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有关上海虹桥综合交通枢纽建筑防火设计

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 摘要:以上海虹桥综合交通枢纽为实例,对大型综合性交通枢纽建筑的防火设计思路、方法进行了思考。以大跨度、高空间、长距离以及通透性为特点的此类建筑寻求建筑特点、功能要求与防火安全需求的协调统一。就建筑中存在的防火区划、安全疏散、钢结构防火保护、烟气控制等问题提出了以“断、空、通、畅”四字设计方法作为防火设计的策略。
  关键词:综合性交通枢纽;防火设计;安全疏散
目前,国际上的一些交通建筑已经形成了综合性、集成化的设计趋势,特别是大型的交通建筑,如法国戴高乐机场是轨道交通、铁路与航空的枢纽,德国的汉堡中央火车站是铁路、公路的换乘站,其“交通枢纽”、“零换乘”、“综合性”等设计概念得到了充分的展现。上海虹桥综合交通枢纽(以下简称“虹桥枢纽”)是面向全国,以服务“长三角”为目标的超大型、世界级交通枢纽,其规模之大在国内尚属首座,在国际上也属罕见。虹桥枢纽是典型的交通枢纽建筑,具有两大特点:一是综合性,集“轨、路、空”三位一体的交通综合体。轨— — 高铁、城际铁、磁悬浮列车(以下简称“磁浮”)、地铁等各种轨道类交通;路—— 公交、长途、出租车、私家车等各种路面交通;空— — 虹桥国际机场,航空运输。二是枢纽性:体现为不同交通方式之间大量的中转换乘。如:机场~ “磁浮”,机场一铁路,“磁浮”一铁路,以及所有各类交通方式之间的连接与换乘。
  大型的综合性交通枢纽由于自身交通功能的多样性,人流量巨大,对商业、餐饮、信息、服务、机电设备等配套设施的全面性需求也自然较高。这类建筑主要运用大空间的设计手法来实现功能需求。建筑仅满足交通功能需求就必须要有巨大的体量,还有为之配套的设施或因之产生次生功能,如商业、商务等,使得功能变得更加复杂,建筑设计师也就必然最大程度地让建筑“向上借天、向下借地”以尽可能地挖掘用地范围内的建筑空间。此时的综合性的交通枢纽建筑早巳不是普通的多层建筑,而变成了一座有地下空间的高层建筑,而且建筑体量巨大。虹桥枢纽就是充分展现了这样的特点,其功能多、体量大、人员密集为建筑的防火设计也带来了许多的新课题、新挑战。虹桥枢纽功能区块剖面图见图1所示。
  虹桥枢纽基本概况.虹桥枢纽的建筑情况虹桥枢纽建设在上海虹桥机场以西,自虹桥机场二期跑道始由东至西依次为虹桥机场西航站楼、东交通中心、“磁浮”车站、高速铁路站屋和西交通中心,地下有轨道交通站点两座。西航站楼设有75个机位,京沪高速铁路站设有I5个站台,轨道交通线5条,交通中心内设有汽车长短途客运站。虹桥枢纽长约1 000 1TI,宽约160 m,地下4层、地上2层、局部8层,航站楼上部还设有商业建筑,总建筑高度达45 m。虹桥枢纽平面图见图2所示。1.2 虹桥枢纽防火设计主要面临的挑战. 安全疏散建筑内人员高度密集,人流量大,人员对环境熟悉度低,要确保人员安全疏散难度大。虹桥机场西航站楼规划的目标是在一期满足旅客吞吐量5.7万人次/日,并预留未来发展到8.2万人次/日的能力;地铁东站设在东广场内,有2号线与10号线两条线路经过,服务于机场和“磁浮”站,日客运量为6.4万人次;“磁浮”虹桥站是我国首个大型“磁浮”客运站,定位为始发终到高速站,日旅客量2~6万人次;铁路旅客日流量5.2万人次,整座建筑的日人流量在23.3万人左右。
  这样巨大人流量,如何在紧急状态下进行分区域疏散,如何保证疏散人员获得畅通的疏散路径并避免烟气、火焰等威胁都是防火设计中需要解决的。
   防火区划建筑内部防火分区划分困难,大体量建筑内部空间的防火区划是限制火灾蔓延的有效手段,同时还为分段疏散提供必备的建筑空间条件,建筑采用大空间的设计手法,在设置防火分隔设施时就存在难度。同时交通换乘的连贯性、通畅性也对防火分区的理念提出了很高的要求,传统意义上的防火墙、甲级防火门甚至是防火卷帘都会或多或少地影响到建筑功能的实现。
   钢结构保护钢结构防火保护如何实现“经济、安全、美观”。传统的钢结构防火保护形式产生了次生问题,建筑内部空间以钢结构的构造美来代替传统的室内装修,减少很多的装修材料,但是钢结构的防火保护与展现钢结构的结构美产生了矛盾。钢结构的防火涂料具有一定有效期,过期之后的清除再喷涂是一项艰巨的工程。
  烟气控制大空间、大体量建筑中烟气的控制和排放的设计是很具挑战性的,对于大空间建筑内烟气的产生和运动规律的研究、分析,具有以下的特点:
  燃料控制火灾,大空间建筑内供氧充足,火源会稳定燃烧,烟气产生量主要由可燃物特点决定,但不会发生轰燃。
  烟气控制难,容易层化。目前性能化设计中对着火点的火灾规模都取值较大,但实际也会出现火灾规模较小、烟气在较低的高度层化的现象,直接影响人员安全疏散所需的清晰高度,增大了人员疏散的危险性。
  建筑空间高大,烟气容易扩散弥漫,着火点所在区域的空调系统联动关闭,但相邻区域的空调系统仍在运行,造成层化后的烟气加速水平向扩散。2 防火设计的策略虹桥枢纽的特殊性决定了必须要打破“处方式规范”
  具体条文限制的思维方式,从确保安全疏散、尽可能降低建筑的火灾危险性和火灾荷载,控制火灾(烟气)对建筑安全、财产危害程度,高效探测火灾、扑灭火灾的思路上确立防火设计原则。“以人为本”是建筑设计的出发点也是落脚点,防火设计是建筑设计的一个组成部分也同样遵循这样的规律,同时保障虹桥枢纽中大量人员的安全,也是防火设计的首要重点。因此,笔者对于虹桥枢纽的防火设计,提出了“断、空、通、畅”的四字方法。
  “断”虹桥枢纽长l 000余米,宽160余米,地下4层,地上层,对于如此大体量的建筑,结合建筑内部主要交通功能区域的设置,防火设计中引入了“断”的理念,也就是分段防火,互免干扰,分段防火,互为保障。
  各功能有联系,流线设计上是无法断开的,即航站楼、轨道交通站、高速铁路站、“磁浮”站等各功能区域既是相对独立又是相互联系的。平面布置时从功能上加以集成,交通功能为核心、辅助配套功能为外围形成功能区块,区块之间设计联系通道,自然形成了既断又连建筑平面。联系通道就可以作为防火的隔离带,由于防火隔离带从功能上确定了其仅作为交通联系通道,因此增大了其不被占用的可能性,交通功能区块关系见图4所示。虹桥枢纽除联系通道外,还通过采用下沉式广场、市政道路、室外连廊等方法对建筑体按功能进行分块、分段。如地下9.5 m的联系通道贯穿三大功能块应通过下沉式广场进行隔断;通过设计纯粹的交通连廊,将航站楼、“磁浮”站、铁路站屋以及汽车客运站等主要交通功能区域分段;对于地铁站的布局,由于其设置在地面标高以下,垂直向分隔是其与其他交通功能区分隔的主要问题,设计中利用了首层穿越建筑的市政道路、铁路站台等室外设施进行分隔。这样既保证了虹桥枢纽各个交通功能区之间相互独立,又能确保了换乘人流设计连续、高效。
  在各功能区块内部建筑空间中,通过防火隔离带的方式来实现“断”。防火隔离带作为建筑内部的防火分隔措施,经过相关热辐射验算和计算机模拟分析后,得出科学的隔离带带宽,能够有效地防止火灾经热对流、热辐射的途径蔓延扩大。防火隔离带的设计除了在空间上确保物理间距外,还可通过采取一些加强措施来进一步提高安全系数,如隔离带内的自动喷水灭火系统可以独立设置喷淋泵组或湿式报警阀、划分独立的防烟分区和设置独立的排烟设施等,如果隔离带上设置了吊顶,则需要考虑到吊顶内部要做好防火分隔。这些方法可以根据建筑的实际情况按需选用。
  “断”的设计思路基本解决了建筑内部火灾蔓延的问题,以隔离带的形式进行防火区划,同时实现“断”的一些空间区域作为准安全区域,为“分阶段疏散策略”提供了有利的条件。
  “空”的主要含义:一是形成高大的室内空间,降低火灾产生烟气对人员安全疏散的影响;二是减少建筑物内部的用房数量,使建筑内部空间空荡,如售货亭、仓库、储藏间以及交通站所必需的办票、问询等功能用房数量应严格控制;三是减少功能用房内部的可燃荷载。
  如此大型交通枢纽,问询、商业及工作人员用房中尤其以商业用房火灾危险性高。因此,商业用房应尽量定位在小型化和分散布置,遵循化整为零、控制火灾荷载的原则。这些用房按照“防火舱”的模式进行设计是比较可行的。虹桥枢纽中的一些商店、办票岛、贵宾休息室及餐饮等房间,一般都设有顶棚,可供设置火灾自动报警系统探测器、自动喷水灭火系统的管网和喷头以及机械排烟的排烟口,通过把火灾控制在这个范围内达到防控火灾、减低危险的作用。如果不设顶棚而仅有侧维护构建的用房,则应尽可能减少可燃物,以减少火灾规模和发烟量,有利于火灾扑救、人员疏散和钢结构保护。防火舱防火措施示意及实例见图5、图6所示。
  虹桥枢纽中高铁站、“磁浮”站、航站楼的室内空间及其间的联络通道尽可能减少建筑内部可燃物的火灾荷载、减少人员能过长时间停留的区域(长时问停留容易形成本区域和周边区域的人流集聚)。建筑以大空间的设计手法处理内部空间,保证内部空间的层高,一般均在以上。 2.3 “通”
  虹桥枢纽建筑中有大量的中庭、挑空空问,或直通屋顶、或紧靠外墙,还有一些下沉式广场、内天井等,这些空间能够借助于自然排烟窗、可开启天棚等措施简便地实现室内外空间的贯通、,把室外空间引入建筑内部空间,有效地化解了建筑大进深、长距离等难以划分防烟分区、设置排烟口以及设计机械排烟量巨大等工程技术难点。
  虹桥枢纽主要采用“通”的设计方法来实现建筑内部气流组织、烟气控制。虹桥枢纽的建筑空间结构形成了“上下贯通”气流通道,尽可能形成下送(补)上排的烟气流路径,提高了自然排烟的效果。
  “畅”建筑内平面设计上将功能用房规律布置,用带状的功能用房区域将建筑平面自然划分成一条或多条人流主通道,功能用房带内部通道作为联系各条主人流通道的次通道;另一种平面设计手法就是围绕建筑内部的中庭设置环通的通道,避免尽端式的交通通道。
  建筑内部的主人流通道贯穿和通透使空间达到“畅”
  的效果,人员疏散可以争取到更好的逃生环境、逃生时间,也能更好地发挥人员逃生的自主性。人员逃生的自主性也就是人员在对所处环境的火灾风险做出判断后,依据判断自主选择最佳逃生路线,确保自身安全。
  形成畅通的网络状交通、疏散路径有利于实现以下三个防火设计目标:
  一是保障人员的安全疏散。人流主通道视觉效果上的通透,便于人流快速寻找、确认疏散方向进行疏散;主通道安全疏散路径和常态交通流线一致,减少了人流路线的交叉,且发挥了人流对路径熟悉的有利因素;主通道宽度大,提高了人员疏散的速度和效率。
  二是保障消防力量的内功灭火。如此庞大体量的建筑火灾扑救时外围的灭火进攻无法奏效,必须展开内攻灭火。人流主通道作为灭火进攻的展开阵地,功能用房带、网络化的人流通道可以提供一个进攻、防御纵深。同时“把室外空间引入建筑内部空间”的自然排烟设计也为灭火进攻增加了安全性。
  三是保障了防火隔离带形成。由于建筑内的功能用房集中布置在特定区域内,形成了仅作交通使用的人流通道,这就在建筑平面内自然形成了防止火灾热辐射的空间,也就是自然形成的防火隔离带。
  结束语图7表明了“断、空、通、畅”与防火保护关系。“断、空、通、畅”四字方法从建筑体量控制、烟气排放、功能用房和火灾荷载控制,到人员疏散保障是一个系统,在这个系统中各种方法、措施都是直接或间接地为保障人员安全而发挥作用,实现“以人为本”的防火设计原则。 

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