地铁消防疏散问题思考与研究

郭桃明，曹宇齐

（1. 深圳铁路投资建设集团有限公司，广东深圳 518026；2. 深圳地铁运营集团有限公司，广东深圳 518026）

地铁系统以其高效、准时成为大城市的主要公共交通形式，但因其人员密集，地铁消防一直是各方关注的重点。《地铁设计防火标准》（GB 51298-2018）于2018年5月14日颁布，于2018年12月1日正式实施。该标准总结部分地区的地铁工程消防设计经验，标准的正式发布给地铁消防设计、审查、审批和验收提供了依据。同时新规范带来新问题，同样值得同行关注和思考。特别是《地铁设计防火标准》关于地铁车站防火分区面积不超过5 000 m2、地铁站台至站厅安全疏散时间为4 min等方面的原则和深圳地方地铁标准多线换乘厅防火分区面积不超过15 000 m2、安全疏散通道顺直、疏散面积和疏散速度等原则存在较大的差异。文章对此问题进行了研究。

1 国外地铁火灾统计分析

1.1 起火分析

1987年11月18日，英国伦敦地铁君王十字车站，发生了一起31人死亡、大量人员受伤的重大火灾。这是世界地铁史上继1903年法国巴黎地铁发生死亡84 人大火之后，又一起罕见的灾难性事故，引起了各国消防、地铁管理等部门的关注。1995年10月28日傍晚，在阿塞拜疆首府巴库的地铁内发生了一场火灾，造成至少289人死亡，265人受伤。这次事故是阿塞拜疆迄今乃至苏联时期以来损失最为惨重的一次地铁火灾。2003 年2月18日上午，由于一名中年男子纵火，造成韩国大邱市地铁1号线的中央路车站2列满载乘客的地铁列车被烧毁，共造成198人死亡，146人受伤，289 人失踪。据不完全统计，国外地铁曾多次发生火灾事故，损失惨重。

通过对1903年至2004年近百年地铁火灾事故的统计，从起火原因分析，纵火、爆炸5起，占比11%；吸烟烟头4起，占比9%；电气线路和设备故障12起，占比26%；操作故障6起，占比13%；其他4起，占比9%。根据数据表明电气火灾、纵火、吸烟和操作故障等是造成火灾的主要原因，如图1所示。因此对此方面进行预防治理是防止火灾发生的重点。

图1 起火原因占比图

从起火部位分析，列车起火21起，占比46%；站厅、站台起火6起，占比13%；隧道起火3起，占比6%；其他不确定的事故16起，占比35%。从起火比例来看，站厅、站台起火仅为1成左右，而列车起火占比5成左右，如图2所示。从起火部位分析起火原因，主要是因为列车大多采用可燃性材料，而站厅、站台存有可燃物较少。隧道火灾是由于违章施工和电线电缆火灾引起。列车火灾占比较大主要原因为列车内部装饰、座椅材料大多是可燃性材料，目前国内地铁车辆已均采用不燃和阻燃材料，基本消除列车起火扩大可能性。其他不确定的事故主要是因为相邻商业火灾引起，有的上面是商场营业厅，有的连接商业街，有的站厅内包含部分商业服务项目等。这些地方可燃物多，而且餐厅还有燃气、明火，增加了火灾危险性，一旦着火会影响到整个地铁站的安全。目前深圳地铁站厅商铺均为密闭舱式，且面积为100 m2，其他商业与地铁车站均设有防火分隔，防止了此类火灾事故发生。

图2 起火部位占比图

1.2 致死原因分析

从致死直接原因看，因窒息致死占比49.8%；烧灼致死占比29.8%；中毒致死占比3.4%；摔伤致死占比1%；爆炸致死占比0.4%；砸伤致死占比0.2%；其他原因致死占比15.4%，而窒息致死与烧灼致死占比超8成，如图3所示。研究表明，烟雾主要成分是游离碳、干馏物粒子、高沸点物质的凝缩液滴等，同时火灾会产生大量的氰化物、二氧化碳、一氧化碳等有毒有害气体。火灾中，一般认为最有毒的气体是一氧化碳。同时，燃烧中产生的热空气被人吸入，会严重灼伤呼吸系统软组织，造成人员窒息死亡。并且由于燃烧氧气被消耗，所以火灾中环境呈低氧状态，导致缺氧，引起窒息。还有一种原因是火焰或热气流损伤大面积皮肤，引起各种并发症而致人死亡。

图3 火灾致死原因占比图

2 消防设计原则及策略

消防要求根据不同类型的建筑功能，采用有针对性的消防策略。因此深圳地铁以《地铁地下车站防火分区、烟气控制与人员疏散系统设计导则》为指导，其总体思想为：①车站内部采用不燃和阻燃材料，避免车站发生火灾的可能，同时商业空间采用封闭舱室，避免商业发生火灾影响车站公共区；②增加站厅公共区面积，保证乘客之间的距离，提高人员疏散速度；③疏散通道内部平顺、无障碍物，改善疏散条件；④加强车站的防排烟设计，通过增加排烟设施提高排烟速度，通过在较小防烟分区面积增加储烟空间等措施，降低烟气扩散的速度，减少乘客因火灾的烟气而受到伤害。

深圳地铁网络规划中，多线换乘的枢纽节点多，多线换乘枢纽客流量大。早期车站因受面积限制，导致客流交织严重，在车站内部正常情况下客流也存在行动缓慢的情况。同时为方便组织客流在车站内部设置了大量导流栏杆，更加影响消防疏散。目前深圳地铁采用《地铁地下车站防火分区、烟气控制与人员疏散系统设计导则》后，通过增加防火分区面积提高消防疏散速度，解决存在的消防隐患。

3 站厅面积和消防疏散

3.1 防火分区面积规定

对于地下车站站台公共区消防面积限值，各方存在争议，但都以《地铁设计防火标准》中的标准进行设计建设。《地铁设计防火标准》规定站厅公共区面积不宜大于5 000 m2。为满足此规定，换乘站公共区需设置多处防火卷帘门和防火门，从而造成车站日常使用困难、消防疏散障碍、环境空间品质下降等问题。深圳地铁标准《地铁地下车站防火分区、烟气控制与人员疏散系统设计导则》规定，多线换乘共用一个站厅公共区时，两线共用站厅公共区的面积不应大于10 000 m2。三线共用站厅公共区的面积不应大于15 000 m2，当面积大于15 000 m2时应设自动喷水灭火系统。目前深圳地铁福田站综合交通枢纽、车公庙枢纽均按此标准执行，项目建成以来运转良好，作为增加的新标准，解决了曾经困扰的问题，为后期地铁建设提供了新遵循。

3.2 站厅面积及疏散速度

3.2.1 站厅面积计算

人员疏散特点非常复杂，国内外学者对此进行了大量的观测、分析和研究。其中Predtechenskii和Milinskii通过对不同类型建筑物内外人流速度和人员密度的大量观测和统计分析，研究认为常流态最佳密度值为0.92 人/m2。根据统计分析水平通道、楼梯上人员流动速度和人员密度的关系，以及流动通道出口的流动能力，得出人流密度和疏散关系，如表1所示。

表1 人流密度和疏散关系

《固定导轨运输和有轨客运系统标准》（NFPA130-2014）的附录C.1规定，站厅疏散人数应为进站乘客和各线双方向下车乘客之和，进站乘客最高可采用高峰小时15 min进站客流作为乘车客流荷载。根据实际统计情况，一般进站客流停留在站厅的时间小于6 min。

站厅面积计算公式：

式（1）中，S为站厅最小面积；ρ为人员疏散最小人流密度；P为站厅人员总荷载。

站厅人员总荷载计算公式：

式（2）中，P1为高峰小时6 min进站客流；P2为高峰小时6 min出站客流；P3为高峰小时6 min站厅换乘客流。

以红树湾站为例，高峰小时进站客流约为45 900人，故每6 min为 45 900×（6 / 60）= 4 590人；高峰小时出站客流约为44 330人，故每6 min为44 330×（6 / 60）= 4 433人；站厅高峰小时换乘客流约为1 770人，故每6 min为1 770×（6 / 60）= 177人。考虑高峰系数1.25，站厅总人员荷载为1.25×（4 590 + 4 433 + 177） =11 500人。根据人员疏散最小0.92人/ m2人流密度极限值，红树湾站站厅面积至少应大于11 500人×0.92人/ m2=10 580 m2，根据设计计算数值与现场比较，基本符合情况。

3.2.2 疏散速度计算

地铁是人员密集的场所，火灾情况下很容易引起人员惊慌失措，可能互相拥挤而跌倒、相互踩踏，引发群集伤害事故，需要将群集流动理论应用于火灾疏散。

日本、英国、加拿大和美国在群集行为规律方面做了大量研究，单个人在自由空间里行进，步速为1～2 m/s左右。在人数众多，即群集的情况下，由于受场所的限制，群集的步速取决于人群的密度。人员疏散可定量表示为3个基本特征，分别为密度ρ、速度V和流量f。这3个基本特征值与通道宽度w的关系可表述为：

Predtechenskii和Milinskii给出了水平方向上人员行走速度与人流面积投影密度之间的经验公式，以及紧急状态下的经验公式，根据公式绘制出曲线，如图4所示。根据上述的经验公式可知增加站厅的面积可以提高疏散速度，在保证站厅任一点距疏散口距离小于50 m的情况下，可减少人员疏散时间；在相同的时间情况下可增加疏散距离。

图4 紧急疏散人群密度和疏散速度曲线

4 站台至站厅消防疏散

《地铁设计规范》规定事故疏散撤离站台时间为6 min，扶梯考虑1部检修的折减，下行扶梯可以转换为上行疏散梯。而《地铁设计防火标准》规定事故疏散撤离站台时间为4 min，且仅可以采用上行扶梯疏散，并考虑1部扶梯检修的折减。两者相差2 min，扶梯折减也存在差异。对比发现《地铁设计防火标准》疏散时间标准是参照《固定导轨运输和有轨客运系统标准》（NFPA130-2014），同时火灾工况下逆向运转的自动扶梯不能参与疏散。

以深圳地铁标准站为例，如图5所示，车站中部设T型楼梯，两侧设八字双扶梯，以《地铁设计防火标准》计算，下行扶梯不参与计算，每端仅有1部上行扶梯，再考虑折减1部上行扶梯，即出现一端2部扶梯都不能用作疏散，疏散设施仅剩中部T型楼梯和另一端的1部上行扶梯，将出现站台距离疏散点距离不满足的情况。

图5 深圳地铁标准站公共区布置图

为解决此问题，《固定导轨运输和有轨客运系统标准》（NFPA130-2014）英文版规范5.3.5.6、5.3.5.7、5.3.5.8 3项条款分别对自动扶梯疏散进行了详细规定。5.3.5.6条款规定自动扶梯参与疏散时应折减1部且应折减疏散能力最大的1部扶梯。5.3.5.7条款第一款规定疏散扶梯应采用不燃材料，第二款规定和疏散方向相同的扶梯应当继续运行。第三、四款规定和疏散方向相反的自动扶梯可就地、远程停止运行的可用作疏散，并对扶梯提出了相关警示要求。5.3.5.8条款指出有或没有中间平台的自动扶梯，不论垂直上升与否，均可作为疏散设施。

5 结论及建议

（1）通过对100多年国外地铁火灾总结，起火主要原因是站厅、站台存有可燃物，列车采用可燃材料；消防设施不完善，如自动报警系统、自动喷水灭火系统、防排烟设施、应急疏散照明等设施严重不足，致使火灾发生时不能起到早期报警、早期灭火、及时引导疏散的作用；消防安全管理制度不到位，如携带危险品上车、乱丢烟头引发火灾；电气设备线路老化及操作故障；没有真正建立起消防救援体系，火灾发生后不能及时有效地展开救援等，因此需要注意避免。

（2）防火分区面积应与建筑功能匹配。防火分区限定面积不是目的，而是让乘客可更快从防火分区中疏散出去。地铁站厅公共区均为开敞空间，不存在站厅公共区分割情况，消防工况下人员的逃生路径明确。若站台层发生火灾，站厅即视为安全区域，应在此提供足够多空间容纳进站乘客和逃生乘客，避免人员集中发生踩踏事故。若站厅层发生火灾，每点位置与消防疏散口的距离应满足逃生要求。

（3）不应限制站厅防火分区面积。结合地铁站厅公共区特点，应消除制约站厅防火分区面积的各种因素，缩小每点位置到消防疏散口距离，以确保消防逃生的时间要求。若采用较小防火分区，因消防工况下逃生路径和日常行走路径差异较大，可能造成群集伤害事故或逃生失败。

（4）地铁车站进出站客流量受乘客需求决定。假设以高峰客流作为计算值，故流量为定值，出入口通道投入使用后，也为定值。显而易见，疏散速度和密度成反比。故较大的站厅面积将出现较小的乘客密度，从而提高疏散速度，缩短疏散时间。

（5）根据相关标准，与疏散方向相反的扶梯可临时用作疏散。标准规定了扶梯仅能在停止运行工况下用作疏散设施，即可作为楼梯形式参与疏散。这一点与地铁设计领域常用标准吻合，也与实际的工况吻合。

6 结语

地铁因人员密集，消防问题引起了各单位的高度关注。文章结合深圳地铁消防实践和相关消防研究标准，认为地铁车站应根据之前地铁火灾发生的原因和火灾致伤致死案例进行消防设计，设计中务必多采用不燃和阻燃材料，采取措施避免发生火灾。为降低火灾致伤致死情况，首先应控制防烟分区面积，限制火灾影响范围，对地铁商业采用密闭舱式，避免商业可燃物火灾影响地铁车站；增加公共区面积，提高乘客疏散速度；保证疏散通道相对顺直，并保证运营期间的顺畅。通过对地铁消防疏散问题的思考研究，笔者认为单纯考虑着火后如何疏散，已不能满足新时代的消防要求，应该从着火源头、疏散过程等方面着手解决消防安全问题。