陳青云，朱詠輝

（紹興市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江紹興 312000）

1 研究背景

通風(fēng)空調(diào)及防排煙系統(tǒng)是地鐵機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著對地鐵站內(nèi)空氣溫度、濕度、空氣流速、壓力等涉及空氣品質(zhì)參數(shù)的調(diào)節(jié)任務(wù)，是地鐵舒適乘車環(huán)境的重要保障。同時，在火災(zāi)情況下，可迅速轉(zhuǎn)換為火災(zāi)工況，進(jìn)行排煙、送風(fēng)或協(xié)助滅火，保障乘客安全和設(shè)備安全。

目前，國內(nèi)地鐵的地下車站與軌行區(qū)之間主要采用全高全封閉屏蔽門系統(tǒng)(以下簡稱“屏蔽門系統(tǒng)”)，或采用半高非封閉安全門系統(tǒng)(以下簡稱“安全門系統(tǒng)”)，兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為站臺門系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)對于地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的作用各有利弊，不同氣候條件下的節(jié)能差異性較大。例如，采用屏蔽門系統(tǒng)，由于隔絕了站臺與車站軌行區(qū)，有效減少了活塞風(fēng)對站臺的影響，在空調(diào)季能更好地滿足乘客的舒適性，同時具有節(jié)能優(yōu)勢；在過渡季和冬季，為了保障車站公共區(qū)的通風(fēng)換氣要求，需適當(dāng)增加車站機(jī)械通風(fēng)量，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)等運(yùn)行能耗的增加。采用安全門系統(tǒng)，在過渡季和冬季引進(jìn)列車活塞風(fēng)，減少了機(jī)械通風(fēng)量，可使風(fēng)機(jī)等運(yùn)行能耗減少；在空調(diào)季由于車站公共區(qū)冷量流失進(jìn)入車站軌行區(qū)甚至區(qū)間，使空調(diào)系統(tǒng)能耗大大增加。為整合這兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢，國內(nèi)各高校學(xué)者及行業(yè)專家對復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)的自然通風(fēng)及節(jié)能特性進(jìn)行了深入的研究。如李鵬[1]對帶可控風(fēng)口的屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析得出，在過渡季節(jié)，開啟屏蔽門上方的可控風(fēng)口，關(guān)閉車站的軌頂、軌底排熱風(fēng)機(jī)及活塞風(fēng)井內(nèi)的風(fēng)機(jī)，利用列車運(yùn)行的活塞風(fēng)，增加車站與室外的通風(fēng)換氣，在一定程度上可以節(jié)省風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時間，縮短夏季空調(diào)運(yùn)行時間，具有節(jié)能的潛力。陳瑤[2]對屏蔽門開口的換氣特性進(jìn)行了研究，并計(jì)算了不同風(fēng)口位置、面積、相鄰風(fēng)口個數(shù)等參數(shù)，分析行車密度、隧道區(qū)間長度、活塞風(fēng)井位置對地鐵車站換氣特性及車站換氣量的影響。鐘星燦[3]通過軟件模擬，得出復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)全年運(yùn)行能耗均低于屏蔽門系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)(安全門系統(tǒng))，且從南到北具有廣泛的適用性。目前，復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)通風(fēng)及節(jié)能特性的研究較多[4-8]，但火災(zāi)特性的研究較少。筆者通過參與復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)歷，分析火災(zāi)工況下復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)的排煙特性，并重點(diǎn)討論在新規(guī)范要求下這種系統(tǒng)對站臺火災(zāi)的適應(yīng)性。

2 系統(tǒng)組成

復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)主要是在全高全封閉屏蔽門系統(tǒng)上方安裝通風(fēng)裝置，通風(fēng)裝置主要由組合式的電動風(fēng)閥、控制系統(tǒng)及裝飾面板等組成。組合式的電動風(fēng)閥安裝在屏蔽門頂梁上方(見圖1)，由結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)通風(fēng)專業(yè)提資預(yù)留風(fēng)閥的開孔，開孔數(shù)量及尺寸根據(jù)車站形式、站臺風(fēng)速要求及該車站通風(fēng)換氣量等進(jìn)行核算[9-11]。電動組合式風(fēng)閥由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、風(fēng)閥及密封件組成，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括執(zhí)行器、傳動機(jī)構(gòu)及限位裝置組成，具備遠(yuǎn)程控制和就地控制功能，具有開啟/關(guān)閉狀態(tài)反饋及故障報(bào)警功能。所有控制和反饋信號接入馬達(dá)控制中心(MCC)，由MCC 接入環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)并上傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)，與車站其他組合式電動風(fēng)閥接口形式基本一致。以國內(nèi)某一城市地鐵6B 車型線路的地下車站為例，站臺兩側(cè)每側(cè)屏蔽門上方設(shè)置28 套電動組合式風(fēng)閥，每3 套或4 套組成一組，每組風(fēng)閥開啟、關(guān)閉動作均保持一致，接受上位機(jī)發(fā)送過來的統(tǒng)一控制信號，并統(tǒng)一上傳反饋信息。

圖1 復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)車站工程實(shí)例Fig. 1 Example of a composite platform screen door system station project

3 火災(zāi)特性

當(dāng)站廳公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時啟動站廳排煙模式，并聯(lián)動關(guān)閉車站空調(diào)系統(tǒng)、小系統(tǒng)模式、隧道區(qū)間模式。由于區(qū)間不參與站廳排煙工況，復(fù)合式屏蔽門上方的組合式電動風(fēng)閥聯(lián)動關(guān)閉，與傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)制式類似。

3.1 傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)站臺火災(zāi)排煙方案

一般地下標(biāo)準(zhǔn)地鐵島式車站站臺面積為1 200 m2，劃分為單一防煙分區(qū)，在傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)制式下，站臺火災(zāi)模式是唯一的。在此之前，國內(nèi)絕大多數(shù)設(shè)計(jì)單位所設(shè)計(jì)的站臺火災(zāi)模式均是啟動大系統(tǒng)兩端的排煙風(fēng)機(jī)(或回排風(fēng)機(jī)兼用)來進(jìn)行站臺排煙，手動打開屏蔽門系統(tǒng)兩側(cè)首尾滑動門(或通過IBP 盤上的按鈕啟動)，同時啟動車站軌行區(qū)兩端的隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙。另外，為盡可能地增大排煙量，有些設(shè)計(jì)方案還會要求同時啟動兩端的軌道排熱風(fēng)機(jī)，通過軌頂排風(fēng)道進(jìn)行輔助排煙。由于需要人工操作打開首尾兩側(cè)滑動門，此種方案一定程度上增加了緊急情況下的運(yùn)營管理難度。同時，該方案對于火源位于站臺兩側(cè)端部時的排煙效果較為明顯，若火源位于站臺中部樓扶梯處，兩側(cè)樓扶梯口的向下氣流會使該區(qū)域形成一定的負(fù)壓，將造成煙氣集聚，排除比較困難。

3.2 復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)站臺排煙方案

在復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)制式下，由于站臺上、下行側(cè)屏蔽門上方均設(shè)置了組合式電動風(fēng)閥，所以火災(zāi)時將風(fēng)閥的動作要求統(tǒng)一納入火災(zāi)模式，即可解決緊急情況下人員操作的不確定性，減輕運(yùn)營管理難度。采用復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)制式，站臺火災(zāi)時聯(lián)動開啟的風(fēng)閥位置有3 種方案：方案1，只開啟首尾兩側(cè)滑動門上方的組合式電動風(fēng)閥；方案2，開啟站臺兩側(cè)屏蔽門上方所有組合式電動風(fēng)閥；方案3，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的位置，選擇性開啟和關(guān)閉不同位置的組合式電動風(fēng)閥。

通過工程項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)：方案1 的問題與手動操作開啟首尾兩側(cè)滑動門的情況類似，無法解決站臺中部樓扶梯口排煙困難的問題；方案2 與方案1 相比，除了能減弱站臺端部火災(zāi)的排煙效果(實(shí)際現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)站臺端部火災(zāi)排煙效果仍是較為理想)，同樣難以很好地解決站臺中部樓扶梯口排煙困難的問題。為此，通過優(yōu)化提出了方案3，以兩側(cè)樓扶梯與站臺平面交界處為界限，將站臺劃分為站臺端部和站臺中部，當(dāng)站臺發(fā)生火災(zāi)時，通過火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)識別第一個火災(zāi)報(bào)警探頭的邏輯地址，從而確定火災(zāi)發(fā)生在站臺端部還是站臺中部，根據(jù)火源位置的不同，F(xiàn)AS 發(fā)送不同的火災(zāi)模式號給BAS(須滿足同一防煙分區(qū)內(nèi)兩點(diǎn)報(bào)警的條件)，由BAS 執(zhí)行不同的火災(zāi)模式指令。

3.2.1 站臺端部火災(zāi)模式設(shè)計(jì)

當(dāng)站臺端部發(fā)生火災(zāi)時，開啟兩端的大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)，并打開站臺兩側(cè)端部屏蔽門上方的組合式電動風(fēng)閥，關(guān)閉站臺兩側(cè)中部屏蔽門上方的組合式電動風(fēng)閥，同時啟動兩端的隧道風(fēng)機(jī)，從而更好地對站臺端部的著火點(diǎn)進(jìn)行排煙。站臺端部火災(zāi)的主要設(shè)備動作模式如表1 所示。其中，“○”表示開啟，“×”表示關(guān)閉，反轉(zhuǎn)表示隧道風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)排煙，風(fēng)機(jī)啟動默認(rèn)同步開啟排煙管道上連鎖風(fēng)閥。

表1 站臺端部火災(zāi)的主要設(shè)備動作模式Tab. 1 Action mode of major equipment when a fire takes place in the end of the platform

3.2.2 站臺中部火災(zāi)模式設(shè)計(jì)

當(dāng)站臺中部發(fā)生火災(zāi)時，同樣開啟兩端的大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)，并打開站臺兩側(cè)中部屏蔽門上方的組合式電動風(fēng)閥，關(guān)閉站臺兩側(cè)端部的屏蔽門上方的組合式電動風(fēng)閥，同時啟動兩端的隧道風(fēng)機(jī)，從而更好地對站臺中部著火點(diǎn)進(jìn)行排煙。站臺中部火災(zāi)的主要設(shè)備動作模式如表2 所示。

該方案通過實(shí)際項(xiàng)目，在地下車站不同位置的放煙測試中發(fā)現(xiàn)，站臺端部的排煙效果跟方案1 基本相同并優(yōu)于方案2，而站臺中部的排煙效果比方案1 和方案2 均有大幅提升，且人員疏散所需的清晰高度、樓扶梯口的風(fēng)速等均較為理想。該方案針對站臺發(fā)生火災(zāi)時火源的位置不同，有針對性地啟動不同的排煙模式，很好地解決了站臺中部樓扶梯口處排煙困難的問題。

表2 站臺中部火災(zāi)主要設(shè)備動作模式Tab. 2 Action mode of major equipment when a fire takes place in the middle of the platform

4 規(guī)范適應(yīng)性

各規(guī)范對于站臺排煙方案的設(shè)計(jì)均有相應(yīng)的描述。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2013)第28.4 條規(guī)定：地下車站的站廳和站臺應(yīng)設(shè)置機(jī)械防煙、排煙設(shè)施，排煙量應(yīng)根據(jù)一個防煙分區(qū)的建筑面積按1 m3/(m2·min)計(jì)算。當(dāng)車站站臺發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不應(yīng)小于1.5m/s。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51251—2017)，排煙口的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：排煙口宜設(shè)置在頂棚或靠近頂棚的墻面上；排煙口應(yīng)設(shè)在儲煙倉內(nèi)，但走道、室內(nèi)空間凈高不大于3 m 的區(qū)域，排煙口可設(shè)置在其凈空高度的1/2 以上，當(dāng)設(shè)置在側(cè)墻時，吊頂與其最近距離不應(yīng)大于0.5 m。《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB51298—2018)第8.1.3 條規(guī)定：當(dāng)對站臺進(jìn)行排煙時，應(yīng)能防止煙氣進(jìn)入站廳、地下區(qū)間、換乘通道等鄰近區(qū)域；第8.2.3 條規(guī)定：車站公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)、駛向該站的列車需要越站時，應(yīng)聯(lián)動關(guān)閉全封閉站臺門。以上規(guī)范要求，對各地占絕大多數(shù)的手動操作開啟屏蔽門的站臺排煙方案影響較大，所以研究既滿足規(guī)范又有實(shí)際排煙效果的站臺排煙方案變得尤為迫切。

4.1 傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)制式下站臺排煙方案

通過以上規(guī)范條文的分析可知，采用傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)制式打開首尾兩側(cè)滑動門，雖能很好地滿足站廳到站臺樓扶梯口向下1.5 m/s 風(fēng)速要求，但打開的兩側(cè)首尾滑動門作為新的排煙口，不滿足《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于排煙口設(shè)置的規(guī)定。無論是站廳還是站臺發(fā)生火災(zāi)，地鐵在運(yùn)營過程中，特別是高峰時段，隧道內(nèi)很可能有列車正向發(fā)生火災(zāi)的車站行駛。此時，原則上正常行駛的列車不能停站，需要在調(diào)度協(xié)調(diào)下越站運(yùn)行。為了防止列車過站對站內(nèi)煙層的巨大擾動，根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》，應(yīng)聯(lián)動關(guān)閉全封閉站臺門。在這種情況下，只有等列車過站后才能操作打開兩側(cè)首尾的滑動門，難以在第一時間達(dá)到預(yù)設(shè)的排煙模式，不利于乘客安全疏散。而且，手動開啟滑動門的最佳時機(jī)成為了運(yùn)營需要全面考慮的一個難題，對緊急情況下的行車調(diào)度組織要求較高。

4.2 設(shè)置獨(dú)立小室的集中排煙方案

國內(nèi)部分設(shè)計(jì)單位在新建地鐵線路設(shè)計(jì)中，為了更好地滿足規(guī)范對站臺排煙的要求，提出了集中排煙方案。這種方案在站臺每端設(shè)置獨(dú)立排煙小室，由排煙小室至站臺敷設(shè)1～2 根集中排煙管，排煙管上設(shè)置站臺集中排煙口及控制閥，單端管道總面積不小于2.5 m2。當(dāng)站臺發(fā)生火災(zāi)時，保持站臺門的關(guān)閉狀態(tài)，除啟動大系統(tǒng)兩端的排煙風(fēng)機(jī)外，同時通過兩端排熱風(fēng)機(jī)接管至站臺候車區(qū)，利用軌道排熱風(fēng)機(jī)和大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)共同承擔(dān)站臺排煙。該方案排煙口完全滿足規(guī)范的要求，設(shè)置在儲煙倉內(nèi)，有效地將煙氣限制在站臺候車范圍內(nèi)，阻止煙氣向其他區(qū)域蔓延。在部分6B 車型的地鐵地下標(biāo)準(zhǔn)車站運(yùn)用該方案，通過實(shí)際測試結(jié)果了解到，該方案增大了站臺排煙量，使樓扶梯口風(fēng)速達(dá)到1.8～2.3 m/s，基本滿足規(guī)范要求；且該方案理論上對列車過站無影響，過站列車可基本在無煙環(huán)境中越行本站至下游車站疏散，對站臺內(nèi)煙層影響也較小。但是，該方案由于需在車站兩端設(shè)置排煙小室和集中排煙管，需增加一定的土建規(guī)模，在一般車站的設(shè)備非集中端較易實(shí)現(xiàn)，而在設(shè)置變電所的設(shè)備集中端布置將增加綜合管線的壓力與土建施工的難度，對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中管路布置的合理性提出了更高的要求。另外，在國內(nèi)某城市6A 編組地鐵線路的地下車站，使用集中排煙方案進(jìn)行站臺火災(zāi)測試發(fā)現(xiàn)，樓扶梯口風(fēng)速難以達(dá)到規(guī)范要求的1.5 m/s。

4.3 復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)制式下站臺排煙方案

通過上述分析可知，復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)制式下，站臺發(fā)生火災(zāi)時屏蔽門保持關(guān)閉，有效避免了由于開啟滑動門而可能帶來的二次安全隱患。另外，站臺火災(zāi)排煙可針對火災(zāi)發(fā)生位置的不同，有針對性地啟動相應(yīng)的排煙模式，有效地解決了站臺中部樓扶梯口發(fā)生火災(zāi)時排煙困難的問題。通過各地實(shí)際測試結(jié)果了解到，樓扶梯口的風(fēng)速基本在3.5～5 m/s，部分車站甚至更高，完全滿足規(guī)范1.5 m/s 的風(fēng)速要求。由國內(nèi)某城市6A 編組地鐵線路的地下車站測試情況了解到，利用復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行站臺火災(zāi)排煙，能很好地滿足規(guī)范對樓扶梯口風(fēng)速的要求；且站臺屏蔽門上方設(shè)置電動排煙口，較好地滿足了排煙口應(yīng)設(shè)置在儲煙倉內(nèi)的規(guī)范要求，避免了煙氣的沉降。在正常情況下，大部分煙氣通過排煙口進(jìn)入車站軌行區(qū)之后，即被車站兩端的隧道風(fēng)機(jī)通過兩端的活塞風(fēng)井排出站外，在一定程度上仍可將煙氣控制在一定的空間范圍內(nèi)，防止煙氣進(jìn)入地下區(qū)間等其他區(qū)域。同時，該方案僅在屏蔽門上方結(jié)構(gòu)頂梁開孔設(shè)置組合式電動風(fēng)閥，對土建及車站管線布置基本無要求；所有設(shè)備的動作要求全部納入模式控制，響應(yīng)時間快，對緊急情況下的行車調(diào)度組織要求較低。唯一要說明的是，使用復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)，當(dāng)啟動站臺火災(zāi)排煙模式時，煙氣會通過電動排煙口進(jìn)入站臺軌行區(qū)，對此時過站的列車仍會產(chǎn)生影響，同時過站列車所形成的活塞效應(yīng)會作用到站臺，對站臺的煙層造成一定的破壞，但由于排煙口設(shè)置在儲煙倉內(nèi)，這些影響相對較小。

5 結(jié)語

通過以上分析可知，在正常通風(fēng)工況下，復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)能通過關(guān)閉屏蔽門上方組合式電動風(fēng)閥，防止空調(diào)季車站冷量的流失，保障乘客的舒適性，起到節(jié)能的作用；在冬季和過渡季打開屏蔽門上方風(fēng)閥，或輔以車站的機(jī)械通風(fēng)，可滿足車站通風(fēng)換氣的需要，在國內(nèi)具有廣泛的適應(yīng)性。在火災(zāi)工況下，復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)針對站臺火災(zāi)排煙，除了具有較強(qiáng)的實(shí)用功能和較好的適應(yīng)性外，也能較好地滿足各規(guī)范的要求。由于不同城市不同線路的差異性，通風(fēng)空調(diào)及防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均存在一定的區(qū)別，但筆者認(rèn)為，地下車站復(fù)合式屏蔽門系統(tǒng)不失為一種較好的方式，應(yīng)大力推廣并不斷完善。