現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下地鐵車站防煙設(shè)計(jì)探討

石胡興 SHI Hu-xing

（中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，昆明 650200）

0 引言

近年來(lái)與其相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量更新，近十年更新替換對(duì)地鐵防排煙設(shè)計(jì)有影響的主要規(guī)范有：《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50157—2013）》（以下簡(jiǎn)稱《地鐵規(guī)》）[1]、《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（GB 51298-2018）》（以下簡(jiǎn)稱《防火標(biāo)》）[2]、《地鐵安全疏散規(guī)范（GB/T 33668-2017）》（以下簡(jiǎn)稱《疏散規(guī)》）[3]、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）（GB50016-2014）》（以下簡(jiǎn)稱《建規(guī)》）[4]、《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB 51251-2017）》（以下簡(jiǎn)稱《煙標(biāo)》）[5]等。

其中《地鐵規(guī)》、《防火標(biāo)》、《疏散規(guī)》為地鐵行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已形成相對(duì)完整體系，地鐵工程主要依據(jù)這三本規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)及消防驗(yàn)收；地鐵車站兼具人防功能，《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50098-2009）》（以下簡(jiǎn)稱《人防規(guī)》）[6]也是主要參考依據(jù)之一；《建規(guī)》、《煙標(biāo)》適用性為綜合性和常規(guī)工業(yè)與民用建筑，地鐵工程在實(shí)施過(guò)程中也進(jìn)行了大量參考借鑒。

本文對(duì)地鐵防煙設(shè)計(jì)區(qū)域（消防專用通道及內(nèi)部樓梯）的主要類型進(jìn)行分類總結(jié)，對(duì)其正壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行探討，分析《建規(guī)》、《煙標(biāo)》、《人防規(guī)》中的規(guī)定對(duì)地鐵建設(shè)的影響，并結(jié)合美國(guó)消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA92[7]研究觀點(diǎn)對(duì)疏散門開啟數(shù)量取值給出建議。

1 消防專用通道及內(nèi)部樓梯的類型簡(jiǎn)介

1.1 地鐵消防專用通道常見的類型

第一種類型封閉樓梯間：從地面到車站站廳設(shè)備區(qū)，埋深小于等于10m（如圖1所示），首層有直通室外的疏散門；滿足自然通風(fēng)條件，不設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)配合地面建筑在封閉樓梯間最高部位設(shè)置有效面積不小于1.0m2的可開啟外窗或開口（建議設(shè)置為與地面建筑裝修風(fēng)格協(xié)調(diào)的防雨百葉）。

圖1 封閉樓梯間

第二種類型防煙樓梯間：根據(jù)《建規(guī)》6.4.4條，地下2層站消防專用通道樓梯間提升高度大于10m時(shí)采用防煙樓梯間（如圖2所示）；同理地下3層及以上站消防專用通道樓梯提升高度已大大超過(guò)10m，除《建規(guī)》以外《防火標(biāo)》等地鐵行業(yè)規(guī)范也明確規(guī)定采用防煙樓梯間（如圖3所示）。防煙樓梯間設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)配合地面建筑在防煙樓梯間頂部位設(shè)置不小于1.0m2的固定窗。

圖2 防煙樓梯間（地下2層站）

圖3 防煙樓梯間（地下3層及以上站）

1.2 地鐵管理區(qū)內(nèi)部樓梯常見的類型

管理區(qū)內(nèi)部樓梯同樣通常參考《建規(guī)》6.4.4條以提升高度大于10m或提升層數(shù)在3層以上為依據(jù)設(shè)置防煙樓梯間，故有封閉樓梯間（如圖4所示）和防煙樓梯間（如圖5所示）兩種類型；因無(wú)直出地面，即使是封閉樓梯間也無(wú)自然通風(fēng)條件，都需要設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)；根據(jù)《防火標(biāo)》第8.1.2條條文解釋可知地鐵管理區(qū)內(nèi)部樓梯頂部不具備開窗條件時(shí)，不要求開設(shè)固定窗。

圖4 封閉樓梯間（地下2層站）

圖5 防煙樓梯間（地下3層及以上站）

2 消防專用通道及內(nèi)部樓梯正壓送風(fēng)設(shè)置探討

正壓送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置，目的是發(fā)生火災(zāi)時(shí)保證正壓區(qū)與煙氣區(qū)存在一定壓差從而阻止煙氣的侵入，對(duì)樓梯間、前室、走道的防煙設(shè)計(jì)壓差《煙標(biāo)》沿用原《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）[8]中所引用的公安部四川消防研究所的研究成果，即《煙標(biāo)》第3.4.4條規(guī)定（如表1所示）。

表1 《煙標(biāo)》對(duì)防煙設(shè)計(jì)壓差的規(guī)定

當(dāng)系統(tǒng)余壓值超過(guò)最大允許壓力差時(shí)應(yīng)采取泄壓措施。這里的最大允許壓力差是避免影響疏散門開啟，參照美國(guó)消防協(xié)會(huì)的煙氣控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)NFPA92第A.4.4.2.2條文制定。

系統(tǒng)余壓值的最大允許壓力差的數(shù)值，現(xiàn)以地鐵管理用房區(qū)常用的（0.9+0.3）m*2.1m疏散門為例進(jìn)行計(jì)算：

即在110N的力量推閉門器開啟力矩M為45（N·m）的門時(shí)，門內(nèi)外壓差不宜超過(guò)56Pa。

2.1 地鐵消防專用通道、內(nèi)部樓梯的防煙系統(tǒng)按《煙標(biāo)》設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)量的探討

《煙標(biāo)》結(jié)合工程實(shí)測(cè)對(duì)原《高規(guī)》條文中的正壓送風(fēng)設(shè)置原則和計(jì)算方法進(jìn)行了修訂；原《高規(guī)》及《建規(guī)》對(duì)不具備自然通風(fēng)條件的封閉樓梯間無(wú)加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置要求，現(xiàn)在按要求是必須設(shè)置。

原《高規(guī)》在條文中對(duì)機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算方法有簡(jiǎn)要介紹，即國(guó)內(nèi)普遍使用的壓差法和門洞風(fēng)速法，計(jì)算及范例在《使用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版》[9]有詳細(xì)介紹；《煙標(biāo)》結(jié)合工程實(shí)測(cè)表明原門洞風(fēng)速法因開門其他樓層仍然有壓差而漏風(fēng)達(dá)不到門洞風(fēng)速要求，于是明確了樓梯間加壓送風(fēng)量Lj計(jì)算公式（3）。

其中L1為門開啟時(shí)規(guī)定風(fēng)速所需風(fēng)量（m3/s）：

L2為門開啟時(shí)其他門縫漏風(fēng)量（m3/s）：

因此采用公式（3）計(jì)算樓梯間加壓送風(fēng)量Lj時(shí)，合理的設(shè)計(jì)疏散門開啟的樓層數(shù)量N1直接影響地鐵消防專用通道、內(nèi)部樓梯的防煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)量。

2021年12月云南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布實(shí)施的《云南省建設(shè)工程消防技術(shù)導(dǎo)則（建筑篇）（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》）第6.1.11條規(guī)定了樓梯間、前室的加壓送風(fēng)量采用《煙標(biāo)》）的公式法計(jì)算時(shí)，N1的取值要求（如表2所示）和封閉樓梯間的門洞風(fēng)速v按不小于1.0m/s取值。

表2 《導(dǎo)則》對(duì)N1取值規(guī)定

按照《防火標(biāo)》5.1.6條規(guī)定：“電梯、豎井爬梯、消防專用通道以及管理區(qū)的樓梯不得用作乘客的安全疏散設(shè)施”；根據(jù)地鐵車站管理要求，地鐵車站的工作人員在火災(zāi)時(shí)應(yīng)駐守崗位；從以上規(guī)定可知地鐵內(nèi)的消防專用通道、內(nèi)部樓梯的疏散使用與常規(guī)工程的防煙樓梯間、封閉樓梯間的疏散使用有很大的區(qū)別，所以關(guān)于地鐵消防專用通道、內(nèi)部樓梯N1直接按照《導(dǎo)則》取值還有待商榷。

《導(dǎo)則》發(fā)布前參照《煙標(biāo)》規(guī)定設(shè)計(jì)防煙系統(tǒng)的昆明某地鐵工程業(yè)已開通運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)以該工程為例對(duì)地鐵防煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法做一個(gè)概述：防煙樓梯間及封閉樓梯間的加壓送風(fēng)計(jì)算值采用了《煙標(biāo)》的公式計(jì)算，并比較《人防規(guī)》第6.2.1條規(guī)定的控制風(fēng)量（如表3所示），按兩者大值選用，其中封閉樓梯間的控制風(fēng)量參照16000m3/h設(shè)置。

表3 《人防規(guī)》對(duì)加壓部位最小控制風(fēng)量規(guī)定

地鐵消防專用通道有直出地面條件，地面口部門由門禁系統(tǒng)進(jìn)行管理，依據(jù)《防火標(biāo)》第9.5.4條規(guī)定在火災(zāi)工況時(shí)門禁系統(tǒng)控制門解禁或斷電自動(dòng)解禁。從文字表述上類似NFPA92第A.4.6.1條文中“加拿大系統(tǒng)”的描述，即外門是疏散期間最有可能長(zhǎng)時(shí)間打開的樓梯間門，地下疏散時(shí)門均為短暫不完全開啟，按《煙標(biāo)》計(jì)算方法時(shí)地鐵消防專用通道樓梯間的N1不妨取值為2，對(duì)于（0.9+0.3）m*2.1m疏散門負(fù)擔(dān)地下1~4層的計(jì)算值列于表4，所得值即使按直灌送風(fēng)取1.2倍也均小于25000m3/h，取大值即為25000m3/h。

表4 消防專用通道N1取值為2加壓風(fēng)量計(jì)算值

內(nèi)部樓梯間無(wú)論是封閉樓梯間或是防煙樓梯間，均設(shè)置帶閉門器防火門，均不直通室外；其中防煙樓梯間具有獨(dú)立前室，相比封閉樓梯間與走道間多一道防火門，相當(dāng)于多一層煙氣進(jìn)入的屏障，理論上防止煙氣侵入需要的風(fēng)量更小才合理；按《煙標(biāo)》計(jì)算方法時(shí)地鐵內(nèi)部樓梯間的N1不妨取值為1，對(duì)于（0.9+0.3）m*2.1m疏散門負(fù)擔(dān)地下2~4層的計(jì)算值列于表5，所得值即使按直灌送風(fēng)取1.2倍也均小于16000m3/h，封閉樓梯間取大值即為16000 m3/h；防煙樓梯間因《人防規(guī)》最小控制風(fēng)量的規(guī)定，在設(shè)計(jì)中取大值即為25000m3/h。

表5 內(nèi)部樓梯間N1取值為1加壓風(fēng)量計(jì)算值

因《人防規(guī)》有最小控制風(fēng)量相關(guān)規(guī)定，雖然按照《煙標(biāo)》計(jì)算所得值遠(yuǎn)小于最小控制風(fēng)量要求，卻也不得不采用最小控制風(fēng)量；在地鐵竣工前實(shí)際調(diào)試運(yùn)行時(shí)，幾乎所有設(shè)置正壓送風(fēng)系統(tǒng)的樓梯間均處于系統(tǒng)余壓值超過(guò)最大允許壓力差的狀態(tài)。本文對(duì)N1的取值僅為個(gè)人建議取值，針對(duì)地鐵正壓送風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究亟待深入，對(duì)于采用《煙標(biāo)》計(jì)算所得值和N1取值的合理性，是否能達(dá)到設(shè)計(jì)的防煙性能有待實(shí)驗(yàn)論證。

2.2 地鐵消防專用通道的正壓送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)方式的探討

埋深大于32m作為采用兩點(diǎn)部位送風(fēng)方式判據(jù)合理性有待商榷，參考NFPA92第A.4.6.4.1.2條文解釋高層建筑頂樓直灌送風(fēng)時(shí)，直灌點(diǎn)附近樓層開門時(shí)可能流失所有風(fēng)量和風(fēng)壓，一樓疏散門長(zhǎng)時(shí)間處于開啟狀態(tài)，此時(shí)直灌加壓送風(fēng)系統(tǒng)特別容易失效。

對(duì)于地鐵埋深較大時(shí)，僅地面出入口直接與地面連通，下部各層近似于封閉狀態(tài)，在地面建筑開口部位直灌加壓特別容易失效，因此不應(yīng)在地面建筑開口部位直灌加壓送風(fēng)；因人防防護(hù)密閉門的存在，人防門框會(huì)阻礙風(fēng)管穿過(guò)，在地鐵人防門框內(nèi)采用直灌送風(fēng)或多點(diǎn)送風(fēng)更加合理；它們?cè)谛阅?、?jīng)濟(jì)性和空間合理性上到底誰(shuí)更好還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)實(shí)際工作中遇到的地鐵車站設(shè)備與管理用房區(qū)的防煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了主要研究探討，闡述了部分設(shè)計(jì)新舊規(guī)范設(shè)計(jì)的異同；以美國(guó)消防協(xié)會(huì)最新防煙控制標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)比參考，雖然研究體系方法有異，但原理相同；隨著對(duì)地鐵等類似地下封閉空間防煙控制的實(shí)驗(yàn)研究的增加，未來(lái)基于性能的防火防煙設(shè)計(jì)方法更加完善，可以讓整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系更加先進(jìn)適用，減少或消除不同規(guī)范相互之間的沖突，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行工況更加適宜，希望本文能為提高地鐵工程設(shè)計(jì)品質(zhì)起到一定作用。