4.2.7 地铁车站性能化防火设计
1.消防性能化设计的概念及优势
所谓的消防性能化设计主要是指科学运用消防安全工程学原理，结合建筑物实际情况，设计科学合理的消防系统，以达到预期的性能目标。同时，主动利用先进科学的计算机模拟技术对建筑火灾后果进行全方位研究与分析。如可采用定量分析及预测方法对建筑火灾后果进行动态分析。根据预测分析反馈结果，确立科学合理的防火保护措施。结合以往的经验来看，消防性能化设计主要可以从性能化防火分析与性能化设计两个方面进行统筹规划与合理部署。
与传统消防安全设计相较而言，消防性能化设计重点考虑每栋建筑的性能、用途及风险因素，并立足于安全要求，采取科学合理的手段，提高消防安全设计的精准性与合理性。最重要的是，消防性能化设计所运用的手段及分析方法可进一步提高消防设计精度，如可利用火灾模型及疏散软件等，达到良好的消防设计效果。总体来看，对于大型建筑消防设计工作而言，通过科学运用消防性能化设计，可以进一步提升消防设计效果及安全疏散效果。
2.基于消防性能化设计理念的地铁车站消防设计要点及措施
1）疏散出入口
地下车站人流相对密集，且属于地下封闭空间，因此在疏散出入口设计方面应严格按照消防设计标准进行统筹规划与合理部署。如位于车站站厅及站台的防火分区，安全出入口的数量应该在两个及以上。这部分安全出入口应该直通车站外部空间。从实际情况来看，考虑到吸引客流及方便乘客等因素，位于市中心的地铁出入口需要与某些商业建筑进行结合。一般来说，大型地铁车站的出入口有四个及以上，且多与附近商业进行结合设计。在设计过程中设计人员需要重点考虑以下两点问题：与出入口结合的商场在一定程度上难以与地铁同步建设，无法满足消防设计要求。出入口与地下商场进行结合设计时，存在无法直通地面的问题。如乘客出站时需要先进入商场，之后再从商场到达地面，这样的地下商场在原则上并不完全属于外部安全空间。针对此问题，在具体设计过程中，设计人员应该重点针对与车站出入口结合的商场进行合理的消防设计。如果存在无法同步建设的情况，设计人员应该重点对其他出入口的疏散距离及疏散能力进行合理把握。除此之外，在疏散通道设置方面应该尽量减少曲折，如不可设置阶梯、门槛等有碍疏散的设施。
2）公共区面积
对于大型地铁车站或者换乘车站而言，因其防火分区面积常常在2000 m2及以上，导致存在同一防火分区贯多层的问题。一旦发生火灾，由于人员密集且疏散难度较大，逃生人员要经过多层才能够顺利到达地面。再加上建筑布局相对复杂，消防人员难以在短时间内快速到达火灾位置，并进行火灾扑救。除此之外，换乘车站客流相对较大，多数乘客携带的行李较多，如果出现火灾等危急情况，现场烟雾会较大。
针对上述问题，我国多数城市在换乘车站消防设计方面主张利用火灾模拟性能化设计理念，对面积较大或换乘站的站厅及站台等公共区采取以下消防安全设计措施，达到良好的消防效果。一方面，建议规划设计人员设置自动喷水灭火系统，目的在于全面加强对初期火灾的抑制。通过不断减少烟雾产生量，加强对火灾发展形势的有效控制。另一方面，在公共区的各层结构设计上可优先利用镂空型吊顶，这样做的目的在于通过不断增加蓄烟量，加强对现场烟雾的疏散效果。除此之外，在排烟风管的设置上，应该尽量采用上排烟口或者侧排烟口。
3）疏散距离
结合相关设计规范来看，当发生火灾险情时，车站需要在6 min内有秩序、合理地将一列车所载乘客、站台候车的乘客及工作人员安全疏散到安全区域。对于一般的车站而言，因其客流密度和车站高度相对较小，完全可以在6 min内将车站内的人员疏散到安全区域。而对于大型地铁车站而言，因其埋置深度较大，导致在安全疏散方面存在一定难度。因此，在疏散距离的设置方面，应该根据车站深度及最不利点到出入口的距离进行合理规划与设计。结合《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）来看，直接通向疏散走道的房间疏散门与最近的安全出口之间的距离应该保持在40 m及以下。而地铁内站台到疏散楼梯口的距离通常在50 m左右。在具体设计中应该严格按照《地铁设计防火标准》（GB 51298—2018）的要求，尽可能减少此距离。设计人员应该对不同位置发生火灾时乘客疏散到安全出口的距离进行合理计算，并根据反馈结果对疏散路径进行规划设计。与此同时，对于地下四层或者距离地面25 m以上的地下站台公共区，建议设计人员在地下一层增设防烟楼梯间，加强火灾时的安全疏散能力。或者在该位置增设通向地面的逃生通道，确保疏散人群可以在最短时间内逃离火灾现场，保障乘客及工作人员的人身安全。
4）地下长通道
结合以往的设计经验来看，地下长通道往往是大型地铁车站消防性能化设计中被忽略的重要因素。一般来说，烟气在地下通道内的流动情况在一定程度上可对火灾态势及通风气流组织方式产生至关重要的影响。在火灾发生初期，烟气通常会在顶棚流动。受到周围空气的影响，烟气温度呈现出下降趋势，弥漫于整个通道当中。这部分烟气并未到达地面，高温浓烟的扩散方向有可能与人员疏散方向相同，使得疏散人群难以躲避高温浓烟所带来的危害。为及时解决这一问题，在地下通道超过60 m时，设计人员需要按照以下方法进行统筹规划与合理部署。
一方面，在设计初期，设计人员应该对排烟设施的配置使用问题给予高度重视。如果受到施工工艺及市政设施的影响，导致通道因结构净高无法设置排烟风管，建议设计人员在通道两端适当位置增设补风或者排烟风亭。必要时，设计人员也可对可逆送风及排烟风机进行重点考虑。另一方面，在情况允许的条件下，设计人员可利用专门的软件对通道内的火灾烟气流动情况进行研究与分析，根据分析反馈结果，对防排烟方案进行统筹规划与合理部署。
除此之外，当地下通道长度超过100 m时，设计人员可将地下通道纳入公共区。同时，可在长通道内增设自动喷水灭火系统，达到良好的消防效果。
5）车站内商业开发的消防配套
对于存在配线或者可与其他线换乘的地铁车站而言，因车站结构比较复杂，且长度较长，除了需要满足车站运行需求，还需要对剩余空间进行合理开发与利用。结合当前的情况来看，为加强对地下空间的开发与利用，车站内通常会结合商业开发获得良好的空间利用效果。但是在结合应用过程中，通常会存在以下几点问题。
一是商业与车站本体的建设和投入使用的时间不同，可能会对车站出入口及其他位置的安全使用造成影响。当车站投入使用时，商业开发空间可能处于闲置状态。而当商业开发空间启用时，可能会对车站出入口及其他位置的使用效率造成不利影响。二是设计期间，商业开发性质可能尚不清晰，导致商业开发空间内的消防设施在配备及使用方面存在不足。
建议在前期规划设计中，对车站内商业开发空间的消防配套设施配置问题与使用问题予以高度重视。一方面，业主方必须明确商业开发的性质，以便更好地开展消防设计工作。同时，商业开发的土建配套必须齐全且应该尽量一次建成。出入口在商业开发空间未启用之前，应该始终保持畅通状态，以确保满足消防设计要求。另一方面，商业开发空间的消防设备应该与车站消防设备处于共享状态。如水消防设施及防排烟系统等可以由车站设计单位进行统筹规划与合理设计。在设计过程中，应该对容量及接口条件进行合理明确，必须在商业开发空间启用之前安装到位。需要注意的一点是，当地下一层面积超过20000 m2时，建议在地下一层的规划设计方面利用采光中庭或者下沉式广场设计形式，确保乘客在遭遇火灾时可以及时辨认方向，并促使内部烟气及时排出。
3.合肥南地铁站性能化防火设计案例
1）合肥南地铁站简介
合肥南站配套城市轨道交通1、4、5号线换乘车站（以下简称“合肥南地铁站”），站址位于国铁合肥南站站场下方，1、5号线车站部分主体位于国铁站房下，部分主体与4号线车站主体位于北广场下，1、5号线沿南北方向穿越国铁站房区，位于站场中心线上，地铁4号线沿东西方向穿越国铁合肥南站站区。1、5号线车站有效站台中心里程为K15+021.497，车站总长444.9 m，为地下三层15 m宽岛式站台车站。4号线车站有效站台中心里程为AK3+376.724，车站总长169 m，为地下四层14 m宽岛式站台车站。
2）存在的消防问题及性能化防火研究方法
（1）存在的消防问题。
合肥南地铁站主要存在站厅公共区面积过大和疏散距离长的消防问题。该工程为合肥地铁1、4、5号线多线换乘车站，站厅及站台划为一个防火分区。该防火分区总面积为15296 m2，其中1、5号线站台面积为3256 m2，4号线站台面积为1612 m2，站厅公共区面积为10428 m2。
设计时根据《城市轨道交通技术规范》（GB 50490—2009）第7.3.18条第4款的规定，多线换乘车站共用一个站厅公共区，且面积超过单线标准车站站厅公共区面积2.5倍时，应通过消防性能化设计分析，采取必要的消防措施。
（2）性能化防火研究方法。
设置防火分区的主要目的就是防止火势的蔓延扩大，减小火灾损失，在着火分区外为疏散人员提供相对安全的避难区域。大型多线换乘车站的站台和站厅公共区面积远远超过单一车站的公共区面积，若划分为一个防火分区，对防止火势的蔓延扩大是极为不利的。但从使用功能方面考虑，采用防火墙等措施进行防火分隔会严重影响车站的视觉通透性和使用便捷性，且在发生火灾时不利于人员快速、顺畅地疏散。(https://www.daowen.com)
因此，在保留防火分区的划分方法时，应加强地下一层国铁出站层、地下二层站厅层，以及地下三层、四层站台层的消防设施，并验证其是否满足安全要求。
①地下一层国铁出站层。
采取安全措施保证地下一层国铁出站层为相对安全的“准安全区域”。所谓“准安全区域”，是指介于室外绝对安全场所和室内火灾隐患场所之间，供火灾时人员短暂停留而不至于受到火势影响的场所。对该假设条件在国铁站房的性能化分析中进行相关的分析论证，为了加强地下一层的安全性，在连接地下二层站厅和地下一层的楼扶梯周围设置两步降的防火卷帘。在发生火灾时，本案例中的站台层及站厅层大部分人员首先疏散至地下一层的国铁出站层再疏散至室外。
②站厅层。
站厅层的防火设计具体应满足以下要求：a.站厅层设置自动喷淋系统；b.站厅内增加两部直接通向地面的疏散楼梯；c.站厅公共区与长通道之间加防火卷帘以控制火势蔓延，防火卷帘的最终落下要靠人工确认控制；d.站厅层防烟分区面积不应大于2000 m2，每个防烟分区采用挡烟垂壁或钢筋混凝土梁进行分隔，挡烟垂壁高度不小于500 mm，挡烟垂壁应采用燃烧性能为A级且耐火极限不低于0.5 h的材料；e.站厅层采用透空率不小于30%的透空吊顶，以增加蓄烟能力，排烟口设置在吊顶内，挡烟垂壁应升至结构板底；f.站厅层应根据性能化防火设计研究结果合理设计机械排烟系统的排烟量，减小火灾过程中烟气的沉降速率，为人员疏散赢得更多可利用时间；g.站厅层不得布置商业或其他固定可燃物。
③站台层。
站台层的人员要通过站厅层进行疏散和逃生，因此要防止站台层内的烟和热进入站厅层。在楼梯和扶梯周边应采取合理的防烟分隔措施，以阻挡烟气通过楼梯开口向上蔓延扩散。
站台层的人员包括乘坐车辆到达的乘客及在站台候车的乘客等，人员数量多，疏散压力大。而各站台层的自动扶梯、楼梯等的疏散宽度有限，若在这些部位采用防火卷帘结合防火门的措施进行防火分隔，将会导致本已极为有限的疏散宽度得不到充分利用。因此建议在站台层与站厅层之间的连接楼梯两侧设置紧急情况时可以下降到底的挡烟垂壁控烟，两个站台层之间的换乘楼梯处采用防火卷帘。应采取的具体措施如下：a.在站台层与站厅层之间的连接楼梯处，楼梯口两侧设置防火卷帘，开口设置挡烟垂壁，挡烟垂壁高度不小于500 mm；b.站台发生火灾时，应保证站台的楼梯和扶梯口处具有能够有效阻止烟气向站厅蔓延的向下气流且气流速度不应小于1.5 m/s；c.两个站台层之间的换乘楼梯采用防火卷帘分隔；d.自动扶梯的传动设备、结构及装饰件等应采用不燃材料或低烟无卤阻燃材料；e.站台层不得布置商业或其他可燃物。
（3）火灾场景模拟。
①火灾场景一：站厅非付费区。
火灾场景一设在地下二层站厅非付费区，火源位置如图4.17所示。可燃物为乘客携带的行李，热释放速率最大值为1200 k W，考虑1.5倍的安全系数，因此本场景中最大热释放速率为1800 k W。火灾增长类型为快速t2火，热释放速率曲线如图4.18所示。本场景中主动灭火系统动作、机械排烟系统动作。
图4.17 站厅层火灾场景火源位置示意图
图4.18 火灾场景一热释放速率曲线图
设计目的：分析主动灭火系统和机械排烟系统动作的条件下，站厅内发生火灾时烟气的蔓延规律，考察火源处疏散楼梯不可用的情况下，火灾烟气是否会威胁到站厅内的人员安全疏散。
②火灾场景二：1、5号线站台端部。
火灾场景二设在地下三层1、5号线站台端部，火源位置如图4.19所示。可燃物为乘客携带的行李，热释放速率最大值为1200 k W，考虑1.5倍的安全系数，因此本场景中最大热释放速率为1800 k W。火灾增长类型为快速t2火，热释放速率曲线如图4.20所示。本场景中主动灭火系统动作、机械排烟系统动作。
图4.19 站台层火灾场景火源位置示意图
图4.20 火灾场景二热释放速率曲线图
设计目的：分析1、5号线站台上发生火灾时烟气的蔓延规律，考察火源处疏散楼梯不可用的情况下，火灾烟气是否会威胁到站台上的人员安全疏散。
3）结论
通过对合肥南地铁站内部建筑结构及人员荷载的分析，在站厅层及1、5号线站台层设置了火灾场景，并确定了各火灾场景的火灾荷载和增长速率。各火灾场景的具体设置见表4.4。
表4.4 火灾场景设计结果
根据模拟结果，为解决站厅公共区面积过大和疏散距离长的问题，站厅层需采取以下消防加强措施：①站厅层增设自动喷淋系统；②站厅内增加两部直接通向地面的疏散楼梯；③站厅公共区与长通道之间加防火卷帘；④站厅层总机械排烟量不应小于480000 m3/h，将站厅层划分为5个防烟分区，每个防烟分区面积不大于2000 m2，挡烟垂壁高度不小于500 mm，挡烟垂壁应采用燃烧性能为A级且耐火极限不低于0.5 h的材料。