沈亮峰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

隨著我國城市軌道交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，地鐵車站的設計日臻精致與人性化。車站的內部空間已不再局限于簡單的自然層疊加，而是越發(fā)注重將地上建筑的設計手法引入地下空間，以求為乘客帶來更加豐富與生動的空間體驗。

中庭式地鐵車站，就是在這種時代背景下應運而生的成功實踐之一。它將站廳層和站臺層統(tǒng)籌為一個整體來進行歸納與重組，沿縱、橫兩個方向建立起一個或多個空間焦點，打破了原本封閉僵硬的空間界面，創(chuàng)造出開闊敞亮的空間視野、富有韻律感的空間序列以及令人愉悅的精神感受。

然而，在空間價值得到顯著提升的同時，相應給其他系統(tǒng)功能設計帶來了更加嚴峻的考驗。地鐵地下站空間相對密閉，連通地面的出口少，人員密集，發(fā)生事故將很難進行搶險救援。事故中尤以火災最為突出，一旦發(fā)生火災，地鐵內會積聚大量高溫煙氣且很難自然排除，給人員疏散和滅火搶險帶來困難[1]。中庭空間形式的引入，使車站內部功能布局和流線組織更加復雜，同時也加劇了火災時防排煙的復雜性。因此，如何在火災發(fā)生時提供更為安全、完備、可靠的防排煙措施，從而有效地保障乘客的生命安全，是中庭式地鐵車站防排煙系統(tǒng)設計須深入研究的問題。

目前國內的中庭式地鐵車站按照中庭開孔方式主要可分為兩種形式：一種為在車站頂板、中板均開洞，頂板開洞區(qū)域上蓋穹頂，可進行自然采光和通風；一種為僅在車站中板開洞，中庭屬于室內空間。按照中庭面積分為大中庭和小中庭，當其孔口總面積占站臺公共區(qū)面積的比例>1/3時可稱為大中庭，否則為小中庭[2]。本文就上述中庭形式選取2個具有代表性的車站，通過詳細的分析與對比，提出在公共區(qū)防煙分區(qū)劃分、防排煙系統(tǒng)配置和防排煙系統(tǒng)控制方式等方面的優(yōu)化解決方案，以供同仁商榷。

2 中庭式地鐵車站火災的特點

針對地鐵車站自身建筑布局特點，中庭式地鐵車站的中庭區(qū)域，通常結合公共區(qū)樓扶梯統(tǒng)一設計。根據(jù)《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2003)[4]19.1.10強制性條文中：“地下車站站臺和站廳乘客疏散區(qū)應劃分為一個防火分區(qū)”，從而決定了此類型車站中庭區(qū)域無法按照民用建筑中進行防火分隔，中庭與其周圍車站公共區(qū)是互通的。因中庭區(qū)域空間大，使用功能復雜、火災荷載大、乘客密度大，火災煙氣一旦進入，高溫有毒的煙氣將迅速擴散，充滿整個空間，并很快蔓延到與中庭相通的其他區(qū)域，加快火災的擴展，影響安全疏散，因此中庭更容易形成巨大的火災隱患[3]。

3 公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計的重、難點

3.1 規(guī)范未做明確規(guī)定

國內地鐵地下車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計，主要根據(jù)現(xiàn)行的地鐵規(guī)范并參考民建和人防相關規(guī)范[4-7]。而上述各規(guī)范僅僅對地鐵車站防煙分區(qū)的劃分面積及排煙量計算給出了相應的規(guī)定，并未就中庭式地鐵車站在防煙分區(qū)的劃分方法、防排煙系統(tǒng)的配置及防排煙系統(tǒng)的控制方式給出具體的要求。因此，就上述3個方面，如何采用安全、可靠、經(jīng)濟、便捷的方式方法，是該類型車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計的重點。

3.2 站臺層火災時，樓扶梯口部風速的要求

《規(guī)范》[4-5]規(guī)定：“當車站站臺發(fā)生火災時，應保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有不小于1.5 m/s的向下氣流?！比缟衔乃觯型ナ降罔F車站的中庭區(qū)域，通常結合公共區(qū)樓扶梯統(tǒng)一設計，車站各層通過中庭豎向連通且開孔面積較大。如何采取有效的措施，滿足站臺火災時樓扶梯口部風速要求，有效阻止煙氣向站廳蔓延，保證乘客安全疏散，是該類型車站公共區(qū)防排煙設計的難點。

4 中庭式地鐵車站實例分析

下文就上述問題，選取國內2個典型中庭式地鐵車站，進行公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計的分析與研究。

4.1 A車站防排煙系統(tǒng)設計

4.1.1 車站概況

該車站為中庭式明挖地下兩層島式車站，站臺層設屏蔽門。站廳層公共區(qū)面積3 286 m2，站臺層公共區(qū)面積1 285.3 m2。在車站中部設置中庭，頂部上蓋玻璃穹頂，穹頂直徑23.9 m，在站廳與站臺之間設置長42 m、寬9 m的孔洞，面積378 m2，詳見圖1。

圖1 A車站中庭空間實景

4.1.2 公共區(qū)防煙分區(qū)劃分

結合車站頂板、中板開孔及中庭區(qū)域周圍柱與梁的設置情況，除站廳樓扶梯正上方設置擋煙垂壁外，在站廳層中庭區(qū)域其余邊設置電動擋煙垂簾，站臺層中板開孔四周設置擋煙垂壁，將中庭區(qū)域劃分為1個防煙分區(qū)，面積為784 m2；在站廳層中部設置擋煙垂壁，將站廳除中庭區(qū)域外的公共區(qū)劃分為2個防煙分區(qū)，面積分別為1 248、1 254 m2；站臺除中庭區(qū)域外的公共區(qū)劃分為1個防煙分區(qū)，面積為1 285.3 m2。車站公共區(qū)共分為4防煙分區(qū)，詳見圖2。

圖2 A車站防煙分區(qū)劃分

4.1.3 防排煙系統(tǒng)的配置

公共區(qū)通風空調系統(tǒng)采用全空氣系統(tǒng)，空調回排風系統(tǒng)兼作排煙系統(tǒng)。車站兩端空調機房內分別設置2臺回排風機(每臺風機風量為45 000 m3/h)，回排風機兼排煙風機，負擔車站公共區(qū)一半的通風空調與排煙。兩端區(qū)間通風機房內各設置2臺隧道事故風機(每臺風機風量為60 m3/s)，1臺排熱風機(每臺風機風量為40 m3/s)[8]。

因中庭防煙分區(qū)如采用自然排煙方式，所需自然排煙口面積較大(39.2 m2)，同時考慮到穹頂外觀造型，最終中庭排煙采用了機械排煙+自然排煙(輔助)的方式。

站廳層公共區(qū)兩端分別設置2根回排風管，站臺層公共區(qū)每端設置1根回排風管，回排風管兼排煙風管。針對中庭區(qū)域，由車站兩端回排風總管上各分出2根排煙管，在站廳層中庭穹頂周圍相應設置4個排煙口(圖2)，中庭排煙系統(tǒng)與公共區(qū)合用。

4.1.4 防排煙系統(tǒng)的控制方式

該車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)控制方式詳表1。

表1 A車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)控制方式

4.1.5 站臺火災時，樓扶梯口部風速的滿足情況

由表1可知，站臺防煙分區(qū)發(fā)生火災時，站臺兩側屏蔽門的滑動門開啟，電動擋煙垂簾降至站廳層公共區(qū)地面。開啟車站4臺回排風機(兼排煙風機)進行排煙，同時開啟2臺排熱風機及4臺隧道事故風機進行輔助排煙，關閉其他防煙分區(qū)排煙管道分支。3種風機的總風量為370 m3/s，中板孔洞周圍設有擋煙垂壁，樓扶梯口部過風面積為143 m2，計算樓扶梯口部風速為2.59 m/s，大于規(guī)范所要求的1.5 m/s的風速要求。在消防冷煙試驗過程中按照設計模式運行后，測得樓扶梯口部向下氣流為2.4 m/s，實測結果表明，此種排煙措施可以滿足設計要求，并順利通過消防驗收[9]。

4.2 B車站防排煙系統(tǒng)設計

4.2.1 車站概況

該車站同為中庭式明挖地下兩層島式車站，站臺層設屏蔽門。站廳層和站臺層公共區(qū)面積分別為2 500 m2和1 500 m2，中庭區(qū)域無自然采光，在站廳與站臺之間設置長90 m、寬8 m的孔洞，面積720 m2，中庭中部設殘疾人電梯，通過橫向走道連通站廳兩側(圖3)，屬于大中庭車站。

圖3 B車站中庭空間實景

4.2.2 公共區(qū)防煙分區(qū)劃分

車站公共區(qū)劃分成5個防煙分區(qū)，每個分區(qū)的面積均≤2 000 m2。站廳中部設置擋煙垂壁，將除中庭區(qū)域外的站廳公共區(qū)，劃分為2個防煙分區(qū)；站臺兩端樓扶梯后方區(qū)域分別設置擋煙垂壁，各劃分為1個防煙分區(qū)；中庭為1個防煙分區(qū)[2](圖4)。

圖4 B車站防煙分區(qū)劃分

4.2.3 防排煙系統(tǒng)的配置[2，10]

各防煙分區(qū)(包括車行區(qū))均設置排煙系統(tǒng)。為增強安全性，公共區(qū)的各防煙分區(qū)各設1臺獨立的排煙風機和1臺備用風機。車行區(qū)兩端各設置2臺相互備用的排熱兼排煙風機。

防煙分區(qū)1～4的回排風管兼作火災時的排煙管，中庭區(qū)域設專用排煙控煙管道。

4.2.4 防排煙系統(tǒng)的控制方式

該車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)控制方式詳表2。

表2 B車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)控制方式

4.2.5 站臺火災時，樓扶梯口部風速的滿足情況

按上文所述該車站防排煙設計方案，站臺火災時無法滿足樓扶梯口部風速要求。針對該特殊條件，采用以火災性能為基礎的建筑火災防火分析方法，通過計算機模擬火災和人員疏散情況，最終對防排煙系統(tǒng)的安全性進行分析評估。

首先確定了“可接受維生環(huán)境”概念的環(huán)境準則和疏散標準如下[2]：

“可接受維生環(huán)境”概念的環(huán)境準則：氣體溫度≤60 ℃;CO體積濃度≤800×10-6cm3/m3；能見度≥15 m；熱輻射量≤2.5 kW/m2；公共區(qū)火災的設計標準為火災發(fā)熱量1.5 MW；列車火災發(fā)熱量為10.5 MW。

疏散標準：采用美國NFPA 130準則，即乘客從站臺逃至站廳層4 min，從站臺逃至地面安全區(qū)域6 min。

其次，借助FDS和SIMULEX軟件，進行了火災時人員疏散環(huán)境及逃生時間的模擬分析計算。計算結果表明：當發(fā)生火災時，車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)能有效地控制煙氣，使車站內的環(huán)境保持在“可接受維生環(huán)境”下，并確保乘客安全疏散。

4.3 防排煙系統(tǒng)設計方案比較

A車站和B車站的公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計方案比較見表3。

表3 A、B車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計方案對比

5 方案優(yōu)化

通過對以上2個典型中庭式地鐵車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計方案的分析與比較，結合兩方案設計當中的優(yōu)點，建議中庭式地鐵車站公共區(qū)防煙分區(qū)的劃分、防排煙系統(tǒng)的配置和防排煙系統(tǒng)控制方式可進行如下設計優(yōu)化。

5.1 公共區(qū)防煙分區(qū)劃分

圖5 車站公共區(qū)通風空調及防排煙原理(中庭排煙管路獨立設置)

車站中庭區(qū)域應劃分為一個獨立的防煙分區(qū)。根據(jù)中庭的具體形狀，該分區(qū)應包括整個開孔區(qū)域和站廳層通往站臺層的樓扶梯，結合車站站廳層吊頂凈高，在站廳層樓扶梯的正上方靈活設置電動擋煙垂簾或擋煙垂壁，防煙分區(qū)其余邊緣處設置電動擋煙垂簾，站臺層中板開孔四周設置擋煙垂壁。按此方式設置，既可滿足中庭著火時阻止煙氣蔓延至其他防煙分區(qū)，又可保證站臺公共區(qū)(除中庭區(qū)域外)發(fā)生火災時，減小樓扶梯口部過風面積，通過該區(qū)域排煙及輔助排煙措施，達到規(guī)范所要求的樓扶梯口部向下1.5 m/s的風速要求(該工況發(fā)生火災時，如樓扶梯上方設置電動擋煙垂簾，則降低至距離站廳層地面2.2 m高度；其余部分電動擋煙垂簾需降至地面)。

除中庭區(qū)域外的站廳、站臺層公共區(qū)，如面積均小于2 000 m2，則各自劃分為一個防煙分區(qū)，否則各劃分為2個防煙分區(qū)。

5.2 防排煙系統(tǒng)的配置

因中庭作為車站公共區(qū)的特殊部分，人流密集、火災危害性大，考慮獨立配置該區(qū)域的防排煙設備，以提高該區(qū)域發(fā)生火災時的安全保障；除中庭區(qū)域外的站廳、站臺層公共區(qū)，按照通常標準二層或多層車站方式設置一套防排煙系統(tǒng)，排煙風機獨立設置。中庭區(qū)域的排煙管道應盡量獨立設置，如車站可提供管線安裝空間有限，將中庭專用排煙風機與公共區(qū)排煙風機并聯(lián)，共用排煙主管路，通過排煙主管路上的分支接至中庭區(qū)域，見圖5、圖6。

圖6 車站公共區(qū)通風空調及防排煙原理(中庭排煙共用管路)

5.3 防排煙系統(tǒng)的控制方式

車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)控制方式如表4所示。

表4 車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)控制方式

注：本表以站廳公共區(qū)(不含中庭區(qū)域)劃分為2個防煙分區(qū)，站臺公共區(qū)(不含中庭區(qū)域)劃分為1個防煙分區(qū)為例。

6 結語

中庭式地鐵車站是新型地鐵車站類型之一，其公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計方案的優(yōu)劣，直接影響到該形式車站設計的可行性與普及性。通過對目前國內典型中庭式地鐵車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設計的分析研究，主要結論和建議如下。

(1)車站中庭區(qū)域應劃分為一個獨立的防煙分區(qū)，根據(jù)中庭的具體形狀，該分區(qū)應包括整個開孔區(qū)域和站廳層通往站臺層的樓扶梯。結合車站站廳層吊頂凈高，在站廳層樓扶梯的正上方靈活設置電動擋煙垂簾或擋煙垂壁，防煙分區(qū)其余邊緣處設置電動擋煙垂簾，站臺層中板開孔四周設置擋煙垂壁。

(2)中庭作為車站公共區(qū)的特殊部分，人流密集、火災危害性大，對中庭防煙分區(qū)宜設置獨立的防排煙系統(tǒng)及專用排煙風管。

(3)當車站可利用空間尺寸較小，管線布設困難時，中庭與除中庭區(qū)域外的公共區(qū)，可采用合設防排煙系統(tǒng)的形式，但排煙風機應考慮設置備用風機。

(4)車站站臺公共區(qū)發(fā)生火災時，將中庭防煙分區(qū)的電動擋煙垂簾降至站廳層地面，專用排煙風機進行排煙，同時開啟排熱風機及隧道事故風機進行輔助排煙，以保證規(guī)范規(guī)定的風速要求。

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