摘 要：磁浮車輛作為一種新型軌道交通，由于車輛編組小，其地下車站相比傳統(tǒng)地鐵車站規(guī)模也較小，為了探究適合磁浮地下車站的隧道通風(fēng)模式，該文借鑒傳統(tǒng)地鐵車站隧道通風(fēng)模式，創(chuàng)新性地探討4種磁浮地下車站的隧道通風(fēng)模式，分析4種隧道通風(fēng)模式在正常運(yùn)行工況、阻塞工況和火災(zāi)工況的運(yùn)行機(jī)制。通過表格定量分析4種隧道通風(fēng)模式的耗能量、機(jī)電造價和土建造價，對比得出結(jié)論，模式四區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站單端雙排熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是適合磁浮地下車站的最佳隧道通風(fēng)模式。

關(guān)鍵詞：磁浮地下車站；隧道通風(fēng)模式；耗能量；造價；新型軌道交通

中圖分類號：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）24-0085-05

Abstract： As a new type of rail transit， maglev vehicles have smaller underground stations compared to traditional subway stations due to their small vehicle composition. In order to explore tunnel ventilation modes suitable for maglev underground stations， this paper draws lessons from the traditional subway station tunnel ventilation mode， and creatively discusses four kinds of tunnel ventilation modes of maglev underground station. The operation mechanisms of four tunnel ventilation modes under normal operating conditions， blocking conditions and fire conditions are analyzed. Through the table quantitative analysis of the energy consumption， mechanical and electrical cost and civil construction cost of the four tunnel ventilation modes， it is concluded that the mode four interval tunnel double-piston ventilation + station single-end double-row hot fan system is the best tunnel ventilation mode suitable for maglev underground station.

Keywords： maglev underground station; tunnel ventilation mode; energy consumption; cost; new rail transit

城市軌道交通已經(jīng)成為人們出行的必要工具，也是打造綠色城市的重要環(huán)節(jié)，怎樣讓城市軌道交通更加節(jié)能增效是值得研究的問題。城市軌道交通項目能源消耗主要表現(xiàn)為電力消耗，其中車站通風(fēng)空調(diào)耗能在車站總體耗能中占較大比例，而車站隧道通風(fēng)耗能占整個車站通風(fēng)空調(diào)能耗的15%。目前城市軌道交通如地鐵車站的區(qū)間隧道通風(fēng)模式多采用雙活塞系統(tǒng)，車站隧道通風(fēng)模式多采用兩端設(shè)置排熱風(fēng)機(jī)形式。磁浮系統(tǒng)作為一種新型的城市軌道交通車輛，其對應(yīng)的線路和車站在城市中多以高架敷設(shè)，但是部分項目由于各種外在條件制約，仍然需要考慮地下敷設(shè)。由于磁浮車輛編組較短，車站規(guī)模較小，本文參考傳統(tǒng)地鐵地下車站的隧道通風(fēng)模式，創(chuàng)新地探討磁浮地下車站的隧道通風(fēng)模式，同時對比各個模式的耗能及造價。

1 4種隧道通風(fēng)模式的控制原理

1.1 模式一：區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)系統(tǒng)+車站隧道雙端單排熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

如圖1所示，模式一參照傳統(tǒng)地鐵地下站隧道通風(fēng)系統(tǒng)，車站兩端各設(shè)2臺可逆轉(zhuǎn)的隧道風(fēng)機(jī)（70 m3/s，功率90 kW），布置滿足兩端風(fēng)機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行，同時實(shí)現(xiàn)互為備用。車站兩端各設(shè)置一臺排熱風(fēng)機(jī)（40 m3/s，功率45 kW）負(fù)擔(dān)半個車站隧道的排風(fēng)和排煙。通過電動組合風(fēng)閥的切換，此模式可滿足區(qū)間和車站正常工況、阻塞工況和火災(zāi)工況模式的轉(zhuǎn)換要求，具體控制策略如下。

1）正常運(yùn)行工況：隧道兩端組合式電動風(fēng)閥（DZ-A1～DZ-A4，DZ-B1～DZ-B4）開啟，在區(qū)間隧道內(nèi)，利用活塞效應(yīng)，通過兩端的活塞風(fēng)井充分排除區(qū)間隧道的余濕和余熱。當(dāng)列車收到進(jìn)站信號時，與排熱風(fēng)機(jī)相連的組合式電動風(fēng)閥（DZ-A8，DZ-B8）開啟，對應(yīng)側(cè)軌行區(qū)的排熱風(fēng)機(jī)（TEF-A1、TEF-B1）升頻運(yùn)行排除列車?yán)淠饔酀窈陀酂?，?dāng)列車離站時排熱風(fēng)機(jī)以最低頻率運(yùn)行。

2）阻塞工況：當(dāng)列車因故障或其他原因而必須停在區(qū)間超過2 min時，按行車方向進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。前方車站開啟2臺隧道風(fēng)機(jī)對阻塞側(cè)進(jìn)行排風(fēng)，同時保持前方車站的車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行，后方車站開啟2臺隧道風(fēng)機(jī)對阻塞側(cè)進(jìn)行送風(fēng)，同時關(guān)閉后方車站的車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)，確保阻塞列車周圍的平均溫度不大于40 ℃，列車空調(diào)冷凝器周圍溫度小于等于45 ℃。例如，若列車在第3個車站和第4個車站的左線區(qū)間阻塞，03和04車站的活塞風(fēng)閥（DZ-A1、A2、A4，DZ-B1、B2、B4）均關(guān)閉。開啟前方03車站B端的機(jī)械風(fēng)閥和轉(zhuǎn)換風(fēng)閥（DZ-03-B3、DZ-03-B5、DZ-03-B6和DZ-03-B7），2臺隧道風(fēng)機(jī)（TEF-03-B1、TEF-03-B2）正轉(zhuǎn)，對左線區(qū)間進(jìn)行排風(fēng)，03車站的排熱風(fēng)閥（DZ-A8，DZ-B8）開啟，排熱風(fēng)機(jī)（TEF-03-A1、TEF-03-B1）滿負(fù)荷運(yùn)行；同時開啟后方04車站A端的轉(zhuǎn)換風(fēng)閥和機(jī)械風(fēng)閥（DZ-04-A3、DZ-04-A5、DZ-04-A6和DZ-04-A7）， 2臺隧道風(fēng)機(jī)（TVF-04-A1、TVF-04-A2）反轉(zhuǎn)，對左線區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)，04車站排熱風(fēng)機(jī)（TEF-04-A1、TEF-04-B1）停止運(yùn)行。

3）火災(zāi)工況：列車在運(yùn)行過程中發(fā)生火災(zāi)時應(yīng)盡量駛向前方車站，在前方車站組織疏散乘客、排除煙氣和滅火。在區(qū)間隧道內(nèi)的煙氣排除方向始終是與多數(shù)乘客疏散方向相反。當(dāng)列車停在車站疏散乘客時，開啟車站兩端排熱風(fēng)閥（DZ-A8，DZ-B8），車站兩端排熱風(fēng)機(jī)（TEF-A1、TEF-B1）滿負(fù)荷運(yùn)行，煙氣通過軌頂風(fēng)道通風(fēng)口排除煙氣。

當(dāng)著火列車停在區(qū)間隧道內(nèi)疏散乘客時，需排風(fēng)的車站開啟2臺隧道風(fēng)機(jī)對事故側(cè)隧道進(jìn)行排風(fēng)，同時保持車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行；需送風(fēng)的車站開啟3臺隧道風(fēng)機(jī)，其中2臺對事故側(cè)隧道進(jìn)行送風(fēng)，另外一臺對非事故隧道進(jìn)行送風(fēng)，同時關(guān)閉車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)。例如，若列車停在03車站和04車站的左線區(qū)間隧道內(nèi)疏散乘客，乘客往左線前進(jìn)方向03車站方向進(jìn)行疏散，需開啟后方04車站A端的轉(zhuǎn)換風(fēng)閥和機(jī)械風(fēng)閥（DZ-04-A3、DZ-04-A5、DZ-04-A6和DZ-04-A7），隧道風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)對前方區(qū)間進(jìn)行排煙， 04車站排熱風(fēng)機(jī)（TEF-04-A1、TEF-04-B1）開啟，一同對前方區(qū)間進(jìn)行排煙；前方03車站B端的機(jī)械風(fēng)閥和轉(zhuǎn)換風(fēng)閥（DZ-03-B3、DZ-03-B5、DZ-03-B6和DZ-03-B7），隧道風(fēng)機(jī)（TVF-03-B1、TVF-03-B2）反轉(zhuǎn)，對左線區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)。為了防止煙氣彌散到相鄰的右線區(qū)間， 03車站A端機(jī)械風(fēng)閥（DZ-03-A1和DZ-03-A5）開啟，隧道風(fēng)機(jī)TVF-03-A1反轉(zhuǎn)，對右線區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)，03車站的排熱風(fēng)機(jī)（TEF-03-A1、TEF-03-B1）停止運(yùn)行。

1.2 模式二：區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)系統(tǒng)+車站隧道雙端雙排熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

如圖2所示，模式二在區(qū)間和車站正常工況、阻塞工況和火災(zāi)工況模式下的運(yùn)行控制與模式一基本相同。相比模式一，模式二的排熱風(fēng)系統(tǒng)單端都為雙排熱風(fēng)機(jī)（20 m3/s，功率22 kW），在排除列車?yán)淠饔酀窈陀酂釙r，可通過組合排熱風(fēng)機(jī)數(shù)量，針對不同行車對數(shù)來調(diào)節(jié)排風(fēng)量，在滿足區(qū)間和車站設(shè)計要求的情況下，實(shí)現(xiàn)盡可能節(jié)能運(yùn)行。參照文獻(xiàn)《地鐵車站隧道排熱系統(tǒng)節(jié)能模式探討》，當(dāng)行車對數(shù)大于18對/h時 ，兩端4臺排熱風(fēng)機(jī)全部開啟；當(dāng)行車對數(shù)在10～18對/h或小于10對/h且隧道溫度高于38 ℃時，兩端各開啟1臺共2臺排熱風(fēng)機(jī)。

1.3 模式三：區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)系統(tǒng)+車站隧道與區(qū)間隧道通風(fēng)共用風(fēng)機(jī)

如圖3所示，模式三區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和模式一相同，但是模式三取消了車站隧道的排熱風(fēng)機(jī)，車站隧道通風(fēng)與區(qū)間隧道通風(fēng)共用隧道風(fēng)機(jī)（雙速變頻40/70 m3/s，45 kW/90 kW）和風(fēng)道，通過電動風(fēng)閥的切換，滿足區(qū)間和車站正常工況、阻塞工況和火災(zāi)工況模式的轉(zhuǎn)換要求，具體控制策略如下。

1）正常運(yùn)行工況：活塞通風(fēng)模式同模式一。當(dāng)列車收到進(jìn)站信號時，雙速風(fēng)機(jī)418-TVF/TEF-A1和418-TVF/TEF-B1運(yùn)行在40 m3/s風(fēng)速檔，升頻運(yùn)行排除列車?yán)淠饔酀窈陀酂帷?/p>

2）阻塞工況：阻塞工況通風(fēng)模式基本同模式一。其中雙速隧道風(fēng)機(jī)運(yùn)行在70 m3/s風(fēng)速檔，隧道風(fēng)和排熱風(fēng)的轉(zhuǎn)換風(fēng)閥DZ-A8和DZ-B8打開，實(shí)現(xiàn)前方車站開啟2臺隧道風(fēng)機(jī)對阻塞側(cè)進(jìn)行排風(fēng)，后方車站開啟2臺隧道風(fēng)機(jī)對阻塞側(cè)進(jìn)行送風(fēng)。

3）火災(zāi)工況：當(dāng)列車停留在車站疏散乘客時，轉(zhuǎn)換風(fēng)閥DZ-A8和DZ-B8關(guān)閉，與軌頂風(fēng)道相連的電動風(fēng)閥DZ-A9和DZ-B9打開，車站兩端雙速風(fēng)機(jī)418-TVF/TEF-A1和418-TVF/TEF-B1運(yùn)行在40 m3/s風(fēng)速檔，煙氣通過軌頂風(fēng)道通風(fēng)口排除煙氣。當(dāng)列車停留在區(qū)間疏散乘客時，排煙運(yùn)行基本同模式一，轉(zhuǎn)換風(fēng)閥DZ-A8和DZ-B8打開，雙速隧道風(fēng)機(jī)運(yùn)行在70 m3/s風(fēng)速檔，實(shí)現(xiàn)前后方車站隧道風(fēng)機(jī)分別對區(qū)間排煙和送風(fēng)。

1.4 模式四：區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)系統(tǒng)+車站單端雙排熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

如圖4所示，模式四區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)與模式一相同，車站兩端各設(shè)2臺可逆轉(zhuǎn)的隧道風(fēng)機(jī)（70 m3/s，功率90 kW），布置滿足兩端風(fēng)機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行，同時實(shí)現(xiàn)互為備用。對于排熱風(fēng)系統(tǒng)，考慮磁浮車站規(guī)模小，模式四車站僅單端設(shè)置雙臺排熱風(fēng)機(jī)（20 m3/s，功率22 kW）負(fù)責(zé)車站隧道左線和右線的排熱和排煙，單獨(dú)排熱風(fēng)系統(tǒng)在車站正常工況、阻塞工況和火災(zāi)工況下的轉(zhuǎn)換與模式二相同，即類似于模式二的車站排熱風(fēng)系統(tǒng)單端運(yùn)行。同時模式四通過電動風(fēng)閥DZ-A10實(shí)現(xiàn)左右線車站隧道排煙互為備用功能。

2 4種隧道通風(fēng)模式能耗和造價對比

通過以上4種模式的控制原理分析可知，4種模式的隧道風(fēng)系統(tǒng)基本相同，不同的點(diǎn)在于排熱風(fēng)系統(tǒng)的控制。4個系統(tǒng)通過電動風(fēng)閥的連鎖轉(zhuǎn)換均能實(shí)現(xiàn)區(qū)間隧道和車站隧道的排熱和排煙要求。下面主要分析4種模式在能耗、設(shè)備造價和土建方案的不同以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從而選出最適合磁浮地下車站的隧道通風(fēng)模式。

2.1 耗能量對比

假定參照地鐵運(yùn)行的隧道通風(fēng)模式一為標(biāo)準(zhǔn)模式，通常情況下，隧道風(fēng)機(jī)分別在早間發(fā)車前或者晚間收車后進(jìn)行半小時隧道通風(fēng)消除隧道余熱，排熱風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時間參照文獻(xiàn)《地鐵車站隧道排熱系統(tǒng)節(jié)能模式探討》的運(yùn)行時間，分別計算出四種模式下一周內(nèi)隧道風(fēng)系統(tǒng)的耗能量。

從表1分析可知，以標(biāo)準(zhǔn)模式一區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站隧道雙端單排熱風(fēng)機(jī)為參照，模式二區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站隧道雙端雙排熱風(fēng)機(jī)和模式四區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站單端雙排熱風(fēng)機(jī)分別節(jié)能42.3%和48.3%，而模式三與標(biāo)準(zhǔn)模式一的能耗量基本相同。

2.2 機(jī)電造價（設(shè)備費(fèi)）對比

在同樣的土建方案前提下，以上4種模式的區(qū)間隧道風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量均一致，即為2臺隧道風(fēng)機(jī)、配套相應(yīng)的8組金屬外殼式消聲器、與隧道風(fēng)機(jī)連鎖的8組活塞風(fēng)閥、4組機(jī)械風(fēng)閥和2組左右活塞風(fēng)互為備用的轉(zhuǎn)換風(fēng)閥。表2重點(diǎn)分析4種模式下的車站隧道排熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量和造價（設(shè)備費(fèi)）對比。

由表2分析可知，對于機(jī)電造價（設(shè)備費(fèi)），模式二區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站隧道雙端雙排熱風(fēng)機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)模式一相差不大，但是模式三區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站隧道與區(qū)間隧道通風(fēng)共用風(fēng)機(jī)和模式四區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站單端雙排熱風(fēng)機(jī)都比模式一造價（設(shè)備費(fèi)）有所減少。

2.3 土建造價對比

以上4種模式的區(qū)間隧道通風(fēng)模式土建方案基本相同，即為雙端雙活塞風(fēng)道，滿足左右線在正常運(yùn)行工況、組合工況和火災(zāi)工況時的通風(fēng)和排煙要求，表3主要分析4種模式的車站隧道通排熱風(fēng)系統(tǒng)土建方案和造價的不同。

3 結(jié)論

從以上表1、表2和表3綜合分析可知，模式四區(qū)間隧道雙活塞通風(fēng)+車站單端雙排熱風(fēng)機(jī)為適應(yīng)磁浮地下車站的最佳隧道通風(fēng)模式。主要原因：從機(jī)電設(shè)備造價和土建造價分析，模式三和模式四均比模式一和模式二減少；但是就耗能量來說，模式四的耗能比模式三低得多。由于磁浮列車編組短，地下車站規(guī)模較普通城市軌道交通小，選擇模式四既可以減少線路運(yùn)行管理能耗，又可以減少建設(shè)造價，是適應(yīng)磁浮的最佳隧道通風(fēng)模式選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅輝，王靜偉，羅燕萍.地鐵車站隧道排熱系統(tǒng)節(jié)能模式探討[J].暖通空調(diào)，2016，46（7）：95-98.

[2] 吳進(jìn).地鐵車站排熱風(fēng)機(jī)兼公共區(qū)排煙系統(tǒng)方案探討[J].山西建筑，2021，47（22）：112-114.

[3] 宋立，車輪飛，劉斌臣，等.地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行策略優(yōu)化與實(shí)測研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2021，40（6）：38-41.

[4] 李兆君，郭培紅.基于SES模擬的地鐵隧道通風(fēng)模式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].機(jī)電信息，2010（30）：46-47.

[5] 李法浩，符寧寧.地鐵車站、隧道的通風(fēng)系統(tǒng)及火災(zāi)工況下的運(yùn)行模式[J].消防界，2022，8（5）：28-29.

[6] 李建，史聰靈，任飛，等.無軌頂排煙車站隧道火災(zāi)站臺公共區(qū)通風(fēng)排煙系統(tǒng)模式研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2020，16（S1）：5-9.