏散设计、烟控系统设计、建筑性质认定等。笔者根据工程经验，结合实际工程情况和规范要求，对目前铁路高架站房在设计阶段遇到的防火安全问题进行分析、总结，针对典型空间场所，提出适用于此类建筑的防火安全设计策略，以期为同类型铁路高架站房的消防设计提供参考和借鉴。

1 高架站房建筑特点

高架站房的建筑特点为站房跨越于站场线路之上，通常包括出站层、站台层和候车层3个主要建筑层面，局部设置夹层或设备层。高架候车厅通常为单层高大空间，主要为便于容纳大量旅客进站候车。进站区设置在站台层或候车层，或者在站台层和候车层均设置进站厅，形成多个进站层面。旅客流线一般为上进下出，即旅客通过城市道路或高架道路抵达落客平台，进入站房候车；通过候车厅与站台之间连通的室外楼梯进站；出站旅客通过站台与出站区域连通的敞开楼梯进入出站厅，穿过出站通道出站。高架候车厅多沿长边设置高架夹层，与同层进站集散厅直接连通，或与站台层侧式站房进站集散厅通过洞口连通，使得整个站房公共空间相互连通，形成通透的旅客视野。

虽然高架站房建筑空间高大，地面至屋顶高度可达几十米，但考虑旅客主要活动空间基本都在候车层面，为便于疏散，近年已建成站房中候车区地面与站台层集散厅地面或室外地面高度差一般均不大于10m，规范允许该类建筑的防火设计仍可按《建筑设计防火规范(2018年版)》GB 50016-2014中单、多层民用建筑类别的规定执行[1]。

2 常见消防安全问题

由于高架站房特殊的空间布局和建筑特点，在设计过程中往往会遇到一些消防安全问题，笔者根据工程经验，将高架站房常见消防安全问题归纳为以下几类，主要包括防火分区的划分、人员安全疏散设计、烟控系统设计的有效性以及建筑内部分功能区的建筑性质认定。

2.1 防火分区划分

铁路旅客车站进、出站客流量大，候车人数多，为满足车站使用功能便利和旅客流线布置流畅的基本要求，兼顾视觉美观需要，候车区通常需要设计较大空间尺寸。《铁路工程设计防火规范》TB 10063-2016中对铁路旅客车站候车区及集散厅的防火分区建筑面积做了规定，在同时符合疏散条件、设有自动喷水灭火系统、排烟设施和火灾自动报警及符合国家内装修设计防火标准规定的情况下，才能将防火分区扩大到10 000m2[1]。

相对于侧室站房而言，高架站房的建筑规模一般更大，且由于使用功能需要，高架候车厅与进站集散厅、高架夹层公共区通常相互连通，作为一体空间，在设计上难以进行防火分区划分，防火分区建筑面积需上下层叠加计算[2]。

高架站房的车站站场规模一般多于3个站台，一般而言，站场规模越大，高架候车厅建筑面积也越大。以某高架站房为例，其站场规模为4台9线，站房建筑面积约为40 000m2，其高架候车厅所在防火分区建筑面积已达到25 000m2。而对于大型交通枢纽节点，其站场规模可达近10个站台甚至更多，根据有关设计资料，一些大型站站房扩大防火分区建筑面积能够达到50 000m2左右。故由于铁路站房建筑特殊的使用性质，高架站房的候车厅及进站集散厅所在扩大防火分区的建筑面积往往远大于规范规定的上限值。

2.2 安全疏散设计

站房候车区域空间大，在建筑防火设计上会带来诸多消防安全问题，不仅难以满足规范对于站房防火分区划分的要求，同时还带来人员安全疏散、高大空间烟控系统设计等设计难题。

《铁路工程设计防火规范》TB 10063-2016中对于旅客车站集散厅、候车厅等室内空间人员最远疏散距离做了明确规定为30m；设置自动喷水灭火系统时可增加至37.5m[1]。高架站房的候车厅进深通常超过百米，面宽也达几十到上百米不等，个别特大型车站站房甚至超过200m。较大的平面尺寸使得人员疏散距离较长，通常为几十米，超过37.5m，不能满足规范的规定。这种情况下，采取何种措施来满足人员安全疏散要求需慎重考虑。

2.3 烟控系统设计

高架站房的进站集散厅、高架候车厅以及高架夹层公共区为一体空间，采用大空间设计理念，按照规范各防烟分区之间可不设置挡烟设施，但排烟量仍不应减少[3]。面对站房复杂的建筑情况，排烟系统的设计是十分重要的一环。

2.4 建筑性质认定

《铁路工程设计防火规范》TB 10063-2016中明确，对于无商业设施的旅客进出站地道，防火设计应符合《建筑设计防火规范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道的相关规定[1]。但是在实际工程案例中，高架站房的出站地道建筑情况多样，在不设置商业设施的情况下是否可全部按城市交通隧道进行定性是一个值得探讨的问题。

3 扩大防火分区防火设计策略

高架站房在防火设计中首先要解决的难题是防火分区扩大所带来的不利影响。该类建筑使用性质为交通类公共建筑，公共空间火灾荷载较低，火灾危险性较小[4]。因此，防火分区的扩大首先是建立在站房公共空间与非公共空间作严格的防火分隔的前提下。对于扩大防火分区的防火设计策略，核心思路是减少可燃物，降低火灾风险，营造一个通透、相对安全的大空间。

3.1 对高火灾荷载区域采取防火分隔措施

基于旅客的出行体验需求，站房候车公共区内会适量布置一些旅客服务用房，功能为零售或餐饮，以及一些特殊功能的候车区，如商务候车区、母婴候车区、儿童活动候车区等，这类候车区设置软席座椅等设施，火灾荷载相对其他候车区域较高。另外，根据站房的使用功能需要，公共区内还会零散布置一些设备和办公用房，相对候车公共区域，其火灾荷载也较高。

对于上述公共空间内的高火灾荷载区域，已形成一套较为完善的防火分隔方案，即采用“防火舱” “防火单元”的解决办法，从建筑面积、防火间距、消防设施、内装修等方面进行一系列限制，降低火灾时对公共空间的干扰。

“防火舱”和“防火单元”的设计原理均是采用一定的防火分隔方式，将火灾风险较大的区域进行围合，并在其内设置必要的消防系统，这样，既可快速抑制火灾，又可防止烟雾蔓延到大空间，实现大空间开敞布局的需要。对于公共空间内设置的高火灾荷载、人员流动小、无独立疏散条件的区域，如上述特殊功能候车区、设备和办公用房，采用“防火单元”的分隔方式，即采用耐火极限不低于2.0h的不燃烧体防火隔墙和1.5h的不燃烧体屋顶与其他空间进行防火分隔。在隔墙上开设门窗时，采用甲级防火门窗，防火单元内消防系统设计按现行规范执行。所谓“防火舱”是指由坚实的有足够耐火极限的不燃烧罩棚构成，覆盖在整个火灾载荷相对较高的区域之上，顶棚下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。这样，既可快速抑制火灾，又可防止烟雾蔓延到大空间。对于有一定通透要求，人员流动较大且无独立疏散条件的旅客服务用房，可采用“防火舱”的分隔方式。

3.2 划分防火控制分区

由于站房特殊的使用功能，决定了在候车空间无法采用传统的实体分隔构件将该区域划分为多个满足规范要求的防火分区。但是，考虑到较大的空间面积可能引起火灾的大范围蔓延，因此，通过设置防火隔离带的方式，将候车厅建筑空间在逻辑上划分为不同控制区域，即防火控制分区，各控制分区之间未进行物理分隔，但是通过保证一定间隔，起到防止火灾大范围水平蔓延的作用,如图1。同时，消防设施的联动控制亦可结合防火控制分区设计，在小范围发生火灾的情况下，不必将几万平方米的候车厅全部消防系统同时启动，提高了系统启动安全性的同时也节约了能耗。

图1 防火控制分区划分示意图Fig.1 Division diagram of fire control zones

3.3 安全疏散对策

铁路旅客车站的高架候车厅往往利用通向站台的进站楼梯作为疏散楼梯。通过合理布置进站楼梯的位置，可以有效缩短人员疏散距离，提高安全性。另外，候车厅内会设置一些敞开楼梯，连通进站集散厅、高架夹层，对于一般建筑而言，敞开楼梯不能作为疏散设施，但对于铁路站房这一类特殊建筑物，其公共空间相互连通，大空间内可燃物较少，且敞开楼梯为旅客较容易发现和熟悉的疏散设施，符合旅客使用习惯。考虑其特殊的使用功能和建筑特点，通向公共区的敞开楼梯作为人员疏散出口，可适当加强疏散诱导设计。

在人员疏散路径上，会经过安检通道和闸机，这些设施可能成为阻挡人员流畅通行的障碍物，因此，对于安检区分隔栏板和闸机两侧应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。

3.4 加强烟控系统设计

扩大防火分区空间高大，具有较大的储烟能力，一般在站房上部开设顶窗及高侧窗进行自然排烟，如图2。其空间净高度远大于9m，按照规范的规定，各防烟分区之间可不设置挡烟设施。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017中的计算方法，按照轴对称型烟羽流，根据火灾热释放速率、清晰高度等参数，一般情况下每个防烟分区所需自然排烟窗有效开启面积约为70m2[5]。由于扩大防火分区空间尺寸大，中部区域开设顶窗的条件常常有限，针对实际工程案例中遇到的情形，建议采用平均每个防烟分区自然排烟窗有效开启面积满足规范要求的处理方式，加强对自然排烟窗的控制功能，可设置防失效保护功能、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。距排烟窗的距离原则上按30m控制，中部局部区域按不大于37.5m控制。值得注意的一点是，只有在具备自然对流条件时才可按照37.5m控制排烟距离，此时防烟分区长边应不大于75m，且烟气可从两端排出室外。高架站房多数情况并不完全满足此条件，故需谨慎对待。

图2 某高架站房自然排烟窗布置示意图Fig.2 Layout diagram of natural smoke vents in an elevated railway station

3.5 灭火系统设计

由于防火分区面积扩大，因而灭火系统可适当加强，如对自动喷水灭火系统采用快速响应喷头，增设移动式高压细水雾灭火装置等。灭火系统的加强措施无需一概而论，可根据建筑实际情况和预测的火灾危险程度酌情采取加强措施。

在实际工程设计中，发现室内消火栓的布置存在一定难度。高架候车厅建筑面积大，空间较为空旷，部分区域难以设置室内消火栓，造成消火栓布置间距超过30m。由于人员活动层面为高架候车厅地面，室内消火栓的布置仅考虑地面保护，即水枪充实水柱地面投影长度按水枪充实水柱长度计算，不考虑水枪倾角，则消火栓保护半径=消防水带长度×消防水带弯曲折减系数+水枪充实水柱长度。通过加密每列消火栓的布置间距，使得室内消火栓的布置满足同一平面有2股充实水柱能够同时到达任何部位的要求[6]。

3.6 加强结构设计

高架候车厅位于站场正上方。站场主要的火灾类型为列车车厢火灾。关于列车车厢火灾，不同的类型决定了不同的火灾规模。普通列车车厢火灾持续时间较长，其最大热释放速率一般均不超过16.0MW，且其在较高热释放速率的时间较短，而对于有软座或卧铺的列车，其最大热释放速率则大于16.0MW。根据《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》TB 10020-2017，火灾规模应按线路运行的列车类型确定，动车组可采用15.0MW，普通旅客列车可采用20.0MW[7]。

由于列车车厢火灾规模很大，站场区域一旦起火，对于其上方高架候车厅势必有所影响。人员主要层面在高架层，加强高架候车厅结构耐火极限就显得十分必要。对于建筑体量巨大的大型旅客车站或特大型旅客车站，可考虑适度提高高架层覆盖范围内的站台上方楼板，如提高耐火极限0.5h以上，如图3。

图3 高架层楼板耐火极限加强位置示意图Fig.3 Reinforced position diagram of elevated floor fire resistance

4 出站通道防火设计策略

根据《铁路工程设计防火规范》TB 10063-2016的规定，无商业设施的旅客出站地道可按《建筑设计防火规范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道进行防火设计，即仅限人员通行的四类交通隧道，没有强制要求设置消防给水系统、排烟设施和火灾自动报警系统[1-2,8]。而对于实际工程，出站地道的宽度、连通区域、通风条件各不相同，在不设置商业设施的情况下统一按城市四类交通隧道的设计要求处理存在一定不合理性。根据可能遇到的情况，将出站通道的防火设计策略分为以下3种情况进行讨论。

4.1 两端连通室外的出站通道

对于无商业设施、两端直接连通室外广场的出站通道，其内基本无可燃物，且有较好的自然通风条件，与城市四类交通隧道情况相似，按规范要求，可按《建筑设计防火规范(2018年版)》GB 50016-2014中城市交通隧道进行防火设计[1]。

4.2 两端未连通室外的出站通道

对于无商业设施、两端未连通室外广场的出站通道，连接区域情况复杂，最好与连接区域做好防火分隔措施，这样首先阻断了相邻区域对出站通道的影响。对于出站通道本身，其内虽基本无可燃物，但两端没有直通室外的条件，建议考虑设置必要的消防设施，提高通道安全性能。

4.3 面宽较大的出站通道

对于个别站房，出站通道面宽较大，且直接连通室外广场，此种情形下，出站通道内可能会布置一些设备用房、服务台等，不完全类似城市隧道特征。结合建筑特点，可考虑将出站通道定性为准安全区，即人员疏散的过渡区域。

5 结论

铁路高架站房由于其建筑特点和使用功能的特殊性，在防火设计上存在一些常见的消防安全问题，主要集中在防火分区划分、安全疏散设计、烟控系统设计和建筑性质认定4个方面。针对上述常见消防安全问题，基于该类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，分别对扩大防火分区和出站区域提出有针对性的防火设计策略，主要结论如下。

(1)对于公共空间内高火灾荷载区域，可通过“防火舱”“防火单元”等一套较为完善的防火分隔方式进行处理，防止公共空间受到高火灾荷载区域的影响。

(2)对于无法采用传统的实体分隔构件进行防火分隔的候车空间，可划分防火控制分区，控制火灾蔓延，同时用于消防系统的联动。

(3)通向公共区的敞开楼梯可考虑作为人员疏散出口。

(4)为减小防火分区扩大带来的不利影响，在消防系统和结构构件耐火性能设计上需适度加强。

(5)出站通道的防火设计需结合实际工程情况考虑，包括与周边空间的连通关系、面宽等因素。