地铁站厅层人员疏散安全问题研究

地铁站厅层人员疏散安全问题研究

1地下疏散通道距离延长随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的加快，城市人口的增加趋势正在增加。为了缓解城市空间的紧张和城市交通的拥堵，各种地下商业建筑和地下轨道交通相继出现。近年来,很多城市在筹建地铁站时,往往将站厅层与人防工程相融合,平时作为地下商场、商业街使用,紧急情况下作为人防工程。此类站厅层建筑面积大、结构复杂、安全出口设置困难、人员密集、可燃物多,一旦发生火灾,火势发展快,烟雾较难排出,导致灭火救援和人员疏散难度较大,容易造成群死群伤的恶性事故。例如1983年8月16日,日本名古屋地下街地铁站因变电所起火,在站厅层地下街和月台3000平方米范围内,浓烟滚滚,消防队调动了37辆消防车和3辆排烟车,在救火过程中3名消防队员死亡,3名救援队员受伤,大火烧了3个多小时。据不完全统计,我国地铁自1969年相继投入运行以来,至2007年共发生火灾156起,其中重大火灾3起,特大火灾1起。对于此类含有地下商场或商业街的地铁站厅层的消防设计,发生火灾时,人员能否使其中的人员迅速安全疏散是其中最重要的一环。目前,在地铁站厅层商场消防设计中,时常出现地下疏散通道距离过长的问题。近年来,为了解决此类问题,往往基于消防安全工程学的思想,采用火灾风险评估的性能化防火设计方法。即,综合分析该建筑的使用功能、可燃物载荷及其分布、人员载荷及其分布、主动与被动防火措施、结构形式等因素,模拟分析可能发生的火灾发展过程与人员在其中的疏散过程,通过各环节的优化设计,最终实现火灾安全目标、火灾损失目标和设计目标良好结合,这种方法有助于实现火灾防治的科学性、有效性和经济性的统一。笔者将以某地铁站厅层商场为例,利用成熟的模拟软件对烟气运动和人员疏散过程进行模拟,分析其安全性,为此类地下商场的设计提供科学指导。2疏散通道距离及安全场景的确定地铁站厅层商场通常面积较大,作为城市交通的重要节点,大都位于城市已建城区的广场或者道路下方,导致该类建筑结构往往具有的一项共同特征:地面的安全出口与地下商场的安全疏散门之间的距离较远,地下疏散通道狭长。例如,某在建地铁站,属于典型的站厅层商场构造,地下一层站厅层设计为商场,地下二层为站台层,其地下疏散通道的距离从10至43米不等。《建筑设计防火规范GB50016-2006》第5.3.13条规定,在除托儿所、医院、学校等民用一、二等级建筑内,直接通向疏散走道的房间疏散门至最近安全出口的距离不应超过40米。《人民防空工程设计防火规范GB50098-98》第5.1.4条规定,在人防工程内除医院、旅馆外,其他场所房间门至最近安全出口的最大距离同样为40米。该在建地铁站虽然设计时已尽可能缩短疏散距离,但是其人员疏散通道最大距离仍为43米,不符合规范要求。地铁站厅层商场为同时满足商场、地铁站、人防工程的使用功能,疏散通道距离过长是目前设计中普遍遇到的问题,按照规范的强制性要求,此类设计方案无法通过消防设计审核。然而,正如前文所述,对于该地铁站的具体建筑结构及其防火系统,疏散通道长度是整个防火系统的一个重要因素,笔者拟利用火灾风险评估与性能化防火设计理念,对其疏散安全性进行评价,从而判断该疏散通道长度条件下的安全性。首先,通过建筑内的各类危险源辨识,分析可能发生的火灾,设计火灾场景;其次,针对其中最不利条件下的火灾场景,利用火灾场模拟软件FDS(FireDynamicSimulator),对相应的烟气运动情况进行模拟计算,针对人员能否安全疏散的关键位置(如疏散门、安全出口),分析该位置上的温度、热辐射强度、烟气能见度、CO含量等数值随火灾发展的变化特性,进而采用火灾风险评估与性能化防火设计中常用的危险判据,确定该火灾场景下可供人员疏散使用的时间(ASET);然后,利用人员疏散工程软件BuildingExodus对相应火灾场景下的疏散过程进行模拟计算,获取人员疏散至安全区域所需要的时间(RSET)。将可供人员疏散使用时间(ASET)和疏散需要的时间(RSET)进行对比,即可判定该火灾场景下人员能否安全疏散,由此确定该超长疏散通道是否能保障人员的安全疏散,判定该消防设计方案是否安全。3典型火灾场景下可供疏散量计算结果图1给出了某地铁站厅层商场为研究对象,选取其疏散距离过长的防火分区,利用模拟软件FDS建立的火灾模型,并给出了用于分析危险来临时间的关键位置,其中火源位于图中左下角,通过对该地铁站厅层商场内存在的可燃物载荷等分析,设计可能发生的火灾为商场内的图书超市起火。为分析该防火分区安全出口长疏散通道的安全性,本文设计了三个场景:场景1假设长疏散通道与商场之间的防火门敞开,消防系统正常工作,最大火源功率3.6MW;场景2假设防火门关闭,消防系统正常工作,最大火源功率3.6MW;场景3假设疏散通道处防火门全部开启,防火分区内消防措施失效,最大火源功率20MW。基于这3个火灾场景,通过FDS烟气模拟及BuildingExodus人员安全疏散分析,最终算出的可供人员疏散使用时间(ASET)和疏散需要的时间(RSET),如表1所示。图2和图3分别为计算得到的典型工况下烟气运动和人员疏散情况示意图。图4和图5分别给出了场景3中各测点所算出的2m高处烟气能见度变化和疏散通道内不同位置上的烟气能见度变化,其中能见度10米是火灾风险评估中常用的能见度临界判据,能见度低于10米即视为烟气过浓,人员因视线受阻而无法疏散。由图4和图5可见,采样点一至四测量到的能见度危险时间差距较大,但是长走廊内5至15米位置处的能见度差别并不明显。由表1可见,本文设计的三种火灾场景下,防火分区达到危险状态的最短时间ASET为324s。依据人员安全疏散模拟结果,人员疏散所需时间RSET为221s,ASET>RSET,按照性能化设计思想,判定人员可以安全疏散。仔细分析疏散过程还可以发现,所有人员在140秒时已经完全通过防火门并主要集中在楼梯口,如图6所示,此后相当长一段时间(81秒)内人员都处于楼梯口的缓慢移动过程,直到人员完全离开安全出口时(221s),测试点二仍未达到危险状态。由此可见,此时火灾烟气不会对疏散通道内人员造成影响,即该疏散通道在设定的火灾场景下是安全的。通过前面的模拟计算表明,在选定的防火分区内,虽然疏散距离超过了规范设定的40米,但是通过对典型火灾场景下的烟气分析与人员疏散分析,可见,人员都能在火灾达到危险状态前安全疏散完毕,该设计方案满足人员安全疏散的需求。在此类地铁站厅层商场设计中,虽然部分疏散通道的距离可能超过规范设定的上限,但是利用火灾风险评估与性能化防火设计的理念进行模拟计算分析,可以判定人员能否安全疏散,能否实现既定的安全目标,这将为地铁站厅层商场的消防设计提供重要的科技支撑。4基于网络安全的站厅层火灾模拟研究地铁站厅层商场人员能否安全疏散对地铁站的消防设计至关重要,部分商场内狭长的地下通道超过了国家相关规范允许值,本文以某地铁站厅层商场为例,基于消防安全工程学的理念,采用火灾风险