城市地鐵防排煙技術(shù)探討

肖磊+梅旭

摘 要：本文以城市地鐵防排煙技術(shù)為研究對象，首先分析了地鐵防排煙系統(tǒng)的構(gòu)成，進而探討了地鐵車站公共區(qū)及區(qū)間隧道的防排煙設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，分析了地鐵火災(zāi)工況排煙模式并探討了未來發(fā)展重點，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：城市地鐵 防排煙 排煙模式

中圖分類號：U231 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0066-02

煙氣窒息和中毒是造成地鐵火災(zāi)中人員死亡的主要原因。地鐵防排煙系統(tǒng)擔(dān)負著排熱、排煙、補充新風(fēng)的重任，通過控制煙氣產(chǎn)物及運動以改善火災(zāi)環(huán)境、降低火場溫度以及熱煙氣和火災(zāi)熱分解產(chǎn)物的濃度、改善視線，其性能對于保障地鐵火災(zāi)中人員的生命安全以及保護隧道內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施和結(jié)構(gòu)都至關(guān)重要，是衡量和評估地鐵整體可靠性、安全性以及疏散防災(zāi)能力的重要指標(biāo)。

1 地鐵防排煙系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵的防排煙系統(tǒng)總體可分為以下兩種構(gòu)成方式：（1）通風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)分開設(shè)置，各自分別成為相對獨立的系統(tǒng)，這種形式的系統(tǒng)將需要投入較大的成本。（2）通風(fēng)和排煙同為一個系統(tǒng)，即通風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)均由相同的風(fēng)機、消音器、風(fēng)口、風(fēng)道和風(fēng)亭組成。由風(fēng)機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以及閥門轉(zhuǎn)換，來實現(xiàn)系統(tǒng)的送風(fēng)或者排煙。目前北京地鐵的車站防排煙系統(tǒng)均與車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)合用，在正常運行情況下為通風(fēng)功能，在火災(zāi)情況下轉(zhuǎn)換為控?zé)?、排煙功能。對于空調(diào)通風(fēng)與防排煙系統(tǒng)合用的車站，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要由隧道通風(fēng)系統(tǒng)（含防排煙系統(tǒng)）和車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（含防排煙系統(tǒng)）兩大部分組成。

2 地鐵車站公共區(qū)及區(qū)間隧道的排煙設(shè)計（集成閉式系統(tǒng)）

2.1 車站公共區(qū)站廳、站臺（標(biāo)準(zhǔn)站）

車站公共區(qū)機械排煙系統(tǒng)由平時通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)兼作。車站每端設(shè)置的2臺可逆轉(zhuǎn)TVF軸流風(fēng)機，兼作排煙風(fēng)機，風(fēng)量滿足同時排除站廳、站臺2個防煙分區(qū)的煙量。站臺軌道上方排風(fēng)管道、站廳排風(fēng)管道和站臺層排風(fēng)管兼作排煙管道，排煙風(fēng)口沿車站縱向布置。站臺各排煙管道上均設(shè)有可電控的防火閥，可根據(jù)不同的火災(zāi)部位，切換不同的管道排煙。車站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，立即轉(zhuǎn)換車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進入火災(zāi)模式，保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有不小于1.5m/s的向下氣流。通常氣流組織形式是采用兩側(cè)由上向下送風(fēng)，送風(fēng)管分設(shè)在沿車行方向站廳和站臺上方兩側(cè)，中間上部設(shè)回/排風(fēng)管，車站軌行區(qū)正上方設(shè)回/排風(fēng)管道并均勻布置排風(fēng)口。

2.2 區(qū)間隧道

區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括設(shè)于每個區(qū)間兩端頭的TVF事故風(fēng)機、射流風(fēng)機和相應(yīng)的風(fēng)閥、消聲器和相關(guān)的閥門，通過相關(guān)風(fēng)閥的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)車站公共區(qū)送、排風(fēng)與區(qū)間隧道機械通風(fēng)運行模式的轉(zhuǎn)換。2臺隧道風(fēng)機可并聯(lián)對一條區(qū)間隧道通風(fēng)，也可2臺隧道風(fēng)機互為備用，單獨對一條區(qū)間隧道通風(fēng)，以滿足車站相鄰區(qū)間隧道正常工況、阻塞工況通風(fēng)降溫或火災(zāi)工況時排煙要求。

2.3 設(shè)備管理

用房面積超過200m2房間設(shè)機械排煙系統(tǒng)，最遠點至公共區(qū)超過20m的內(nèi)走道設(shè)機械排煙系統(tǒng)，走道內(nèi)設(shè)置常閉排煙口。排煙風(fēng)機單獨設(shè)置，排煙管路與設(shè)備管理用房排風(fēng)系統(tǒng)共用。

2.4 長通道

長度超過60m的地下通道和出入口通道應(yīng)設(shè)機械排煙系統(tǒng)。

3 地鐵火災(zāi)工況排煙模式

3.1 站廳層公共區(qū)火災(zāi)工況排煙模式

當(dāng)站廳層公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，關(guān)閉站廳層送風(fēng)系統(tǒng)和站臺層排風(fēng)系統(tǒng)，啟動部分組合式空調(diào)機組向站臺送風(fēng)，站廳層排風(fēng)系統(tǒng)排除煙氣，使站廳層公共區(qū)形成負壓，新風(fēng)由出入口和站臺自然補入，煙霧不致擴散到站臺層，便于人員從車站出入口疏散至地面。

3.2 站臺層公共區(qū)火災(zāi)工況排煙模式

當(dāng)站臺層發(fā)生火災(zāi)時，車站兩端雙風(fēng)機共同進行排煙，關(guān)閉站廳層排風(fēng)管和站臺下通風(fēng)道，開啟區(qū)間風(fēng)閥，形成火災(zāi)站臺層排煙，出入口、樓梯口自然進風(fēng)（部分線路同時由站廳層機械送風(fēng)）的局面，使樓梯口形成速度不小于1.5m/s的向下氣流。在此同時樓扶梯口處擋煙垂簾下降至距地面不小于2m，四周擋煙垂簾下落至地面，防止煙氣向站廳層擴散。

3.3 車站軌道區(qū)火災(zāi)工況排煙模式

車站軌道區(qū)發(fā)生火災(zāi)，啟動車站站臺層排煙及軌道區(qū)上部排煙，站廳層補風(fēng)，當(dāng)站臺層設(shè)有屏蔽門/安全門時，停車側(cè)應(yīng)打開。排煙量除了滿足與列車火災(zāi)規(guī)模匹配的煙量外，還應(yīng)滿足站廳至站臺樓扶梯口不小于1.5m/s的向下氣流。

3.4 設(shè)備管理區(qū)火災(zāi)工況排煙模式

在發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的具體位置組織排煙，同時設(shè)備管理用房的空調(diào)機組兼作補風(fēng)機。對于氣體滅火房間，火災(zāi)時關(guān)閉該滅火單元內(nèi)的所有送排風(fēng)口或送排風(fēng)支管上的電動閥門，同時關(guān)閉送排風(fēng)機，以使房間密閉。滅火后開啟房間內(nèi)的常閉排煙口及排風(fēng)機排除廢氣。

3.5 列車在區(qū)間隧道中火災(zāi)工況排煙模式

當(dāng)列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時，排煙模式見圖1?；馂?zāi)工況排煙系統(tǒng)運行模式如下：（1）隧道內(nèi)列車頭部著火時，列車前方一側(cè)車站風(fēng)機排煙，后方車站風(fēng)機均送風(fēng)，乘客向列車后方方向迎風(fēng)撤離。（2）隧道內(nèi)列車尾部著火時，列車前方車站風(fēng)機正轉(zhuǎn)送風(fēng)，后方車站風(fēng)機排煙，乘客向列車前方方向迎風(fēng)撤離。（3）隧道內(nèi)列車中部著火時，則要根據(jù)列車?？课恢茫鶕?jù)上述原則確定組織排煙方向，一部分乘客順著已被沖淡并降溫的煙氣流動方向，通過最近的中間聯(lián)絡(luò)通道向另一隧道疏散撤離，一部分乘客迎風(fēng)向較近的車站撤離。（4）火災(zāi)區(qū)間如果設(shè)有射流風(fēng)機，則射流風(fēng)機按照上述風(fēng)向投入運行。

4 地鐵防排煙待解決問題與未來發(fā)展重點

結(jié)合多年地鐵防排煙系統(tǒng)檢驗鑒定及有關(guān)防排煙、安全疏散等的研究工作，對地鐵防排煙技術(shù)現(xiàn)存問題及其未來發(fā)展重點提出幾點體會。

4.1 設(shè)備與控制模式應(yīng)簡化

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)涉及控制模式太多，造成全線設(shè)備與風(fēng)閥等輔助裝置數(shù)量巨大，給操作控制、維護管理都帶來了非常大的難度。從目前來看，北京地鐵正在向著模式精簡的方向發(fā)展，但是與此同時也帶來了許多新的問題有待解決。具體如下：（1）到目前為止，幾乎所有新線設(shè)計中已將標(biāo)準(zhǔn)站（面積不超規(guī)）的站廳層和站臺層分別作為一個防煙分區(qū)和一個控制模式處理。但是此種做法要將公共區(qū)站廳和站臺的排煙量按照公共區(qū)總面積進行計算，故設(shè)備能力需大幅增大。（2）為減少設(shè)備與閥門數(shù)量，使得“集成閉式系統(tǒng)”技術(shù)產(chǎn)生并得到普遍的應(yīng)用。但若增大運載量，則會造成站臺長度增長，使得風(fēng)管截面積過大，對空間要求增大，風(fēng)機等設(shè)備選型增大。（3）區(qū)間隧道火災(zāi)排煙的模式控制更為繁瑣，涉及相鄰多個站及區(qū)間風(fēng)井設(shè)備的聯(lián)合動作，如何減少區(qū)間火災(zāi)模式控制量、提高設(shè)備利用率是未來需要探討和解決的問題之一。endprint

4.2 地鐵區(qū)間隧道內(nèi)火災(zāi)時的安全疏散

由于目前設(shè)計普遍采用排煙與空調(diào)系統(tǒng)合用的形式，隧道內(nèi)為全縱向通風(fēng)排煙，使得列車中部發(fā)生火災(zāi)的人員疏散問題始終未能得到有效的解決，總有一部分乘客需要穿越煙氣彌漫區(qū)域進行逃生，形成對安全的威脅。該問題的解決有賴于排煙系統(tǒng)設(shè)計方式的改進，若借鑒長、大地下隧道的做法，考慮區(qū)間內(nèi)增設(shè)專用排煙管道，無疑將使建設(shè)成本大幅增加。

4.3 射流技術(shù)的有效利用

地鐵區(qū)間隧道中存在氣流復(fù)雜的單渡線、交叉渡線、端頭折返線以及大斷面區(qū)間停車線等位置處，通過設(shè)置射流風(fēng)機以輔助火災(zāi)時氣流組織，經(jīng)實際測試可以使著火側(cè)區(qū)間隧道的排煙風(fēng)速大幅升高，有效減少聯(lián)動設(shè)備，達到規(guī)范要求。對于線路高差大、坡度高的區(qū)間隧道，為加強控制通風(fēng)排煙工況下的煙氣流動，強化單向坡線路區(qū)間火災(zāi)工況下的氣流組織，考慮在站臺端部設(shè)置噴嘴形成射流，將傳統(tǒng)設(shè)計方案中垂直向下改為斜向區(qū)間輸送氣流。

4.4 換乘車站或交通樞紐車站

換乘車站或作為交通樞紐的車站，防排煙策略則不能按常規(guī)設(shè)計模式一概而論，需考慮到車站具體結(jié)構(gòu)、相鄰線路車站公共區(qū)的影響、換乘設(shè)置等因素，合理考慮公共部分的預(yù)留、預(yù)埋等，在排煙能力指標(biāo)及風(fēng)亭、風(fēng)道等設(shè)置上統(tǒng)籌規(guī)劃，不同線的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)宜獨立設(shè)置，分期實施，以便于后期不同的運營部門管理。

4.5 補風(fēng)條件與隔煙裝置

車站出入口作為主要（部分車站為唯一）的補風(fēng)區(qū)域，兩端應(yīng)設(shè)計相對對稱和足夠的面積；樓扶梯面積除符合疏散要求外應(yīng)做流體阻力平衡考量；樓扶梯口、樓扶梯四周等位置處的擋煙垂簾、擋煙垂壁等防火隔煙裝置要提高安裝質(zhì)量、減小漏風(fēng)，以上對于站內(nèi)合理組織氣流、防止煙氣蔓延、保證樓扶梯口處的向下氣流速度至關(guān)重要。

4.6 排煙系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

現(xiàn)有規(guī)范對防排煙系統(tǒng)與事故通風(fēng)和正常通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)合用的條件下，功能兼顧時必須滿足可靠性要求和具備快速轉(zhuǎn)換功能進行了規(guī)定，但卻沒有給出具體的措施范例。設(shè)計中，如何加強模式轉(zhuǎn)換的針對性設(shè)計，解決系統(tǒng)共用時風(fēng)亭、風(fēng)閥、風(fēng)道等可能產(chǎn)生的竄煙問題，還需做更多的思考與嘗試。系統(tǒng)控制上，目前普遍存在的問題是風(fēng)機、風(fēng)閥與防火閥由BAS與FAS分開監(jiān)控，無法統(tǒng)一管理，且圖形界面中無法全面顯示執(zhí)行狀態(tài)。進一步改進控制系統(tǒng)與操作界面，提高系統(tǒng)的集成程度，是未來管理層面需努力的方向。

參考文獻

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