我國(guó)地下多層綜合交通樞紐安全性研究

我國(guó)地下多層綜合交通樞紐安全性研究

1地下綜合交通的特點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)源的定義1.1地下多層交通樞紐隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)城市規(guī)模日益擴(kuò)大。為了緩解地方交通系統(tǒng)的壓力，近年來(lái)，地下城市交通系統(tǒng)迅速發(fā)展，大型地方交通系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)展、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。多層地下綜合交通樞紐采用立體空間布置方式,將不同的交通方式沿高度分層,將車(chē)流和人流分開(kāi),往往會(huì)占據(jù)多層空間,建設(shè)總體規(guī)模很大。為了實(shí)現(xiàn)日常交通的流線(xiàn)組織,滿(mǎn)足日常運(yùn)營(yíng)要求,還需要餐飲、商業(yè)等配套設(shè)施。地下多層交通樞紐作為城市交通系統(tǒng)中的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn),集高速鐵路、城際鐵路、普通鐵路、長(zhǎng)途客運(yùn)、城市軌道交通、公交、出租于一體,人員密集,人員流動(dòng)性大。由于地下多層綜合交通樞紐匯集了大量的人流和車(chē)流,加之地下空間在先天上不利于人員的避難逃生與搶救,因此,一旦其中發(fā)生災(zāi)害事件則可能導(dǎo)致重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,并可能導(dǎo)致整個(gè)城市交通系統(tǒng)的癱瘓。綜上所述,地下多層綜合交通樞紐的安全問(wèn)題極為重要,應(yīng)該得到足夠的重視。鑒于地下多層綜合交通樞紐面對(duì)自然和人為災(zāi)害時(shí)的“脆弱性”,在安全上必須強(qiáng)調(diào)以預(yù)防為主,即預(yù)先辨識(shí)出潛在的危險(xiǎn)源,從而實(shí)施相應(yīng)的防范措施以杜絕或減少災(zāi)難得發(fā)生。盡管以往對(duì)于礦山、機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站和艦船的危險(xiǎn)源辨識(shí)的研究取得了一些有益的階段性成果,但是,由于地下多層綜合交通樞紐的特殊性,影響其安全的因素眾多,因此對(duì)其開(kāi)展多災(zāi)種危險(xiǎn)源辨識(shí)研究是必要和刻不容緩的。從地下交通系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的災(zāi)害事件進(jìn)行歸納總結(jié)可以發(fā)現(xiàn),火災(zāi)、炸彈和生化恐怖襲擊、水災(zāi)是最常發(fā)生的災(zāi)害性事件,此外,地下空間的地震災(zāi)害也不可忽視,因此,本文根據(jù)多層地下綜合交通樞紐的特點(diǎn),針對(duì)地下空間的火災(zāi)、水災(zāi)、爆炸生化災(zāi)害和震災(zāi)等四個(gè)災(zāi)種開(kāi)展了多災(zāi)種的危險(xiǎn)因素辨別研究。1.2危險(xiǎn)源分類(lèi)及控制危險(xiǎn)源是指一個(gè)系統(tǒng)中具有潛在能量和物質(zhì)釋放危險(xiǎn)的、在一定的觸發(fā)因素作用下可轉(zhuǎn)化為事故的部位、區(qū)域、場(chǎng)所、空間、崗位、設(shè)備及其位置。實(shí)際上,危險(xiǎn)源的種類(lèi)繁多、非常復(fù)雜,它們?cè)趯?dǎo)致事故發(fā)生、造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失方面所起的作用很不相同,相應(yīng)地,控制它們的原則、方法也不相同。根據(jù)危險(xiǎn)源在事故發(fā)生、發(fā)展中的作用,危險(xiǎn)源可劃分為兩大類(lèi),即第一類(lèi)危險(xiǎn)源和第二類(lèi)危險(xiǎn)源。系統(tǒng)中客觀(guān)存在的、可能發(fā)生意外釋放的能量或危險(xiǎn)物質(zhì)稱(chēng)作第一類(lèi)危險(xiǎn)源;導(dǎo)致約束、限制能量屏蔽措施失效或破壞的各種不安全因素稱(chēng)作第二類(lèi)危險(xiǎn)源。危險(xiǎn)源辨識(shí)是構(gòu)建地下公共空間安全體系的關(guān)鍵內(nèi)容之一。2多層地下交通的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)源2.1火災(zāi)荷載的計(jì)算第一類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)源包括可燃物、火災(zāi)煙氣及燃燒產(chǎn)生的有毒有害氣體成分。(1)可燃物火災(zāi)發(fā)生的可能性與嚴(yán)重性都與其中存在的可燃物有密切的關(guān)系,一般常用建筑內(nèi)的火災(zāi)荷載密度來(lái)評(píng)估建筑內(nèi)可燃物的危險(xiǎn)等級(jí)?；馂?zāi)科學(xué)中將著火空間內(nèi)所有可燃物燃燒時(shí)所產(chǎn)生的總熱量值稱(chēng)為火災(zāi)荷載,火災(zāi)荷載是預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的火災(zāi)大小和嚴(yán)重程度的基礎(chǔ),它可用一公斤的木材燃燒時(shí)的發(fā)熱量來(lái)衡量。(2)煙氣及有毒有害氣體統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:火災(zāi)中85%以上的死亡者是由于煙氣造成的,因此有毒煙氣的吸入是造成火災(zāi)中人員傷亡的主要原因。火災(zāi)煙氣的危害性主要表現(xiàn)在毒害性、減光性和恐慌性三個(gè)方面。2.2火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用為了防止建筑火災(zāi)的發(fā)生、減少火災(zāi)損失,人們總要采取各種消防對(duì)策和消防管理手段控制或改變火災(zāi)過(guò)程。但是絕對(duì)安全的系統(tǒng)是不存在的,總會(huì)存在一些隱患,導(dǎo)致了建筑發(fā)生火災(zāi)的可能。這些隱患從性質(zhì)來(lái)看,屬于第二類(lèi)危險(xiǎn)源。控制起火是防止或減少火災(zāi)損失的第一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),為此應(yīng)當(dāng)了解各類(lèi)可燃材料的燃燒特性,將其控制在危險(xiǎn)范圍之外。具體實(shí)施手段包括嚴(yán)格控制建筑物內(nèi)的火災(zāi)荷載密度;對(duì)建筑裝修材料的燃燒等級(jí)進(jìn)行嚴(yán)格限定;控制可燃物與點(diǎn)火源的接觸;通過(guò)阻燃技術(shù)改變某些材料的燃燒性能等。在實(shí)施這些措施時(shí),由于對(duì)可燃物的性能了解不夠,對(duì)可燃物的控制不嚴(yán)格,可能會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生火災(zāi)的可能性增大。火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是防止火災(zāi)的另一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)可在火災(zāi)發(fā)生早期探測(cè)到火情并迅速報(bào)警,為人員安全疏散提供寶貴的信息,且可以通過(guò)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)有關(guān)消防設(shè)施來(lái)?yè)錅缁蚩刂苹馂?zāi)。但是自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)存在一定的故障率、誤報(bào)或漏報(bào)的情況;另外如果系統(tǒng)安裝不合理,會(huì)出現(xiàn)報(bào)警死角,影響自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作。自動(dòng)滅火系統(tǒng)可以及時(shí)將火災(zāi)撲滅在早期或?qū)⒒馂?zāi)的影響控制在限定范圍內(nèi),并能有效的保護(hù)室內(nèi)的某些設(shè)施免遭損壞;同樣自動(dòng)滅火系統(tǒng)存在一定的故障率,這對(duì)控制火災(zāi)的發(fā)展和蔓延影響很大。建筑內(nèi)人員疏散通道的設(shè)計(jì)和發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散的組織,對(duì)保證人員能在火災(zāi)到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài)前安全地疏散出建筑物至關(guān)重要。防止煙氣蔓延,是建筑火災(zāi)中一個(gè)極為重要的問(wèn)題。機(jī)械排煙系統(tǒng)、自然排煙系統(tǒng)等都是為了防止煙氣蔓延而采取的消防措施。不合理的建筑設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致煙氣聚積、排煙不通暢等問(wèn)題的出現(xiàn)。此外,在排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,由于對(duì)煙氣運(yùn)動(dòng)的規(guī)律認(rèn)識(shí)不足,也可能存在一些不合理的地方;另外為了防止火災(zāi)蔓延建筑內(nèi)常常噴涂防火涂料,這些防火涂料在受火時(shí)往往具有較高的發(fā)煙率及毒性,可能對(duì)人員安全構(gòu)成威脅。對(duì)于較大規(guī)模的火災(zāi),消防隊(duì)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間越快,越有利于控制火災(zāi)。影響消防隊(duì)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)撲救的因素,包括建筑物與最近的消防隊(duì)間的距離、路況;建筑物內(nèi)消防通道、消火栓的情況;消防隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和熟練程度等等。2.3防火設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析(1)可燃物風(fēng)險(xiǎn)分析地下多層綜合交通樞紐設(shè)計(jì)區(qū)域眾多,不同的區(qū)域包含不同的可燃物載荷,對(duì)各個(gè)區(qū)域的危險(xiǎn)源辨識(shí)及火災(zāi)危險(xiǎn)性分析見(jiàn)表1。(2)人的危險(xiǎn)行為風(fēng)險(xiǎn)分析人的危險(xiǎn)行為是導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的重要原因之一,人員危險(xiǎn)行為的危險(xiǎn)性分析如表2所示。(3)建筑防火設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析良好的建筑防火設(shè)計(jì)可以有效的控制火災(zāi)的發(fā)生;而不合理的建筑防火設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生和蔓延。表3列舉了主要的建筑防火設(shè)計(jì)元素的防火性能分析。3多層地下交通的風(fēng)險(xiǎn)分析3.1生物和化學(xué)毒劑恐怖襲擊的第一類(lèi)危險(xiǎn)源包括炸藥爆炸的破壞作用、爆炸造成的煙氣、生化物質(zhì)產(chǎn)生的有毒有害氣體。爆炸對(duì)建筑物的破壞通常有直接的爆破作用、沖擊波作用和熱作用三種。目前可被用于生化襲擊的生物、化學(xué)毒劑至少有70多種,如沙林、炭疽菌、貝氏柯克斯體和肉毒毒素等。這些生化制劑在建筑內(nèi)直接釋放就可能造成巨大的危害。如采用噴霧器、滅火器等簡(jiǎn)單的器材將其進(jìn)一步分散成氣溶膠狀態(tài),則危害更大。此外,恐怖分子還可能利用一些小型的武器化的爆炸型、噴霧型、噴粉型生化武器以進(jìn)一步增強(qiáng)生化制劑的殺傷效果。3.2地下交通樞紐內(nèi)部的燃放系統(tǒng)組成單在上述措施和對(duì)策中存在的薄弱環(huán)節(jié)或隱患,如內(nèi)部設(shè)施設(shè)計(jì)不當(dāng)、設(shè)備失靈或故障、人員失誤、管理漏洞等,將形成恐怖襲擊的第二類(lèi)危險(xiǎn)源。地下空間的人員流動(dòng)性大、組成復(fù)雜。出入口的安全措施是防止襲擊者進(jìn)入的關(guān)鍵,也是保證人員安全疏散的重要手段。襲擊發(fā)生時(shí),地下交通樞紐內(nèi)部的生命線(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成了維持人員疏散和建筑自救的重要屏障,整個(gè)系統(tǒng)包括機(jī)電設(shè)備、通信設(shè)備、災(zāi)害自救裝置等,因此建筑生命線(xiàn)系統(tǒng)是需要考察的重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)于突發(fā)性的恐怖襲擊,需要救援隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施救援。影響救援的因素包括救援力量的分布和反應(yīng)時(shí)間;建筑物周?chē)穆窙r;建筑物內(nèi)通道的順暢程度;救援隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)等。3.3地下多層綜合交通樞紐應(yīng)對(duì)恐怖襲擊的防控中,可引入被動(dòng)防護(hù)及主動(dòng)防護(hù)的手段和措施。表4列舉了地下多層綜合交通樞紐防炸彈和生化襲擊的主要建筑設(shè)計(jì)要素。從預(yù)防恐怖襲擊的角度看,地下多層綜合交通樞紐建成后即成為襲擊的目標(biāo)。但是恐怖襲擊具有預(yù)謀性、偶發(fā)性等特點(diǎn),在交通樞紐的營(yíng)運(yùn)管理中,相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)情報(bào)搜集、安全教育、反恐演習(xí)等措施,主動(dòng)做好安全預(yù)防工作。4多層地下交通的洪水風(fēng)險(xiǎn)分析4.1地下空間地面沉降城市地下多層綜合交通樞紐水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的第一類(lèi)危險(xiǎn)源包括暴雨、潮水、地下水位上升和地面沉降;全球變暖使海水溫度升高和海平面上升,導(dǎo)致水循環(huán)加快,降雨量增多;降水分布不均勻,大暴雨極端降水事件頻率增多。近年來(lái),隨著大規(guī)模的城市開(kāi)發(fā),地下空間所受到的工程擾動(dòng)越來(lái)越嚴(yán)重,由此引起的地面沉降問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。考慮到海平面上升及地面沉降等因素,我國(guó)南方一些江河流域和沿海的城市的潮水水位可能在地下交通樞紐的15~20m之上,萬(wàn)一遭遇洪水,將會(huì)危及整個(gè)地下交通系統(tǒng)的安全。4.2特殊天氣的防護(hù)和設(shè)計(jì)防控水災(zāi)的對(duì)策和手段中所存在的一些隱患屬于第二類(lèi)危險(xiǎn)源。面對(duì)水災(zāi)的威脅,一旦地下交通樞紐口部防灌措施和結(jié)構(gòu)防水措施不利,會(huì)造成建筑物內(nèi)部大量進(jìn)水,造成重要設(shè)備的損害或停止運(yùn)行,進(jìn)而可能導(dǎo)致人員的恐慌,甚至引起人群擁堵踩踏的災(zāi)難性事件。防止洪水或雨水進(jìn)入地下空間是水災(zāi)防護(hù)的重要環(huán)節(jié)。具體實(shí)施手段包括根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆篮橐?嚴(yán)格控制建筑物口部的地面高度,完善口部安裝臨時(shí)防水擋板的構(gòu)造,改進(jìn)建筑物內(nèi)部的防水措施。水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是防止水災(zāi)的另一重要環(huán)節(jié)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在早期發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情,為災(zāi)害的防控提供寶貴的信息,但是如果系統(tǒng)存在一定的故障率,存在誤報(bào)和漏報(bào)的情況,另外如果系統(tǒng)安裝不合理,多會(huì)影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常工作。防淹門(mén)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)可以將災(zāi)害的影響控制在限定范圍內(nèi),并能有效的保護(hù)室內(nèi)的某些設(shè)施免遭損壞;同樣上述系統(tǒng)存在一定的故障率,這對(duì)控制水災(zāi)的發(fā)展和蔓延影響很大。地下建筑內(nèi)部疏散通道的設(shè)計(jì)和發(fā)生水災(zāi)時(shí)人員疏散的組織,對(duì)保證人員安全是十分關(guān)鍵的。另外,運(yùn)營(yíng)部門(mén)應(yīng)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)及時(shí)做好臨時(shí)防洪措施,當(dāng)遇到特殊災(zāi)害性天氣時(shí),及時(shí)做到關(guān)閉防淹門(mén)、中斷運(yùn)營(yíng)、疏散乘客等措施,從而使災(zāi)害的危害程度降到最低程度。對(duì)于突發(fā)的大規(guī)模洪水,救援隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間越快,越有利于控制災(zāi)害。影響撲救的因素包括救援力量的分布;建筑物周?chē)穆窙r;建筑物內(nèi)通道的順暢程度;救援隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和熟練程度等。4.3主要防水設(shè)計(jì)元素的性能分析合理的建筑設(shè)計(jì)是減少和控制地下綜合交通樞紐發(fā)生水災(zāi)的關(guān)鍵,表5列舉了地下多層綜合交通樞紐主要防水設(shè)計(jì)元素的性能分析。5多段地下交通的地震風(fēng)險(xiǎn)分析5.1地下空間地震災(zāi)害防治對(duì)策顯然,震災(zāi)的第一類(lèi)危險(xiǎn)源是導(dǎo)致建筑物破壞甚至倒塌的地震動(dòng)。降低地震危害所采取的措施中存在的種種隱患和缺陷屬于第二類(lèi)危險(xiǎn)源。目前地下空間面對(duì)地震時(shí)的防災(zāi)對(duì)策尚有待進(jìn)一步研究,同時(shí)防控地下空間地震災(zāi)害的各項(xiàng)措施在諸如工程技術(shù)水平、管理水平和人員素質(zhì)等諸多方面存在不足,但是第二類(lèi)危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性還是可能因各項(xiàng)措施的合理與否而表現(xiàn)出巨大差異。從已有的研究成果并結(jié)合未來(lái)的發(fā)展方向,建筑物的抗震措施、建筑物內(nèi)部防災(zāi)設(shè)施、災(zāi)害救援等因素共同構(gòu)成了震災(zāi)防護(hù)體系,每一個(gè)環(huán)節(jié)都起著不可替代的約束和限制作用,其作用大小和效果影響著第二類(lèi)危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性程度的高低。5.2各組織內(nèi)部柱破壞程度由于受到周?chē)鷰r體和土層的約束,地下結(jié)構(gòu)一直被認(rèn)為具有良好的抗震性能,1995年的阪神地震中,地鐵結(jié)構(gòu)的破壞是世界地震史上大型地下工程在地震中遭受?chē)?yán)重破壞的首例。神戶(hù)地鐵結(jié)構(gòu)的破壞有以下主要特點(diǎn):車(chē)站的破壞主要發(fā)生在中柱上,出現(xiàn)了大量裂縫,有斜向裂縫,也有豎向裂縫;裂縫的位置有偏于上下端的,也有位于中間的;柱表層混凝土發(fā)生不同程度的脫落,鋼筋暴露,有的發(fā)生嚴(yán)重屈曲,有單向屈曲,也有對(duì)稱(chēng)屈曲的;大開(kāi)站有一大半中柱因斷裂而倒塌。有橫墻處,中柱破壞較輕。站房上層中柱的中間部位幾乎壓碎,而線(xiàn)路段中柱僅在中間位置出現(xiàn)豎向裂縫?？v墻和橫墻均出現(xiàn)大量的斜向裂紋,特別是在角點(diǎn)部位。頂板、側(cè)墻也受到不同程度的損害,且其破壞程度與中柱密切相關(guān);當(dāng)中柱破壞較為嚴(yán)重時(shí),頂板和側(cè)墻就會(huì)出現(xiàn)很多裂縫,以至坍塌、斷裂等。盡管各國(guó)在世界各主要地震帶建立了較為完備的地震臺(tái)網(wǎng),然而地下巖層產(chǎn)生震動(dòng)不可避免,破壞性地震的發(fā)生也具有的突然性和不可預(yù)測(cè)性。因此,地下多層綜合交通樞紐這一類(lèi)重要的建筑物應(yīng)該從自身情況入手,在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中盡可能改進(jìn)和完善安全措施,彌補(bǔ)安全漏洞,減少隱患的出現(xiàn),其設(shè)計(jì)要素見(jiàn)表6。此外,針對(duì)地下多層綜合交通樞紐震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不能忽視基于地震災(zāi)害的第二類(lèi)危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)分析,在具體實(shí)施時(shí),可以通過(guò)建筑防護(hù)特性、安全管理和救援力量等幾個(gè)方面的因素入手彌補(bǔ)潛在的安全漏洞。6地下交通系統(tǒng)在城市地下交通系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性地下多層綜合交通樞紐集多種客運(yùn)方式和配套設(shè)施于一體