中美铁路(地铁)建筑设计计算标准对比
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摘 要：对中国计算标准与美国计算标准进行对比分析，建立一个符合国际惯例的铁路客站设计模板，为国外项目的具体实施提供技术支持。
关键词：美标；建筑设计；车站；对比；计算；疏散
中图分类号：TU2文献标识码：A
一、概述
（一）标准对比的意义
随着近年来我过高速铁路的长足发展，结合大量的科研、实验工作，我国制定了适应不同速度不同技术条件的规范标准，形成了符合我国国情、路情，具有自主知识产权的中国高速铁路设计规范。
设计标准是我们一切想法、设计理念实现的基石，要进入国际市场，就必须符合相关的国际标准，中美标准的对比与分析，有利于我们更加深入的了解美国规范的核心理念，有利于我们更好的掌握中国规范，并通过借鉴国外规范中的精华，更好的完善我国相关规范法规的建设。
（二）研究方法及目的
国外标准庞大繁多，美国铁路标准是世界上多数国家所采用的现行标准，也是很多国际知名的咨询公司所采用的审核标准，本文主要通过菲律宾北吕宋铁路BOCAUE车站的工程实例，选取了车站建筑设计相关的设计标准和计算进行对比，为建立一个符合国际惯例的铁路客站设计方法提供模板，赢得业主的信任，树立起中国品牌在国际市场中的重要地位。
本文采用的计算单均已通过法国SYSTRA咨询公司审核认可。
二、中美铁路建筑计算对比
（一）站房面积的确定
1.中国标准中站房公共区域面积的确定
中国标准中对于铁路站房的面积是根据《铁路旅客车站建筑设计规范》GB 50226―2007中之规定确定相关区域的面积规模：
（1）旅客车站的建筑规模，应分别根据最高聚集人数和高峰小时发送量按表1.0.5－1和表1.0.5－2 确定。
表1.0.5－1客货共线铁路旅客车站建筑规模
表1.0.5－2客运专线铁路旅客车站建筑规模
（2）中型及以上的旅客车站宜设进站、出站集散厅。客货共线铁路车站应按最高聚集人数确定其使用面积，客运专线铁路车站应按高峰小时发送量确定其使用面积，且均不宜小于1.2m2/人。
2.国外标准中站房公共区域面积的确定
站房公共区面积可根据公式检算得出，下面以Bocaue车站为例进行检算：
Bocaue站为地上二层桥式车站，远期高峰小时行车间隔为3分钟，建筑面积3212 m2。
本站的相关计算全部以车站2032年远期高峰小时客流量表为依据
车站站厅公共区面积计算参照标准为：在高峰小时时间短，3分钟内该站上下行乘客总和不应超出该站站厅公共区的容纳极限，计算公式如下：
M = (Q上行上车, 下行上车 + Q 上行下车, 下行下车)/20×P
where:
Q 上行上车, 下行上车, Q上行下车, 下行下车―高峰小时内的车站内上下车人数的总和
P C 站厅可容纳的乘客密度, 采用P = 0.5 m2/人
M C 车站站厅公共区面积 (m2)
M = [(1036 + 425) + (2314 + 2053)]/20×P
= (1461 + 4367)/20×P
=5828/20×0.5
车站站厅公共区面积最小需要 = 145.7 m2
该站实际站厅面积 =1309 m2
满足要求
（二）进出站匝机数量的确定
1.国内规范中进出站匝机数量的确定
在国内设计标准中无论国铁设计还是地铁设计，匝机数量的确定都不属于建筑专业设计范畴。
2.国外规范中进出站匝机数量的确定
在美国国家防火协会标准（NFPA130）中则明确规定了每台进出站匝机的通过能力，建筑专业根据设计客流量对匝机通过能力进行检算，相关计算公式如下：
Bocaue车站3分钟内上车人数总和为:(1036+2314) /20 = 3350/20=167.5 = 168 人
相应下车人数总和为:(425+2053)/20 =2478/20= 123.9 = 124 人
进站匝机（门式）每分钟通过能力为25人/分钟（NFPA130）
由此得出3分钟通过能力为75人/3分钟
因此，168/75 =2.24=3台进站匝机可满足设计要求
出站匝机（门式）每分钟功过能力为20人/分钟（NFPA130）
由此得出3分钟通过能力为60人/3分钟
因此，124/60 =2.07=3台匝机满足要求
（三）站台宽度的确定
1.国内站台宽度的确定
国内标准中关于站台宽度的确定分为国铁车站和地铁车站两种，其中国铁车站站台宽度的确定不属于建筑专业设计范畴，设计过程中由站场专业提供相关设计数据。
地铁车站相关计算（地铁设计规范GB50157-2003）确定车站侧站台宽度，车站按晚（或早，取数值较大者）高峰客流量控制，高峰小时客流量为x人次/h，客流量超高峰系数按y（1.1-1.4视实际情况而定），则车站设计客流量为x×y=z人次/h。
2.站台宽度及形式
车站侧站台宽度计算：
b= ＋ba或b= ＋M
取其值较大者
岛式站台宽度计算：Bd = 2b+n.z+t
侧式站台宽度计算：Bc = b+z+t
b―侧站台宽度
n―横向柱数
z―柱子宽度
t―每组人行楼梯和自动扶梯的宽度之和
Q上―远期每列车高峰小时单侧上车设计客流量
Q上、下―远期每列车高峰小时单侧上、下车设计客流量
ρ―站台上人流密度（0.33-0.75）
L―站台计算长度
M―站台边缘至屏蔽门立柱内侧的距离，无屏蔽门时则该值取“0”
Ba―站台安全防护宽度（0.4），当采用屏蔽门是以M代替ba
3.国外站台宽度的确定
国外设计标准（NFPA130）中对车站的站台宽度做出了明确规定，建筑专业可根据设计客流量，通过公式计算得出车站设计站台宽度的最小极限值，相关计算公式如下：
W(站台宽度)=(Q×P+t×l)/L+ba+s
Q-客流量（上下车）
P-客流密度 (0.5)
ts-楼梯宽度
ls-楼梯占用站台长度
te-扶梯宽度
le-扶梯占用站台长度
L-站台长度 (Bocaue站为180 米)
ba-安全保护距离 (根据NFPA130规范，应为0.45米)
S-站台外侧空间(根据NFPA130规范，应为0.3米，仅用于侧式边站台)
北站台最小宽度计算如下:
根据NFPA130中规定，车站人流计算中应考虑漏记单列行车间隔的影响，因此计算中的客流量应以两列车计算，本条规定类似于我国地铁设计规范中的超高峰系数影响（计算客流量乘以1.2~1.4的系数）
Q=(1036+425)/20×2=146.1 =147 人
ts=2.4 m
ls= 19.9m
te=1.75 m
le= 6.2 m
W(北站台宽)=(147×0.5+2.4×19.9+ 1.75×6.2 )/180+0.45+0.3=1.48 m
南站台最小宽度计算如下:
Q=(2314+2053)/20×2=436.7 = 437人
ts=2.4 m
ls= 19.9 m
te=1.75m
le= 6.2m
W(南站台)=(437×0.5+2.4×19.9+1.75×6.2)/180+0.45+0.3= 2.64m
NFPA130计算满足了每名乘客0.5 m2的最小需求，但并未对侧站台宽度做出规定，而我国地铁设计规范中则通过公式计算车站台宽度，且规定了车站台的最小宽度，更加保证了乘客的乘车安全，最终整合楼扶梯宽度和结构柱宽度得出站台最终计算宽度，因此我国地铁设计规范在站台宽度计算中，较NFPA130更加合理、安全。
（四）火灾情况下的疏散计算
1.国内火灾情况下的疏散计算
国铁规范中视站台为室外安全区域，不考虑防火分区，未对逃生时间做出任何规定，站房部分则通过防火分区的划分保证乘客安全。
地铁规范中则只针对地铁车站的特点规定了乘客在火灾情况下从站台疏散到站厅的时间应小于6分钟，站厅和站台均需满足防火分区的要求，计算方法如下：
总疏散人数：按站台上的候车人数+一列车乘客+车站内工作人员按20人计。
事故疏散时，除1部扶梯检修，其余均改为上行。
T（疏散时间）= 1（安全反应时间）+（Q1+Q2）/ 0.9[A1(N-1)+A2B] ≤ 6min
Q1--一列车人数=1860（人），Q2=候车人数（人）
A1--扶梯通过能力=9600人/h=160人/min
N--扶梯数量
A2--楼梯通过能力=3700人/h=61.67人/min
B--楼梯宽度
我国目前防火规范执行“预防为主，防消结合”的工作方针，研究工艺防火措施、控制火源，防止火灾发生，进行必要的分隔、合理设定建筑物的耐火等级和构件的耐火极限等，预防和控制火灾的发生及其蔓延，但在相关计算方面则缺少系统的规范的公式和标准，地铁规范中虽针对乘客从站台到站厅的疏散时间给出了计算公式，但公式并未考虑乘客从站厅到室外安全区域的疏散，且计算中并未采用模拟乘客走行计算方法。
2.国外火灾情况下的疏散计算
国外规范未对车站划分防火分区，在火灾情况下将站台和站厅同样视为危险区域（考虑车厢发生火情，威胁站台上乘客的安全），计算中模拟火灾情况下乘客从车站各个点疏散到室外的路径，并将各个路径及所需时间相加。在火灾情况下，站台上全部乘客撤离站台所需时间小于4分钟，且将所有乘客安全疏散到室外所需的全部时间小于6分钟则满足设计要求。
美国防火规范规定的性能标准是建立在火灾试验、计算模型和评估模型之上，试验数据和计算、评估模型地可靠与否是决定性能标准可行与否的关键。对一般情况，规格式标准是首选的方法，面对比较复杂的情况，用规格式标准无法满足安全、经济、合理等要求时，则需要采用性能标准来帮助设计者进行优化设计。规格式标准解决普遍问题，性能标准解决个案问题。
Bocaue车站计算实例如下：
如需计算车站全部乘客疏散时间，需先确定火灾发生时有多少乘客需要疏散
疏散人数计算：
车站疏散人数 = 站台上的上车人数 + 区间人数（即未进站前，车厢内的全部乘客）
此处根据NFPA130的规定，同样需要考虑最不利情况下，漏记单列行车间隔的影响，因此计算中的客流量应以两列车计算
北站台需疏散人数=[1036×2(漏记单列行车间隔)+13648(区间人数)]/20= 786人
南站台需疏散人数=[2314×2(漏记单列行车间隔)+(20940)( 区间人数)]/20=1278.4 = 1279 人
计算所得人数为全部车站疏散人数，由于国外规范规定车站站台上应设有直通室外地面的疏散楼梯，因此，车站站台上全部乘客应分为通过楼扶梯疏散到站厅内的乘客和通过疏散楼梯直达室外的乘客两类
以下计算中各种交通方式（楼、扶梯、匝机等）的通过能力均引自NFPA130中的规定
北站台站厅需疏散人数 = 北站台全部需疏散人数 C Fp（站台疏散时间） × 站台直达室外疏散楼梯疏散能力 =786 C 1.97（随后计算得出） ×133= 523.99=524人
南站台站厅需疏散人数 = 南站台全部需疏散人数 C Fp（站台疏散时间） × 站台直达室外疏散楼梯疏散能力=1279 C3.21（随后计算得出） ×133= 852.07 = 853 人
疏散分析(使用高峰小时3分钟行车间隔进行计算)
北站台（上行）疏散路径模拟
疏散方式 毫米 人/毫米 分钟. 人/分钟
火灾发生――清空站台
楼梯 4800 0.0555 266
扶梯* 0 0.0555 0
站台疏散楼梯2400 0.0555 133
小计疏散能力 399
通过匝机
匝机数量7台（进+出）(能力=每分钟每台50人) 350
特殊通道1200 0.0819 98
小计疏散能力448
通过出入口台阶
台阶 14000 0.0555 777
扶梯 0 0.0555 0
小计疏散能力777
其中*代表火灾情况下有一台扶梯无疏散能力
最远点模拟疏散走行时间 m m/min minutes
从站台到室外安全地带
站台上 T16037.70 1.59
站台到站厅的楼扶梯 T27.65514.60 0.52
到达匝机 T33637.70 0.95
匝机到出入口台阶 T41137.70 0.29
台阶到安全地带 T50.4514.60 0.03
全部走行时间 = T=T1+T2+T3+T43.38
NFPA测试1： 全部乘客撤离站台时间需小于等4分钟
FP (清空站台时间) = 站台需疏散人数 = 786/站台疏散能力=399
FP = 1.97 分钟满足要求
NFPA测试2：全部乘客疏散至室外安全地带时间需小于等于6分钟
如需对测试2进行验算，除上述计算中确定的模拟走行时间外，设计还需考虑乘客在各种交通瓶颈处（如楼扶梯、匝机等）的等候时间，因此模拟计算如下：
Wp (站台楼梯口处的等候时间)
Wp = Fp CT1
1.97-1.59 = 0.38 分钟
Wfb (匝机前等候时间)
Wfb = Ffb- 较大者(Fp 或者 T3)
Ffb = 全部客流通过匝机所需时间
Ffb = 站厅需疏散人数 / 匝机通过能力=524 / 448 = 1.17 分钟
Ffb = 1.17 分钟
Wfb=1.17-1.97= 0 分钟
Wc(出入口处等候时间)
Wc = Fos- 较大者(Fp 或者 Ffb)
Fos =全部客流通过出入口台阶所需时间
Fos =站厅需疏散人数 / 出入口台阶通过能力=524/ 777 = 0.67 分钟
Fos = 0.67 分钟
Wc= 0.67-1.97= 0 分钟
根据上述模拟分析，乘客疏散至室外安全地带所需全部时间应为走行时间和等候时间之和
因此，北站台疏散时间=T+Wfb+Wp+Wc=3.38+0.38+0+0=3.76分钟
满足要求
南站台（下行）疏散路径模拟
疏散方式 毫米 人/毫米 分钟 人/分钟
火灾发生――清空站台
楼梯 4800 0.0555 266
扶梯* 0 0.0555 0
站台疏散楼梯2400 0.0555 133
小计疏散能力399
通过匝机
匝机数量7台（进+出）(能力=每分钟每台50人) 350
特殊通道 1200 0.0819 98
小计疏散能力448
通过出入口台阶
台阶14000 0.0555 777
扶梯0 0.0555 0
小计疏散能力777
其中*代表火灾情况下有一台扶梯无疏散能力
最远点模拟疏散走行时间 m m/minminutes
从站台到室外安全地带
站台上 T1 60 37.70 1.59
站台到站厅的楼扶梯 T2 7.65514.600.52
到达匝机 T3 36 37.70 0.95
匝机到出入口台阶 T4 9.537.70 0.25
台阶到安全地带 T50.4514.60 0.03
全部走行时间 = T=T1+T2+T3+T4 3.34
NFPA测试1： 全部乘客撤离站台时间需小于等4分钟
FP (清空站台时间) =站台需疏散人数=1279/站台疏散能力=399
FP=3.21 分钟 满足规范要求
NFPA测试2：全部乘客疏散至室外安全地带时间需小于等于6分钟
如需对测试2进行验算，除上述计算中确定的模拟走行时间外，设计还需考虑乘客在各种交通瓶颈处（如楼扶梯、匝机等）的等候时间，因此模拟计算如下：
Wp (站台楼梯口处的等候时间)
Wp= FpCT1
3.21-1.59 =1.62 分钟
Wfb (匝机前等候时间)
Wfb= Ffb- 较大者(Fp 或者 T3)
Ffb=全部客流通过匝机所需时间
Ffb = 站厅需疏散人数 / 匝机通过能力=853 / 448 = 1.90分钟
Ffb = 1.90分钟
Wfb=1.90-3.21= 0 分钟
Wc(出入口处等候时间)
Wc=Fos-较大者(Fp 或者 T4)
Fos=全部客流通过出入口台阶所需时间
Fos=站厅需疏散人数/出入口台阶通过能力=853/777=1.10分钟
Fos=1.10分钟
Wc=1.10-3.21=0分钟
根据上述模拟分析，乘客疏散至室外安全地带所需全部时间应为走行时间和等候时间之和
因此，北站台疏散时间=T+Wfb+Wp+Wc=3.21+1.62+0+0 =4.83分钟
满足规范要求。
（五）结论
美国标准体系非常完善，也非常详细，且对数据进行了多次试验论证，同时美国标准编制的趋势是逐步从规格型转向性能型，将目前告诉技术人员如何做的标准内容，改变成为今后告诉技术人员标准的最终要求（使用功能）是什么。而国内本专业标准基本是在参照前苏联，美国，日本等国家标准的基础上结合我国国情而制定的，也在众多火灾事件中吸取了经验。比较适合我国目前的发展现状，但应随着经济的发展，逐步完善我们的标准体系。
参考文献:
[1]菲律宾北吕宋铁路一期一段工程BOCAUE站初步设计.马尼拉:
铁道第三勘察设计院集团有限公司_北吕宋铁路项目部2009.
[2] NFPA 130: STANDARD FOR FIXED GUIDEWAY TRANSIT AND PASSENGER RAIL SYSTEMS . National Fire Protection Association 2010.
[3]地铁设计规范（GB50157-2003）北京：北京城建设计研究总院 2003.
[4]铁路旅客车站建筑设计规范（GB50226-2007）. 北京：中华人民共和国铁道部 2007.