某地鐵車站公共區(qū)熱煙試驗及排煙系統(tǒng)方案優(yōu)化淺析

周良奎

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司南京分公司）

0 引言

城市軌道交通工程作為公共交通工程，具有客流強度大、舒適性好、通勤效率高，影響范圍廣等特點。為保證其安全、可靠、有序的運營，設(shè)置了配套的通信、信號、綜合監(jiān)控、AFC、給排水及消防、通風空調(diào)及防排煙等系統(tǒng)。防排煙系統(tǒng)作為城市軌道交通工程火災(zāi)狀況下的應(yīng)急處置系統(tǒng)，在司乘人員及管理人員安全疏散和消防人員救援行動中起著至關(guān)重要作用。如何保證排煙系統(tǒng)在火災(zāi)工況下可按照既定的要求運行，發(fā)揮其作用，采用熱煙試驗的方式進行驗證是一種切實可行的方案。

1 概況

本熱煙試驗車站為標準地下島式車站，車站外包總長度194.68m，有效站臺寬度12m。車站共設(shè)4個出入口，其中2號出入口為預(yù)留出入口。車站采用集成閉式系統(tǒng)，站臺層設(shè)置2.5m高站臺門，站臺門上、下部分別設(shè)置高度0.4m及0.8m通風百葉供站臺與隧道之間進行空氣流通。如下“圖1-1”所示：

圖1-1 車站典型剖面圖

車站兩端分別設(shè)置一條送風道和一條排風道（兼做區(qū)間事故通風道）。每端的風道內(nèi)設(shè)置車站送排風機、土建表冷器、事故風閥、消聲器等設(shè)備。送、排風道均通過風閥與兩條隧道連通。送、排風機均設(shè)有變頻器，用于車站通風空調(diào)時變頻為低速運行，區(qū)間事故運行時采用工頻運行。車站每端設(shè)置送風機、排風機各一臺，共四臺風機。單臺風機工頻狀態(tài)下流量為65m3/s。送、排風機均可逆轉(zhuǎn)運行。車站端部送、排風道布置如下“圖1-2”所示：

圖1－2 車站端部送、排風道布置

車站站廳層公共區(qū)采用兩送一排的風管設(shè)置，站廳送排風管均布置在站廳頂部吊頂內(nèi)，采用上送上回的通風方式，排風管兼做排煙風管。站廳層空調(diào)送、排風管布置如下“圖1-3”所示：

圖1－3 站廳層空調(diào)送、排風管布置

站臺層送風管布置在站臺公共區(qū)吊頂內(nèi)，站臺排風由列車頂排風和站臺下排風組成，列車頂排風管布置在車行道上方，站臺下排風道為土建風道。列車頂排風管以及送風管兼做站臺層排煙風管。站臺層空調(diào)送、排風管布置如下“圖1-4”所示：

圖1－4 站臺層空調(diào)送、排風管布置

站廳公共區(qū)總面積1900m2，劃分為1個防煙分區(qū)；臺公共區(qū)總面積1536m2，劃分為1個防煙分區(qū)，防煙分區(qū)面積1536 m2，排煙量及排煙設(shè)備配置如“表1-1”所示。

表1－1 排煙系統(tǒng)配置表

下“圖1-5”為本次測試車站隧道通風系統(tǒng)及車站大系統(tǒng)原理圖：

圖1-5 站臺層空調(diào)送、排風管布置

2 熱煙試驗方案

2.1 熱煙試驗方案

本次熱煙測試的對象為站廳公共區(qū)及站臺公共區(qū)。測試標準依照《城市軌道交通試運營前安全評價規(guī)范》（AQ8007-2013）相關(guān)要求執(zhí)行。

熱煙試驗開始前，車站兩端事故風機兼車站送排風機（ZSF-A、ZSF-B、ZPF-A、ZPF-B）均處于關(guān)機狀態(tài)；車站兩端新風閥、回風閥、排風閥及旁通閥均處于關(guān)閉狀態(tài)；站廳送、排風管以及站臺送排風管支路上電動風量調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)；車站兩端區(qū)間上方事故風閥（上、下行正線各1個，共計4個）及泄流風閥（上、下行正線各1個，共計4個）處于關(guān)閉狀態(tài)。

結(jié)合現(xiàn)場實測結(jié)果、煙氣分布情況及排煙效果等多方面因素，共計測試了4種工況，其中站廳公共區(qū)1種工況、站臺公共區(qū)3種工況。

2.2 站廳公共區(qū)熱煙試驗方案

當站廳公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，站廳及站臺公共區(qū)送風管道系統(tǒng)關(guān)閉，站臺公共區(qū)排風管道系統(tǒng)關(guān)閉。設(shè)置于車閘兩端排風道內(nèi)的排風機（ZPFA、ZPF-B）通過站廳層排風管對站廳公共區(qū)進行排煙運行，由樓梯口、出入口自然補風。此時車站兩端各投入1臺風量為65m3/s排風機，總排煙量為130m3/s。站廳共設(shè)置9個1250×800mm規(guī)格排煙口，其中左端管道系統(tǒng)為5個，右端管道系統(tǒng)為4個，車火災(zāi)位置位于車站站廳公共區(qū)中部，如下“圖2-1”所示。

圖2-1 站廳公共區(qū)火災(zāi)排煙模式示意圖

2.3 站臺公共區(qū)熱煙試驗方案

當站臺公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，站廳公共區(qū)送、排風管道系統(tǒng)關(guān)閉。設(shè)置于車站兩端的送、排風機（ZSF-A、ZSF-B、ZPF-A、ZPF-B）均開啟，單臺設(shè)備風量為65m3/s?；馂?zāi)位置位于車站站臺公共區(qū)中部，由隧道、樓梯口自然補風，人員由樓梯迎風撤離。

2.3.1 站臺公共區(qū)熱煙試驗方案“工況一”

沿用既有線的排煙系統(tǒng)方案，采用橫向通風為主，縱向通風為輔的通風方式，車站排風機（ZPF-A、ZPF-B）通過軌頂排煙風道對站臺層進行排煙運行，同時車站送風機（ZSF-A、ZSF-B）反轉(zhuǎn)，通過車站端部事故風閥對站臺層進行輔助排煙運行，如下“圖2-2”所示。

圖2-2 站臺火災(zāi)排煙模式示意圖（工況一）

考慮到本工況測試時，煙氣進入軌行區(qū)速度過慢，氣流組織較差，煙氣擴散速率過快。對系統(tǒng)控制模式進行了相關(guān)優(yōu)化調(diào)整。

2.3.2 站臺公共區(qū)熱煙試驗方案“工況二”

沿用“工況一”“橫向通風為主，縱向通風為輔”的通風方式。為優(yōu)化排煙系統(tǒng)效果，將橫向通風的排煙管道由列車軌頂風道調(diào)整為車站大系統(tǒng)送風管道，使排煙系統(tǒng)風口設(shè)置于火場內(nèi)。

具體方案為：車站兩端的排風機（ZPF-A、ZPF-B）通過車站兩端事故風閥進行輔助排煙。車站兩端的事故風機兼送風機（ZSF-A、ZSF-B）逆轉(zhuǎn)通過站臺送風管對站臺排煙。為避免送風機逆轉(zhuǎn)時，壓力過大而損壞管道系統(tǒng)，風機對應(yīng)的送風道內(nèi)泄流風閥開啟泄壓如下“圖2-3”所示。

圖2-3 站臺火災(zāi)排煙模式示意圖（工況二）

采用本方案，氣流組織，煙氣下沉速率相較于“工況一”均有較大改善，但仍然存在煙氣過于集中，對安全疏散不利的因素的問題。為進一步提升排煙系統(tǒng)效果，控制煙氣的流向及下沉速率，進一步優(yōu)化調(diào)整了站臺排煙系統(tǒng)控制策略。嘗試采用“全橫向”的通風方式對站臺公共區(qū)排煙。

2.3.3 站臺公共區(qū)熱煙試驗方案“工況三”

采用“全橫向”的通風方式對站臺公共區(qū)排煙。車站兩端的排風機（ZPF-A、ZPF-B）通過車站軌行區(qū)軌頂排風道對站臺公共區(qū)排煙。車站兩端的事故風機兼送風機（ZSF-A、ZSF-B）逆轉(zhuǎn)通過站臺送風管對站臺排煙。如下“圖2-4”所示。

圖2-4 站臺火災(zāi)排煙模式示意圖（工況三）

采用全橫向通風方式，排煙過程中氣流組織較好，煙氣分布較為均勻，煙氣下沉速率較慢，未見煙氣過于集中區(qū)域，能有效的控制站臺公共區(qū)煙氣下沉的速率及溫度場的分布。

3 熱煙試驗分析

3.1 站廳公共區(qū)火災(zāi)熱煙試驗分析

點火約30s，車站兩端事故風機兼排風機（ZPF-A、ZPF-B）正常開啟，車站兩端站廳排風管支路上電動風量調(diào)節(jié)閥正常開啟，其它風閥處于默認關(guān)閉狀態(tài)，風閥及設(shè)備按照設(shè)計既定要求完成動作。滿足規(guī)范要求的啟動時間要求。

經(jīng)現(xiàn)場測試，車站左端排風管主管（2200×650mm）出口平均風速約17m/s，折合風量約24.31m3/s；車站右端排風管主管（2000×700mm）出口平均風速約12m/s，折合風量約16.8m3/s。站廳公共區(qū)火災(zāi)時實際投入風量為（24.31+16.8=41.11m3/s），基本滿足設(shè)計要求。

從上述數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場情況分析，車站車控室端測試排煙量約為非車控室端的70%，推斷可能存在的原因為：“車控室端排煙管道系統(tǒng)較長，沿程阻力較高；車控室端土建風道漏風”。

車站1號出入口（長度約70m）口部風速約在0.8～1.0m/s；車站3號出入口口部風速約1.5～1.6m/s（約30m），車站4號出入口（長度約35m）口部風速約1.3～1.4m/s。出入口口部風速，可有效阻止煙氣蔓延出入口，為人員疏散創(chuàng)造有利條件，通過對比出入口口部風速及現(xiàn)場出入口設(shè)置情況，1號出入口口部風速大大的小于3號及4號出入口口部風速，主要原因為1號出入口長度過長導(dǎo)致。鑒于此，后續(xù)項目設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合出入口通道長度，核算自然補風是否能滿足站廳公共區(qū)火災(zāi)排煙的要求。

非車控室端排煙系統(tǒng)遠轉(zhuǎn)良好，煙氣基本可控制在1.5m高度以上；風道檢修門單人無法開啟，可初步推斷風道密封性良好。

站廳公共區(qū)排風管側(cè)，煙氣濃度相對較低，能見度較好；送風管側(cè)煙氣濃度相對較高，能見度較差，兩側(cè)煙氣分布不均。經(jīng)分析推斷，由于排煙風管設(shè)置于車站一側(cè)，導(dǎo)致車站斷面煙氣濃度不均，排煙風管設(shè)置側(cè)煙氣濃度較小，遠離排煙風管一側(cè)濃度較大；但受制于車站管線實施，無整改空間，依然存在車站斷面煙氣濃度不均的情況，后續(xù)項目中可采用排煙風管沿站廳公共區(qū)縱向設(shè)置于兩側(cè)，送風管沿車站縱向設(shè)置于中部的方案，達到優(yōu)化排煙系統(tǒng)氣流組織的目的。

系統(tǒng)啟動約5min后，煙氣蔓延至車站車控室端設(shè)備管理用房區(qū)，設(shè)備管理用房區(qū)煙感報警。走道及車控室內(nèi)煙氣濃度較大，能見度較低。經(jīng)現(xiàn)場分析，煙氣蔓延至設(shè)備管理用房區(qū)主要原因為設(shè)備管理用房區(qū)與車站公共區(qū)之間隔墻上管線穿越處存在較多縫隙，防火封堵施工質(zhì)量不滿足要求而導(dǎo)致煙氣蔓延至設(shè)備管理用房區(qū)。本次測試，由于公共區(qū)煙氣蔓延至設(shè)備管理用房區(qū)，不滿足熱煙測試合格標準?，F(xiàn)場整改后，再次進行熱煙測試，各項指標均可滿足規(guī)范要求。

3.2 站臺公共區(qū)火災(zāi)熱煙試驗分析

3.2.1 站臺公共區(qū)火災(zāi)熱煙試驗分析“工況二”

點火約40s，車站兩端事故風機兼車站送風機（ZSF-A、ZSF-B）正常啟動，通過軌行區(qū)上部風道內(nèi)事故風閥輔助站臺排煙；車站兩端事故風機兼車站排風機（ZPF-A、ZPF-B）正常啟動，通過車站軌行區(qū)軌頂風道對站臺公共區(qū)排煙；大系統(tǒng)新風閥、旁通風閥及排風閥開啟。其他電動風閥和電動組合風閥處于關(guān)閉狀態(tài)。滿足規(guī)范要求

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如下“表3-1”所示（表中風速均為加權(quán)平均風速）：

表3-1 站臺火災(zāi)工況測試數(shù)據(jù)（工況一）（單位：m/s）

各風閥及管道系統(tǒng)對應(yīng)排煙量如下“表3-2”所示：。

表3-2 站臺火災(zāi)工況風量數(shù)據(jù)（工況一）（單位：m3/s）

從上述數(shù)據(jù)可看出，站廳至站臺層樓梯口部風速最小約2.8m/s，最大可達3m/s，滿足站廳至站臺樓梯口部風速不應(yīng)小于1.5m/s的要求。

經(jīng)核算，站臺火災(zāi)工況時，通過軌頂風道的排煙量合計為85.68m3/s，通過送風道內(nèi)事故風閥的排煙量為138.24m3/s，總計投入風量約223.92 m3/s。站臺火災(zāi)時，實際投入排煙量滿足規(guī)范要求。

從上述測試數(shù)據(jù)可以看出，在車站左右兩端事故風機投入風量一致的情況下，車站左端實際排煙量高于車站右端實際排煙量約30%，可能導(dǎo)致的原因有兩個方面，一方面，可能由于車站右端為車站設(shè)備集中端，管道穿越風道隔墻的位置較多，防火封堵存在疏漏的地方，需進一步核實封堵措施是否到位，另一方面，車站右端站臺排煙管道長度長于左端排煙管道約35m，運行阻力較大，導(dǎo)致風量變小。后續(xù)項目實施過程中，在條件允許的情況下，可適當加大管道系統(tǒng)斷面，減小系統(tǒng)阻力，以增強系統(tǒng)排煙效果。

經(jīng)現(xiàn)場觀察，樓梯口部風速排煙軌行區(qū)內(nèi)煙氣流向軌頂風孔效果不明顯，但可見氣流進入軌頂風道。受樓梯口部氣流沖擊，煙氣迅速迅速擴散至火場兩側(cè)樓扶梯周圍。車站車控室端站臺門端門煙氣流向事故風閥，效果不明顯；車站非車控室端門煙氣流向事故風閥，效果較明顯；6分鐘內(nèi)，兩端樓扶梯位置、疏散通道基本可保證再1.5m的安全高度以上，能見度較好。

本次測試可滿足熱煙試驗相關(guān)指標要求，但排煙效果與預(yù)期有較大差距。為進一步優(yōu)化站臺火災(zāi)排煙方案，對排煙模式進行進一步優(yōu)化。

3.2.2 站臺公共區(qū)火災(zāi)熱煙試驗分析“工況二”

點火約40s，車站兩端的事故風機兼送風機（ZSF-A、ZSF-B）正常啟動，逆轉(zhuǎn)運行通過站臺公共區(qū)內(nèi)的送風管對站臺排煙，泄流風閥啟動泄壓；車站兩端的事故風機兼排風機（ZPF-A、ZPF-B）正常啟動，通過車站兩端事故風閥（分別為上、下行正線列車進站端排風道內(nèi)事故風閥）進行排煙；大系統(tǒng)新風閥、旁通風閥及排風閥正常開啟。其他閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如下“表3-3”所示（表中風速均為加權(quán)平均風速）：

表3-3 站臺火災(zāi)工況測試數(shù)據(jù)（工況二）（單位：m/s）

各風閥及管道系統(tǒng)對應(yīng)排煙量如下“表3-4”所示：

表3-4 站臺火災(zāi)工況風量數(shù)據(jù)（工況一）（單位：m3/s）

優(yōu)化模式后，從上述數(shù)據(jù)可看出，站廳至站臺層樓梯口部風速最小約3.2m/s，最大可達3.5m/s，滿足站廳至站臺樓梯口部風速不應(yīng)小于1.5m/s的要求。且模式調(diào)整后，由于排煙管道設(shè)置于站臺公共區(qū)內(nèi)，樓梯口口部風速較“工況一”提升約25%。因此，后續(xù)集成閉式系統(tǒng)項目可采用“通過事故風機兼送風機逆轉(zhuǎn)通過站臺公共區(qū)送風管排煙的方案”。

經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析，車站左端事故風閥排風量為84.48m3/s，泄流風閥排風量為實際投入風量為30.72m3/s，送風管（兼排煙管）排風量為43.902m3/s；車站右端事故風閥排風量為69.12m3/s，泄流風閥排風量為實際投入風量為24.576m3/s，送風管（兼排煙管）排風量為26.496m3/s。

站臺火災(zāi)時，車站公共區(qū)需要投入排煙量為25.6m3/s。實際投入排煙量滿足規(guī)范要求。

風機啟動后，可見煙氣迅速通過站臺公共區(qū)內(nèi)風口進入風管，效果明顯；軌行區(qū)內(nèi)，可見煙氣迅速通過軌頂風口進入軌頂風道，效果明顯；受著火區(qū)域兩側(cè)樓梯口部氣流沖擊的影響，煙氣主要集中于著火區(qū)域兩側(cè)樓梯側(cè)部，并在此區(qū)域形成渦流，導(dǎo)致煙氣下沉速度過快，能見度約一個柱跨；其他區(qū)域煙氣濃度較小，能見度約30～40m；車站設(shè)備集中端屏蔽門端門煙氣流向事故風閥，效果不明顯；車站小端屏蔽門端門煙氣流向事故風閥，效果較明顯；

煙氣在3-5軸及15～17軸所圍成區(qū)域內(nèi)較為集中，此區(qū)域內(nèi)能見度較低，如下“圖5-1”所示。經(jīng)分析，可能導(dǎo)致的原因為縱向氣流的拉扯導(dǎo)致煙氣集中。6分鐘內(nèi)，兩端樓扶梯位置、疏散通道煙氣沒有沉降至1.5m的危險高度；約8分鐘時，站臺區(qū)域內(nèi)煙氣已基本排除，站在車站一端可見另一端屏蔽門端門。

圖3-1 站臺火災(zāi)排煙煙氣其中區(qū)域示意圖

3.2.3 站臺公共區(qū)火災(zāi)熱煙試驗分析“工況二”點火約40s，車站兩端的事故風機兼送風機（ZSF-A、ZSF-B）正常啟動逆轉(zhuǎn)運行，通過站臺公共區(qū)內(nèi)的送風管對站臺排煙，泄流風閥啟動泄壓；車站兩端的事故風機兼排風機（ZPF-B、ZPF-A）正常啟動，通過車站軌行區(qū)軌頂排風道對站臺公共區(qū)進行排煙；大系統(tǒng)新風閥、旁通風閥及排風閥正常開啟。其他閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如下“表3-5”所示（表中風速均為加權(quán)平均風速）：

表3-5 站臺火災(zāi)工況測試數(shù)據(jù)（工況二）（單位：m/s）

各風閥及管道系統(tǒng)對應(yīng)排煙量如下“表3-6”所示：

3圖3-6 站臺火災(zāi)工況風量數(shù)據(jù)（工況一）（單位：m/s）

優(yōu)化模式后，站廳至站臺層樓梯口部風速最小約2.5m/s，最大風速2.8m/s，樓梯口部風速較“工況二”降低約20%，但樓梯口斷面風速仍然滿足樓梯口部風速不小于1.5m/s的要求。核實可能導(dǎo)致的原因為，事故風機兼排風機（ZPF-B、ZPF-A）通過列車頂排風道排煙，系統(tǒng)阻力較大，導(dǎo)致風機實際投入的風量變小。

經(jīng)分析，車站左端實際投入風量為114.14m3/s，車站右端實際投入至站臺公共區(qū)區(qū)域排煙量約85.584m3/s，總計投入風量為199.724m3/s。站臺火災(zāi)時，實際投入排煙量滿足規(guī)范要求。

風機啟動后，站臺公共區(qū)內(nèi)，可見煙氣迅速通過站廳公共區(qū)內(nèi)風口進入風管，效果明顯；軌行區(qū)內(nèi)，可見煙氣迅速通過軌頂風口進入軌頂風道，效果明顯；受著火區(qū)域兩側(cè)樓梯口部補風氣流沖擊的影響，煙氣主要集中于著火區(qū)域兩側(cè)樓梯側(cè)部，并在此區(qū)域形成渦流，導(dǎo)致煙氣下沉速度過快，能見度約一個柱跨；其他區(qū)域煙氣濃度較小，能見度約40～50m，較“工況二”有較大提升；6分鐘內(nèi)，兩端樓扶梯位置、疏散通道煙氣沒有沉降至1.5m的危險高度；約8分鐘時，站臺區(qū)域內(nèi)煙氣已基本排除，站在車站一端可見另一端屏蔽門端門。

4 結(jié)論

（1）集成閉式系統(tǒng)由于大量采用土建風道，各系統(tǒng)風管接至送、排風總管時需穿越隔墻。穿越隔墻處的縫隙由于管線密集，防火封堵困難，導(dǎo)致系統(tǒng)漏風嚴重。鑒于此，針對類似項目，應(yīng)合理組織施工工序，完善防火封堵措施，減少系統(tǒng)漏風量。

（2）車站公共區(qū)與設(shè)備管理用房區(qū)由于大量管線穿越，為避免火災(zāi)狀況時，煙氣通過縫隙蔓延至設(shè)備管理用房，而引發(fā)設(shè)備區(qū)火災(zāi)，產(chǎn)生次生災(zāi)害。項目實施過程中可采取預(yù)埋孔洞的方案，并結(jié)合施工工序，采取“邊安裝邊封堵”的方案，確保防火封堵措施實施到位。

（3）通過對站臺公共區(qū)火災(zāi)三種工況的現(xiàn)場測試及觀察，當采用事故風機兼送風逆轉(zhuǎn)通過站臺送風管兼做排煙管對站臺公共區(qū)排煙，事故風機兼排風機正轉(zhuǎn)通過車站軌行區(qū)軌頂風道對站臺公共區(qū)火災(zāi)排煙的方案，可有效控制煙氣下沉的速率，為乘客疏散贏得寶貴時間。本方案可作為類似項目車站公共區(qū)防排煙設(shè)計的參考。

（4）參照站臺公共區(qū)火災(zāi)排煙工況三，可類推站廳公共區(qū)火災(zāi)排煙時，可逆轉(zhuǎn)送風機通過站廳送風管，結(jié)合排風機通過站廳排煙管對站廳公共區(qū)排煙，以增強站廳公共區(qū)排煙效果。

（5）站廳公共區(qū)氣流組織設(shè)計時，可采用排煙風管沿站廳公共區(qū)縱向設(shè)置于站廳兩側(cè)，送風管沿車站縱向設(shè)置于中部的方案，達到優(yōu)化排煙系統(tǒng)氣流組織的目的。

（6）通過站廳公共區(qū)熱煙試驗，疏散口保證一定的風速可有效組織煙氣蔓延至疏散口，影響疏散。鑒于此，后續(xù)項目設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合出入口通道長度，核算自然補風是否能滿足站廳公共區(qū)火災(zāi)排煙的要求。

（7）采用全橫向通風方式，排煙過程中氣流組織較好，煙氣分布較為均勻，煙氣下沉速率較慢，未見煙氣過于集中區(qū)域，能有效的控制站臺公共區(qū)煙氣下沉的速率及溫度場的分布。

（8）當通過逆轉(zhuǎn)送風機（兼事故風機）通過站廳、站臺送風道對公共區(qū)排煙時，應(yīng)在設(shè)計階段考慮排煙管道的材質(zhì)、耐火性能及承壓能力。