□□ 李 娜 (太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030024)

引言

随着我国经济的快速发展和人们对美好生活的需求，轨道交通发展迅猛，高铁站应势大量兴建。而曾经为城市带来繁荣经济和作为城市地标性建筑的老火车站，却因其落后的外观和车站内部设施、外部交通疏导系统的不完善严重阻碍了其正常功能的发挥。多数老火车站因其人员流动量大，结构复杂，内部可燃物分散，火灾风险高，造成的人员伤亡、财产损失和社会负面影响远高于其他公共场所，因此，其消防系统设计与改造显得尤为重要。

1 工程概况

某火车站始建于1975年，1993年晋升为客运特等站，1994年扩建高架候车厅，后经多次建筑装修、改造维修及局部改扩建，高架候车厅内现有消防构造和设施基本处于失效状态，火灾时不能有效联动控制，威胁室内人员安全，需根据现行消防相关标准并结合候车厅现状和业主使用管理要求对消防系统进行改造升级。

根据火车站高架候车厅的使用管理要求，甲方希望实现内部空间连通开阔、空间布局灵活多样、整洁舒适和宽敞明亮的现代化候车厅改造要求；考虑施工期间，候车厅仍然要满足使用要求，消防系统改造应尽量降低对候车厅日常运营的影响，在保护城市历史建筑的前提下满足消防安全要求。

2 现状问题分析

2.1 防火分区

高架候车厅中间为连通东西向出口的中央通道，南、北两侧四个候车厅对称布置，总建筑面积约为13 480 m2，如图1所示。每个候车厅为独立防火分区，防火措施复杂，不满足现代交通枢纽建筑的使用要求。若将整个高架候车厅划分为1个防火分区，防火分区面积远大于TB 10063—2016《铁路工程设计防火规范》中每个防火分区建筑面积≯10 000 m2的规定。

图1 平面示意图

2.2 疏散长度

为缓解火车站原西入站口运行压力、方便市民出行和配合火车站以东的整体城市规划，后期在中央通道东侧增加东入站口。TB 10063—2016规定：防火分区内疏散出口之间房间门距离安全出口的距离均<50 m(设置自动灭火系统)，位于袋形走道两侧或尽端的房间门距离安全出口的距离均<25 m(设置自动灭火系统)满足安全疏散距离的要求。高架候车厅中间设有连通站房及通往东站台的中央通道，中央通道全长为112 m，超过疏散距离的限值50 m，需要对中央通道疏散距离的安全性进行分析。

2.3 疏散人数

计算方法一：按TB 10100—2018《铁路旅客设计规范》中5.3.1规定，候车区(厅、室)总使用面积应根据最高聚集人数按≮1.2 m2·人-1计算。特大型、大型铁路客站候车区(厅、室)的使用面积应在计算结果的基础上增加5%；GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)规定，商店的疏散人数应按每层营业厅的建筑面积乘以人员密度(0.43～0.6人·m-2)计算，则高架候车厅总疏散人数为7 509人。

计算方法二：根据火车站运营部门提供的实时数据，火车站目前最高峰人数为4 626人；增加10%安全余量，乘客人数约为5 088人，工作人员占乘客人数的4%，人数约为203人，则高架候车厅总人数为5 291人。

因该市已新建高铁南站，高铁西站也在规划建设中，该火车站的旅客数量远小于按方法一的计算值，采用火车站运行数据更为合理，则高架候车厅总人数约为5 291人。

2.4 疏散宽度

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)中规定，旅客使用的疏散楼梯应满足0.65 m·百人-1的要求，并>1.6 m。高架候车厅南、北侧各4个安全出口，东侧1个安全出口，西侧2个安全出口，共计11个安全出口。经实地测量计算，疏散楼梯总宽度为34.9 m。

计算方法一：疏散宽度为7 509×0.65÷100=48.8 m，不满足GB 50016—2014的要求。

计算方法二：疏散宽度为5 291×0.65÷100=34.4 m，满足GB 50016—2014的要求。

根据上述2.3节内容，火车站运行的人数按5 291人设计时，需要疏散宽度34.4 m，当前宽度34.9 m，满足GB 50016—2014的要求。

2.5 消防设施

高架候车厅当前执行CECS 263—2009《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》，使用自动扫射水高空水炮灭火装置；根据甲方意见，考虑施工期间，候车厅仍然要满足使用要求，消防改造尽量降低对候车厅的影响，建议保留消防水炮系统。根据GB 51427—2021《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》中3.1.1规定，消防水炮的适用范围应>8 m，高架候车厅现状净高为6.2 m，消防水炮安装高度为6 m，不满足GB 51427—2021的要求，高架候车厅自动灭火系统应改造为自动喷淋灭火系统。

高架候车厅目前采用自然排烟，但因候车厅的外窗和中央通道的天窗，设置在高处不便于直接开启，火灾时不能满足自然排烟的面积和控制要求。此次改造若采用机械排烟，新增排烟风管会降低室内净高，增加结构网架荷载，且需增设排烟风机房，投资造价高，施工影响范围大；采用自然排烟，可利用原有外窗，增加可开启面积，排烟窗有效开启面积满足GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的要求。

3 消防系统改造方案

在进行建筑防火设计时，要依据建设工程的使用功能和消防安全要求，保护生命财产、使用功能和环境不受火灾有害影响。建筑性能化防火设计是以消防安全工程学理论为基础，与传统处方式防火设计的区别见表1。通过对比分析，此次消防改造方案采用性能化防火设计方法设计。

4 性能化防火设计

在建筑消防安全评估时人员的安全疏散是在火灾中有毒气体和高温烟气未达到危害室内人员生命状态之前，将建筑内的人员能疏散到室外安全区域的行动。人员能否安全疏散取决于可用疏散时间ASET和所需疏散时间RSET，如果ASET>RSET，则可认为在设定的火灾场景下人员疏散是安全的。

4.1 人员疏散模拟

进行人员疏散数值模拟时，首先应根据建筑功能确定室内人员数量、行走速度、人员比例和疏散楼梯、安全出口的等效宽度等相关参数；再结合火车站候车厅的使用功能、空间平面特征和人员流动特点等确定3个疏散场景。疏散场景是为找出发生火灾后影响人员安全疏散的最不利因素，并提供合理的人员疏散策略等参考意见，如图2所示。

图2 人员疏散策略图

采用Pathfinder软件进行数值模拟，人员疏散行动时间的安全系数取值1.5，可得到3个人员疏散场景的所需疏散时间RSET，见表2。

表2 人员所须疏散时间RSET汇总表

通过人员疏散策略图和数值模拟分析可知：

(1)候车厅人员数量多、密度大和人员构成复杂，容易出现拥堵、踩踏现象。火灾时，值班安全员应引导候车厅人员直接从南侧和北侧的8个出口疏散至室外安全区域，中央通道的人员直接从东侧和西侧的3个出口疏散至室外安全区域，相互之间不要发生人流交叉。

(2)候车厅与室外月台高差大，人员在疏散楼梯上的行走速度远小于室内水平疏散速度，疏散至安全出口时会有大量人员拥堵在楼梯上，增加了疏散时间，值班安全员应引导人员有序疏散，避免事故发生。

4.2 火灾烟气蔓延模拟分析

火灾时建筑物内人员的危害，主要为烟气的毒性(CO、CO2、HCN、SO2等)和高温热辐射作用，烟气的遮光性造成人员能见度的下降也是影响人员安全疏散的重要因素。对建筑内人员安全疏散，一般烟气安全判定指标为：烟气温度应<60 ℃，能见度应>10 m，CO浓度应<500 ppm。

Pyrosim火灾烟气模拟软件是专门针对火灾模拟而开发的CFD软件，简单易用，对于一些比较常见的火灾场景，如建筑室内火灾等，可以直接用来模拟分析火灾时人员可用疏散时间ASET。建筑防火设计时人员是否能安全疏散，需要将不同火灾场景下满足人员疏散烟气温度、CO浓度、能见度时的可用疏散时间ASET与所需疏散时间RSET分析比较，判断其安全性。人员疏散安全性判定结果见表3。

表3 人员疏散安全性判定表

通过对表3人员疏散安全性判定的数据比较可知：

(1)火源位置位于候车厅、中央通道的商铺和北侧走道的办公室内时，设定火灾场景下，自动灭火系统和排烟系统能有效开启，着火点所在候车厅防烟分区内人员的可用疏散时间ASET>1 800 s，人员所需疏散时间RSET为975～1 230 s，人员有充分时间疏散至室外安全区域。

(2)经Pyrosim火灾烟气模拟软件模拟，在部分消防设施失效的时，1号候车厅内着火点所在防烟分区内的可用疏散时间ASET为120 s，而所需疏散时间RSET为92 s，ASET>RSET建筑内人员能够在火灾危险来临之前，首先通过分区疏散至相邻安全的防烟分区，再疏散至室外安全区域；而其他防烟分区在安全出口附近的温度、CO浓度和能见度均满足疏散要求。

5 结语

通过采用性能化防火设计的方法，结合某火车站现状和甲方的的改造要求，提出了合理的消防改造方案。为了降低火灾危险性又采取了一定的加强措施，包括为弱势群体设置防火隔间，提供相对安全的避难房间；中央通道增设防火防火隔离带，降低火灾时各候车厅之间的影响；在安全通道内的商铺设置为防火仓，隔绝商铺的火灾危险对安全通道的影响；同时提出了日常管理建议，保证火灾时消防设施能有效发挥作用，人员能安全有序疏散。