王小飛，車(chē)輪飛，蔡崇慶，邱少輝，劉宇圣

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

地鐵車(chē)站是一個(gè)狹長(zhǎng)且密閉的地下空間，通常人員密度大，而站臺(tái)公共區(qū)相較站廳，空間更為狹小，火災(zāi)時(shí)對(duì)排煙系統(tǒng)效率要求高。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，火災(zāi)時(shí)為防止煙氣通過(guò)樓扶梯口向站廳蔓延，樓扶梯口處向下氣流速度不應(yīng)小于1.5 m/s[1]。結(jié)合地鐵車(chē)站樓扶梯口部面積，要形成向下1.5 m/s風(fēng)速所需的風(fēng)量遠(yuǎn)大于站臺(tái)層自身排除煙氣所需的通風(fēng)量，因此僅靠站臺(tái)排煙系統(tǒng)無(wú)法滿足規(guī)范要求，往往需要開(kāi)啟車(chē)站兩端隧道風(fēng)機(jī)和排熱風(fēng)機(jī)，同時(shí)開(kāi)啟車(chē)站端部的屏蔽門(mén)，對(duì)站臺(tái)公共區(qū)進(jìn)行協(xié)同排煙，以加大通風(fēng)量。

然而火災(zāi)發(fā)生時(shí)開(kāi)啟屏蔽門(mén)會(huì)帶來(lái)諸多安全隱患。首先應(yīng)確認(rèn)無(wú)列車(chē)越行才能打開(kāi)站臺(tái)門(mén)；其次當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，乘客有可能因?yàn)榛艔垺頂D或煙氣阻擋視線而意外跌落入軌行區(qū)；再次，根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)部門(mén)的反饋，站臺(tái)火災(zāi)時(shí)，需安排專(zhuān)門(mén)的工作人員協(xié)助開(kāi)啟屏蔽門(mén)并維持開(kāi)門(mén)處的秩序，這無(wú)形中增加了應(yīng)急協(xié)同的工作量，同時(shí)也嚴(yán)重威脅到工作人員的生命安全。

新實(shí)施的《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第8.1.3條及條文解釋進(jìn)一步明確了需要充分利用屏蔽門(mén)的封閉性來(lái)提高站臺(tái)煙氣排除的效率，減少煙氣受列車(chē)活塞效應(yīng)的擾動(dòng)影響[2]。為滿足新要求，目前某些車(chē)站的做法是從站臺(tái)兩端的排熱風(fēng)室分別引出站臺(tái)專(zhuān)用排煙管道至站臺(tái)公共區(qū)內(nèi)，站臺(tái)火災(zāi)時(shí)通過(guò)開(kāi)啟排熱風(fēng)機(jī)經(jīng)此排煙管協(xié)助站臺(tái)排煙。但此方案的適用性有待驗(yàn)證。此外，由于專(zhuān)用排煙管道尺寸較大，對(duì)站臺(tái)管線排布影響較大。綜上，相關(guān)研究提出一種新型站臺(tái)排煙技術(shù)——軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同站臺(tái)排煙技術(shù)，既能滿足規(guī)范要求，又能避免屏蔽門(mén)開(kāi)啟所造成安全隱患，同時(shí)不占同站臺(tái)管線布置空間。本文針對(duì)此新技術(shù)，在武漢某地鐵車(chē)站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以驗(yàn)證該技術(shù)的可行性。

1 試驗(yàn)對(duì)象簡(jiǎn)介

1.1 車(chē)站概況

本次試驗(yàn)對(duì)象為武漢市某地鐵車(chē)站，車(chē)站為地下兩層單柱島式換乘車(chē)站，總建筑面積38604 m2，站臺(tái)寬12 m，凈高4.7 m，采用全高站臺(tái)門(mén)制式。8A列車(chē)編組，站后設(shè)置折返線及停車(chē)線(長(zhǎng)度約450 m)。車(chē)站公共區(qū)有3個(gè)出入口，如圖1所示。共設(shè)有5組樓扶梯聯(lián)通站廳與站臺(tái)樓扶梯位置，如圖2所示。

圖1 站廳平面示意 Figure 1 Station plan

圖中左端為車(chē)站小里程端，右端為大里程端。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，每組樓扶梯口部面積(最小開(kāi)口處)如表1所示。

根據(jù)以上參數(shù)，為滿足所有樓扶梯口部向下1.5 m/s風(fēng)速，站臺(tái)層需要的總排風(fēng)量不小于75.9 m3/s (273240 m3/h)。

1.2 車(chē)站通風(fēng)設(shè)備布置情況簡(jiǎn)介

本站兩端設(shè)置雙活塞風(fēng)道，每個(gè)風(fēng)道配置一臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)，風(fēng)量60 m3/s(216000 m3/h)，共4臺(tái)。車(chē)站軌行區(qū)設(shè)置軌頂排熱風(fēng)道，風(fēng)道兩端各設(shè)置一臺(tái)排熱風(fēng)機(jī)，風(fēng)量50 m3/s(180000 m3/h)，共2臺(tái)。站臺(tái)層排煙系統(tǒng)設(shè)置有2臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，風(fēng)量76900 m3/h，各負(fù)擔(dān)一半的站臺(tái)公共區(qū)排煙量。站廳層設(shè)置有2臺(tái)組合式空調(diào)器，風(fēng)量分別為51500 m3/h、64500 m3/h。具體參數(shù)如表2所示。

表2 車(chē)站通風(fēng)設(shè)備參數(shù)表(站臺(tái)排煙相關(guān)設(shè)備)Table 2 Parameters of station ventilation equipment (platform smoke exhaust equipment)

1.3 站臺(tái)排煙系統(tǒng)設(shè)置

為綜合比較各種站臺(tái)排煙模式的效果，本次試驗(yàn)在站臺(tái)層設(shè)置了多種排煙系統(tǒng)，包含了公共區(qū)排煙系統(tǒng)(大系統(tǒng))、站臺(tái)專(zhuān)用排煙管道輔助排煙系統(tǒng)、軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同站臺(tái)排煙系統(tǒng)。

公共區(qū)排煙系統(tǒng)(大系統(tǒng))設(shè)置有站臺(tái)排煙管，與公共區(qū)回風(fēng)管共用管道，風(fēng)管排煙口集中設(shè)置在站臺(tái)中部。為減小試驗(yàn)對(duì)車(chē)站的影響，站臺(tái)專(zhuān)用排煙管道輔助排煙系統(tǒng)在站臺(tái)公共區(qū)端部從軌頂風(fēng)道引出站臺(tái)專(zhuān)用排煙管，并通過(guò)電動(dòng)閥與既有的排熱風(fēng)道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。以小里程端右線一側(cè)為例，D-1關(guān)閉，D-2打開(kāi)時(shí)，軌頂風(fēng)道正常使用，站臺(tái)專(zhuān)用排煙管關(guān)閉；反之則關(guān)閉軌頂風(fēng)道，排熱風(fēng)機(jī)通過(guò)專(zhuān)用排煙管道抽排站臺(tái)內(nèi)空氣。站臺(tái)每端左右線各一組專(zhuān)用排煙管道，共4組。軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同站臺(tái)排煙系統(tǒng)在車(chē)站軌頂排熱風(fēng)道側(cè)邊設(shè)置常閉電動(dòng)排煙口，尺寸為2000 mm× 800 mm。以小里程端一側(cè)右線為例，靠近站臺(tái)門(mén)端部設(shè)置2個(gè)排煙口，間距1 m，靠近站臺(tái)中部設(shè)置1個(gè)排煙口，整個(gè)站臺(tái)層共12個(gè)排煙口，當(dāng)需要依靠此排煙口排煙時(shí)，打開(kāi)軌頂風(fēng)道轉(zhuǎn)換風(fēng)閥D-2，同時(shí)關(guān)閉風(fēng)閥D-1(以小里程右線為例)。站臺(tái)排煙系統(tǒng)設(shè)置如圖2所示。

圖2 站臺(tái)公共區(qū)排煙系統(tǒng)設(shè)置示意圖 Figure 2 Smoke exhaust systems in the public area of the platform

2 試驗(yàn)方案

2.1 測(cè)試工況設(shè)置

本次試驗(yàn)將站臺(tái)排煙方案分為3大類(lèi)別，分別為大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)獨(dú)立排煙模式、站臺(tái)專(zhuān)用排煙風(fēng)管輔助排煙模式、軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同排煙模式。大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)獨(dú)立排煙模式僅開(kāi)啟站臺(tái)公共區(qū)排煙風(fēng)機(jī)，通過(guò)站臺(tái)大系統(tǒng)排煙管道對(duì)公共區(qū)進(jìn)行排煙。

站臺(tái)專(zhuān)用排煙風(fēng)管輔助排煙模式是在開(kāi)啟大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)打開(kāi)站臺(tái)專(zhuān)用排煙風(fēng)管且關(guān)閉軌頂排熱風(fēng)道轉(zhuǎn)換風(fēng)閥，排熱風(fēng)機(jī)通過(guò)專(zhuān)用排煙管輔助站臺(tái)排煙，提升站臺(tái)排煙量。

軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同排煙模式則是通過(guò)打開(kāi)軌頂側(cè)部設(shè)置的排煙口(關(guān)閉站臺(tái)專(zhuān)用排煙管)，排熱風(fēng)機(jī)經(jīng)側(cè)排煙口協(xié)同站臺(tái)排煙，同時(shí)為減小軌頂風(fēng)道既有的底部排熱風(fēng)口漏風(fēng)影響，開(kāi)啟車(chē)站兩端的隧道風(fēng)機(jī)，使軌行區(qū)形成負(fù)壓，以削弱排熱風(fēng)口的漏風(fēng)影響，誘導(dǎo)排熱風(fēng)機(jī)更多地對(duì)軌頂風(fēng)道側(cè)排煙口進(jìn)行抽排。為分析隧道風(fēng)機(jī)開(kāi)啟方式及軌頂風(fēng)道側(cè)排煙口開(kāi)啟的不同組合形式對(duì)站臺(tái)排煙效果的影響，在此模式基礎(chǔ)上，又根據(jù)隧道風(fēng)機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)、側(cè)排煙口開(kāi)啟數(shù)量及位置、站廳補(bǔ)風(fēng)形式的不同組合細(xì)分為6種不同的工況。具體工況如表3所示。

表3 試驗(yàn)測(cè)試工況模式Table 3 Test modes

2.2 測(cè)試方法及工具

本次試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)采用現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)量取平均值方法記錄，使用風(fēng)速測(cè)量工具為天建華儀WWFWZY-1型萬(wàn)向風(fēng)速測(cè)量?jī)x。

樓扶梯口部風(fēng)速測(cè)量點(diǎn)選取為各組樓扶梯最窄斷面且風(fēng)速最大處，風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量點(diǎn)選取為風(fēng)口中心點(diǎn)，風(fēng)管風(fēng)速測(cè)量點(diǎn)選取為風(fēng)管橫截面中心點(diǎn)。為模擬真實(shí)的火災(zāi)煙霧，測(cè)試采用了消防演習(xí)專(zhuān)用煙霧彈，每次測(cè)試在站臺(tái)中部(站臺(tái)排煙最不利點(diǎn))同時(shí)釋放2罐煙霧彈。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

本次測(cè)試過(guò)程中車(chē)站及相鄰區(qū)間無(wú)列車(chē)運(yùn)行，樓扶梯口部風(fēng)速測(cè)量結(jié)果如表4所示。

表4 車(chē)站樓扶梯口部風(fēng)速測(cè)量結(jié)果匯總 Figure 4 Summary of anemometer results of the wind speed at escalators opening m/s

3.2 結(jié)果分析

本次試驗(yàn)結(jié)果以樓扶梯口部風(fēng)速高于1.5 m/s為合格。

從工況1結(jié)果可以直接看出，僅依靠站臺(tái)大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)排煙，無(wú)法滿足所有樓扶梯口部向下風(fēng)速的 要求。即便對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站2組樓扶梯+1組垂直電梯及轉(zhuǎn)角樓梯的組合形式，站臺(tái)大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)也很難滿足風(fēng)量要求。

從工況2 結(jié)果可以看出，此方案下所測(cè)試樓扶梯口部風(fēng)速除1號(hào)樓梯滿足風(fēng)速要求以外，其余4部樓扶梯斷面風(fēng)速均低于1.5 m/s，不滿足要求。

從工況3、工況4測(cè)量結(jié)果可以看出，樓扶梯口部風(fēng)速均滿足要求，開(kāi)啟車(chē)站兩端共4臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)輔助軌行區(qū)形成負(fù)壓，關(guān)閉站廳公共區(qū)送風(fēng)機(jī)，進(jìn)行自然補(bǔ)風(fēng)時(shí)，梯口風(fēng)速略低于機(jī)械補(bǔ)風(fēng)的工況，下降率約為15%，可認(rèn)為在類(lèi)似本站(出入口較少，風(fēng)阻較大)的車(chē)站站臺(tái)排煙時(shí)，站廳采用機(jī)械補(bǔ)風(fēng)對(duì)提升站臺(tái)排煙效果作用較小，從減少設(shè)備開(kāi)啟數(shù)量、提高排煙系統(tǒng)可靠性的角度出發(fā)，可采用自然補(bǔ)風(fēng)形式。

從工況4~7的結(jié)果可以看出，隨著車(chē)站兩端隧道風(fēng)機(jī)開(kāi)啟數(shù)量逐步減少，站臺(tái)樓扶梯口部風(fēng)速也呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明隧道風(fēng)機(jī)開(kāi)啟后通過(guò)站臺(tái)門(mén)的縫隙抽排了站臺(tái)層的空氣，這些站臺(tái)門(mén)漏風(fēng)量客觀上有助于站臺(tái)樓扶梯口風(fēng)速的提升，隧道風(fēng)機(jī)開(kāi)啟越多，這種額外的抽排風(fēng)量越大。當(dāng)隧道風(fēng)機(jī)僅開(kāi)啟1臺(tái)時(shí)(活塞風(fēng)道左右線轉(zhuǎn)換風(fēng)閥開(kāi)啟，隧道風(fēng)機(jī)同時(shí)作用于左右線)，在軌行區(qū)形成的負(fù)壓較小，不足以削弱排熱風(fēng)口的排風(fēng)量，造成軌頂風(fēng)道側(cè)排煙口排煙量偏小，站臺(tái)層總排煙量達(dá)不到樓扶梯口向下1.5 m/s風(fēng)速所需的風(fēng)量。

從工況6、8、9測(cè)量結(jié)果可以看出，在其他條件相同的情況下，通過(guò)軌頂風(fēng)道側(cè)排煙口不同開(kāi)啟形式，樓扶梯口部風(fēng)速均能滿足要求，且風(fēng)速基本一致。但站臺(tái)層煙氣排除效果卻存在差異，工況6由于所有側(cè)排煙口均打開(kāi)，樓扶梯口部風(fēng)速相較另外2個(gè)工況稍高一些，同時(shí)由于靠近站臺(tái)中部的4個(gè)軌頂側(cè)排煙口排煙量較為可觀，能夠有效提升站臺(tái)中部煙氣的排出效率，約4 min整個(gè)站臺(tái)煙氣排除完畢。而工況8關(guān)閉中部4個(gè)軌頂側(cè)排煙口后，在站臺(tái)中部釋放的模擬煙氣僅靠站臺(tái)大系統(tǒng)排煙口進(jìn)行排除，排煙速度緩慢一些，大約在放煙后6 min左右煙氣才基本排除完畢，排煙效率有所降低。工況9相較工況6，煙氣排除效率基本一致，僅樓扶梯口部風(fēng)速略微下降。

4 結(jié)論

根據(jù)本次在地鐵車(chē)站進(jìn)行的站臺(tái)排煙測(cè)試結(jié)果分析，可以得到如下結(jié)論：

1)軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同站臺(tái)排煙技術(shù)可行，車(chē)站樓扶梯口部風(fēng)速可滿足向下1.5 m/s風(fēng)速要求。類(lèi)似于本次試驗(yàn)的8A編組等大型車(chē)站，僅開(kāi)啟一臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)時(shí)，在軌行區(qū)形成的負(fù)壓較小，不足以削弱足夠的排熱風(fēng)口排風(fēng)量，造成軌頂風(fēng)道側(cè)排煙口排煙量偏小，最終可能導(dǎo)致樓扶梯口風(fēng)速不達(dá)標(biāo)。而開(kāi)啟2臺(tái)或更多隧道風(fēng)機(jī)時(shí)，均可滿足樓扶梯口風(fēng)速要求，且開(kāi)啟的隧道風(fēng)機(jī)數(shù)量越多，樓扶梯口部風(fēng)速越大。

2)站廳自然補(bǔ)風(fēng)與機(jī)械補(bǔ)風(fēng)兩種模式對(duì)站臺(tái)樓扶梯口部風(fēng)速影響差異較小。但機(jī)械補(bǔ)風(fēng)是由車(chē)站新風(fēng)井進(jìn)入，雖然新、排風(fēng)井間距均超過(guò)10 m以上，但室外風(fēng)向變化莫測(cè)，存在因風(fēng)向變化導(dǎo)致風(fēng)亭排出的煙氣被吹向新風(fēng)井，進(jìn)而被機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)重新送入車(chē)站內(nèi)，嚴(yán)重影響車(chē)站內(nèi)的人員疏散安全，同時(shí)從減少設(shè)備開(kāi)啟數(shù)量、提高排煙系統(tǒng)可靠性的角度出發(fā)，建議優(yōu)先采用自然補(bǔ)風(fēng)模式。

3)在站臺(tái)中部區(qū)域設(shè)置一定數(shù)量的軌頂側(cè)排煙口，可以有效提高站臺(tái)中部煙氣的排除，解決站臺(tái)最不利排煙區(qū)域煙氣排除效率低的問(wèn)題。

4)軌頂排熱系統(tǒng)協(xié)同站臺(tái)排煙技術(shù)僅需在軌頂風(fēng)道側(cè)邊設(shè)置一定數(shù)量的排煙口，方案適用性較強(qiáng)。對(duì)于新建車(chē)站而言，在設(shè)計(jì)階段直接確定好側(cè)排煙口位置、數(shù)量即可，對(duì)于已建成車(chē)站，僅需根據(jù)頂風(fēng)道實(shí)際情況，經(jīng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)驗(yàn)算，對(duì)側(cè)排煙口開(kāi)孔位置和尺寸進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，確保開(kāi)孔面積不小于1.6 m2即能滿足協(xié)同排煙要求，車(chē)站其他土建結(jié)構(gòu)無(wú)需進(jìn)行任何改動(dòng)。

5)采用在站臺(tái)公共區(qū)端部設(shè)置專(zhuān)用排煙風(fēng)管(從軌頂風(fēng)道接出)輔助站臺(tái)排煙模式能夠在一定程度上提升站臺(tái)排煙量，但對(duì)于此次所測(cè)試的車(chē)站，公共區(qū)設(shè)有5部樓扶梯，開(kāi)孔面積相較普通的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站明顯增加，采用此模式仍不足以確保所有樓扶梯口部風(fēng)速均滿足要求。同時(shí)，站臺(tái)專(zhuān)用排煙管尺寸較大，且只能布置在車(chē)站端部靠近站臺(tái)門(mén)處，嚴(yán)重影響了該區(qū)域的管線布置。