劉建芳

(武漢地鐵集團有限公司，430074，武漢//高級工程師)

隨著軌道交通建設經(jīng)驗的不斷積累，以及換乘站點的不斷增加，車站規(guī)模不斷擴大，車站功能更趨復雜化[1-3]。大規(guī)模地鐵車站在總體布局設計及防火設計中有一些特別之處。

1 武漢地鐵王家灣站建設背景

王家灣區(qū)域是漢陽最耀眼的商業(yè)中心，是繼漢口武廣、武昌中南漢街之后的“武漢商圈第三極”。根據(jù)武漢地鐵線網(wǎng)規(guī)劃，3號線由沌口開發(fā)區(qū)出發(fā)經(jīng)過王家灣后穿越漢江敷設至漢口宏圖大道，4號線由武漢火車站出發(fā)穿越長江經(jīng)過王家灣后敷設至漢陽黃金口，地鐵3、4號線分別穿越漢江、長江聯(lián)通武漢三鎮(zhèn)，是武漢地鐵鎮(zhèn)間骨架線路。3、4號線在漢陽大道與龍陽大道交叉口處的王家灣核心區(qū)域設置王家灣站，車站周邊商業(yè)林立，周邊客流量大，地下商業(yè)開發(fā)價值顯著，因此，除設置大型換乘站外還設計了大型物業(yè)開發(fā)，并設置連通道或出入口與周邊商業(yè)無縫對接。

2 大規(guī)模車站設計技術要點

2.1 總體設計布局

王家灣站位于武漢市漢陽區(qū)，漢陽大道與龍陽大道交匯處，為4號線二期工程與3號線一期工程的“十字換乘車站”，采用“上側下島十字節(jié)點”換乘形式。3號線為地下兩層，采用側式站臺，4號線為地下三層，采用島式站臺，兩線通過地下二層4號線轉換層兼換乘廳實現(xiàn)站臺-站臺便捷換乘。4號線車站長234.0 m，最大寬度為68 m；3號線車站站線長488.2 m，標準段寬度為44.5 m，車站總建筑面積為65 416 m2(其中包括物業(yè)開發(fā)部分建筑面積為9 667 m2)。物業(yè)開發(fā)位于車站地下一層，其中包括3號線配線上方區(qū)域及4號線外掛區(qū)域，與車站公共區(qū)及周邊商業(yè)融會貫通，大大提高了站點所在王家灣商圈的商業(yè)品質和用地效率。

本站共設置12個出入口：其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號5個出入口為連接站廳層，分別位于交叉路口4個象限內。其他出入口連接物業(yè)開發(fā)。Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ號出入口為3號線物業(yè)開發(fā)出入口，Ⅳ號出入口為4號線物業(yè)開發(fā)出入口，物業(yè)區(qū)與站廳層公共區(qū)連通，連通處設置防火卷簾。另外，車站東北角預留與數(shù)碼港商業(yè)接口，西南角預留與現(xiàn)代家具廣場商業(yè)接口。

本站共設置12組風亭，2組冷卻塔。其中，2、3、4、5、6、8、11號風亭為車站風亭，1、7、9、10、12號風亭為物業(yè)開發(fā)預留風亭；兩線車站合用冷卻塔位于3號線車站北端9號風亭處，商業(yè)冷卻塔位于3號線車站南端。

2.2 與市政高架同步規(guī)劃、設計、施工

王家灣站是國內首例市政高架與地鐵同步設計、同步建設的地上三層地下三層的大型立體交叉交通樞紐工程。地鐵車站與高架橋項目遵循同步規(guī)劃、同步設計、同步施工的原則。為避免資源浪費及重復占道、破壞路面，確保王家灣地鐵車站與高架橋項目均在2015年年底竣工，通過優(yōu)化地鐵車站各施工作業(yè)面與高架橋橋面架設的設計、施工步序及協(xié)同作業(yè)空間，以及采用特殊的鋼箱梁頂拉架橋工藝，解決了橋梁施工荷載控制地鐵頂板設計的難題，解決了市政高架與地鐵交叉施工的相互干擾問題，避免了由于建設不同步造成的工程浪費，取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，對城市市政與軌道交通和諧共建具有深遠意義。圖1為王家灣站站域空間關系圖。

圖1 王家灣站站域空間關系圖

2.3 首次將預應力結構應用于地下車站交叉換乘廳

王家灣站是漢陽地區(qū)重要的特色換乘站，交叉換乘區(qū)采用了大跨度、高凈空的設計方案，頂板凈跨達到26.6 m×23.1 m。常規(guī)結構型式難以實現(xiàn)，通過對結構的抗裂性、抗?jié)B性、耐久性、經(jīng)濟性、施工便利性進行論證比較，在地鐵結構設計中首次采用大跨度地下預應力結構，是國內真正意義上將預應力結構引入地鐵的首個地鐵車站。

2.4 高架橋樁基礎與車站結構采用分離式設計

王家灣地處商業(yè)中心地帶，考慮地面交通出行，將沿龍陽大道與漢陽大道的高架橋橋墩均設于路中。為解決高架橋基礎與地鐵車站結構的受力及變形協(xié)調問題，經(jīng)多方案比選，創(chuàng)造性地提出了隔離墻的概念，通過設置隔離墻將高架橋結構及基礎與地鐵車站完全脫離，很好地解決了高架橋與地鐵結構的受力及不均勻沉降問題。

3 大規(guī)模車站防火設計

大規(guī)模車站設計中一個核心的問題就是滿足消防的要求。根據(jù)《城市軌道交通技術規(guī)范》的要求，“多線換乘車站共用一個站廳公共區(qū)，且面積超過單線標準車站站廳公共區(qū)面積2.5倍時，應通過消防性能化設計分析，采取必要的消防措施”[4]。通過FDS+Pathfinder軟件分別對火災發(fā)展過程及煙氣控制過程進行數(shù)值模擬，對火災發(fā)生情況下的車站中人員疏散行動時間進行模擬計算。

3.1 火災場景模擬

利用FDS軟件對火災發(fā)展進行模擬，驗證是否達到防火的性能化設計目標[5]。根據(jù)設計方提供的CAD圖紙以及火災場景的設置情況，建立王家灣站的整體FDS模型[6]，見圖2。

圖2 王家灣站FDS模型

分別設置了地下一層站廳、地下二層和地下三層站臺發(fā)生火災后的煙氣發(fā)展過程，通過對有人員活動的地面2 m高處的能見度、溫度和CO濃度的結果分析，確定了各火災場景下的煙氣危險來臨時間[7]，見表1。

表1 火災情況下不同場景危險來臨時間

3.2 人員疏散模擬

人員疏散安全研究的具體判定準則是人員疏散時間tRSET小于危險來臨時間tASET，則疏散是安全的，疏散設計合理[8]；反之則不安全，需要修改設計?；馂闹懈鞣N時間關系如圖3所示。

(1) 疏散場景A：火災發(fā)生在地下一層站廳層Ⅱ出口附近[9]。該場景下，Ⅱ號出入口受到火災的影響無法用于人員疏散。地下二層和地下三層的乘客及工作人員通過自動扶梯與樓梯疏散到站廳層，然后與地下一層候車乘客及工作人員通過Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號站廳出口疏散到室外。

圖3 火災中各種時間關系圖

(2)疏散場景B：火災發(fā)生在地下二層站臺或地下三層站臺。該場景下，火災并未對疏散路徑造成影響，地下二層和地下三層的乘客及工作人員通過自動扶梯與樓梯疏散到站廳層，然后與地下一層候車乘客及工作人員通過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號出入口疏散到室外。

(3)疏散場景C：火災發(fā)生在地下三層4號線的列車內[10]。該場景下，這時列車緊急?？吭谡九_旁，列車上所有乘客下到站臺后與站臺候車乘客及工作人員通過自動扶梯與樓梯疏散到地下一層，然后與地下一層候車乘客及工作人員通過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號站廳出口疏散到室外。

利用人員疏散軟件Pathfinder對王家灣站進行了人員疏散時間的計算與分析，得到3個疏散場景中各區(qū)域需要的疏散行動時間taction，將疏散行動時間的安全系數(shù)k取為1.5，于是tRSET=+tresp+1.5×taction[11]。其中地鐵火災確認時間talarm和人員預動作時間tresp之和為120 s。通過計算最終得到3個疏散場景中的人員疏散出站廳的時間，結果如表2所示。

3.3 結果分析

(1)由于王家灣站內可燃物較少，并且站廳具有較大的蓄煙空間，因此當站廳公共區(qū)發(fā)生火災時，車站內的人員能在危險來臨前逃離危險區(qū)域，能夠保障人員安全疏散。當站廳內開啟所有排煙風機進行排煙后，能夠有效阻止站廳內的煙氣蔓延到出入口通道內。

表2 不同火災場景下人員疏散所需時間

(2)由于王家灣站內可燃物較少，并且站臺具有較大的蓄煙空間，因此當站臺公共區(qū)發(fā)生火災時，車站內的人員能在危險來臨前逃離危險區(qū)域，能夠保障人員安全疏散。當開啟站臺所有排煙風機進行排煙后，能夠保證站廳到站臺的樓扶梯口處具有不小于1.5 m/s 的向下氣流，有效阻止站臺內的煙氣蔓延到站廳內。

(3)當列車發(fā)生火災行駛到王家灣站時，且當隧道排煙風機有效動作時，具有較大排風量，能有效阻止煙氣蔓延到上一層，可以保障初期火災的人員安全疏散；當隧道排煙風機失效時，由于火災功率較大及列車人數(shù)較多，部分人員的疏散安全無法保證，因此，地鐵運營管理部門應切實加強排煙系統(tǒng)的維護保養(yǎng)，使得火災時可以有效動作。

(4)按照現(xiàn)行設計以及本報告提出的消防性能化措施，武漢地鐵王家灣站在發(fā)生較為不利的火災時，站內人員能夠在危險來臨前疏散到安全區(qū)域，其消防設計能夠滿足人員安全疏散的要求。

4 結語

大規(guī)模地鐵車站的建設能夠在有限的土地上最大限度地集約化利用土地，充分開發(fā)地下空間[12]。不同車站需要根據(jù)實際建設情況調整設計方案，本文以武漢地鐵王家灣站為例，為大規(guī)模地鐵車站的建設提供了實踐經(jīng)驗。