地铁地下车站设备与管理用房区防排烟设计探讨

吴 炜 高慧翔 彭金龙

(中铁二院工程集团有限责任公司地下铁道设计研究院 成都 610031)



地铁地下车站设备与管理用房区防排烟设计探讨

吴 炜 高慧翔 彭金龙

(中铁二院工程集团有限责任公司地下铁道设计研究院 成都 610031)

针对地铁地下车站设备与管理用房区域设置的消防专用通道是否需要加压送风的问题，从相关规范条文出发，结合某城市地铁车站设计，给出相关分析和建议：对地下车站主要设备管理用房区域内连接站厅站台的内部楼梯,采用加压送风的防烟形式；针对直出地面楼梯，根据其提升高度灵活选择相应的防烟形式。对设备与管理用房防烟分区的选取、排烟风机的选型以及补风形式的选择，从实际设计中给出相关的分析和建议：对具体车站设备管理用房区域，先统计区域面积，再进行两种算法的比较后确定排烟风机的选型。

地铁地下车站；设备与管理用房区；消防专用通道；防烟分区；排烟风机；补风形式

目前城市轨道交通线路绝大部分在地下空间，在不具备自然排烟条件的地下车站，只有对火灾烟气进行有效控制才能保证人员的安全疏散。人员的疏散不仅包括车站公共区的乘客疏散，还包括车站设备与管理用房区域的工作人员和后续救援人员的疏散。地下车站设备与管理用房区域作为消防专用通道以及工作人员的指挥协调中心，其防排烟系统的设置与公共区的防排烟系统[1]具有同等重要的地位。

目前针对地铁地下车站设备与管理用房区域的防排烟设置要求，主要依据现行《地铁设计规范》(GB 50157—2013)、《城市轨道交通技术规范》(GB 50490—2009)，并参考《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)、《人民防空工程设计防火规范》(GB 50098—2009)等。

各规范内容在防排烟系统的设置区域、排烟量的计算以及排烟风机设备能力的选择等方面给出了相应的条文，但在实际设计中，不同设计单位往往根据自己的理解进行防排烟系统设计，以满足规范要求，主要体现在防烟系统的选择、排烟系统的选择、补风系统的选择上。

笔者根据目前不同城市已通车地铁线路的设置情况，结合上述防排烟选择的几个方面进行分析。

1 防烟系统的选择

1.1 相关条文解读

设置防烟系统首先要选择防烟区域，在现行《地铁设计规范》《城市轨道交通技术规范》中，针对地铁地下车站及区间附属建筑的防烟功能及设置区域有明确的条文规定。

1) 《地铁设计规范》第28.2.13条：地下车站消防专用通道及楼梯间应设置在有车站控制室等主要管理用房的防火分区内，并应方便到达地下各层。地下超过3层(含3层)时，应设防烟楼梯间。

2) 《地铁设计规范》第28.4.2条：下列场所应设置机械防烟、排烟设施… 3 防烟楼梯间和前室。

3) 《城市轨道交通技术规范》第7.3.17条：消防专用通道应设置在含有车站控制室等主要管理用房的防火分区内，并应能到达地下车站各层；当地下车站超过3层(含3层)时，消防专用通道应设置为防烟楼梯间。

4) 《城市轨道交通技术规范》第7.3.23条：当区间隧道设中间风井时，井内或就近应设置直通地面的防烟楼梯。

从规范的定义来看，针对地下车站要求在主要设备与管理用房区域设置消防专用通道和楼梯间，并明确要求其应具备方便到达地下各层的功能，并未要求直接从最下层到达地面，因此在实际建筑设计布局时，结合地面情况，出现了两种布置情形：

情形1：内部楼梯从站台直出地面。此种情况用于地面条件较好，受制约条件小，楼梯在各层的位置不变，直接从站台层经过站厅直出地面，即楼梯在各层的位置不变，在相关城市的地铁车站有应用实例。

情形2：内部楼梯经过部分内走道进入附属消防专用通道，经过直出地面楼梯再出地面。考虑到车站从站台直出地面的楼梯设置经常会受到地面条件的制约情况，往往将直出地面的楼梯靠近车站主体外墙侧开口，单独修建附属通道，图1为目前国内地下车站设置的消防专用通道较为常规的布置方式。

图1 地下车站消防专用通道布置示意

从图中可以看出，消防专用通道通过直出地面楼梯从地面进入地下1层，然后通过专用通道以及部分设备管理用房区域的内走道进入厅台之间的内部楼梯，方能到达地下2层。由此可见，要满足《地铁设计规范》第28.2.13条的消防专用通道的功能，以图1的布置方式为例，则此时的消防专用通道及楼梯应包括：直出地面楼梯、消防专用通道、部分内走道、内部楼梯[2]4部分。

1.2 存在争议的焦点

从上述的分析可以看出，规范中明确只有针对超过2层的地下车站的防烟楼梯间才考虑设置机械防烟措施，未明确楼梯间在不同情形下设置时如何对待处理，以及如何选取相应的防烟措施。

针对消防专用通道所涉及的两处楼梯的性质，从《城市轨道交通技术规范》第7.3.17条文解释[3]以及《城市轨道交通技术规范实施指南》[4]中又可以得知：两处楼梯的性质均应属于封闭楼梯间，当层数超过2层时，即认定提升高度超过10 m，就设置成防烟楼梯间。

以图1的设置情况为例，笔者结合国内相关城市实际通车的地铁车站，选取典型的地下2层和地下3层的车站进行相关提升高度的统计，详见表1。

表1 地下2、3层车站提升高度统计 m

从表1可以看出，无论地下2层还是地下3层车站，直出地面楼梯的提升高度都有可能超过10 m。

针对地下2层车站而言，当采用图1的布置形式时，内部楼梯、直出地面楼梯的提升高度不足10 m，是否可以不采取任何防烟措施；是否针对提升高度超过10 m的，但又只有地下2层的情况，就不用做成防烟楼梯间的形式；虽然是地下3层车站，直出地面楼梯提升高度不足10 m，是否不需要采取任何防烟措施；作为参与的部分内走道是否应该进行防烟措施，这些疑问往往给地铁环控专业在实际设计时造成一定程度的困扰，同时不同地方的消防部门往往在进行消防评审时也会针对此部分内容提出不同的异议。

1.3 防烟措施选择建议

建筑中的防烟可采取机械加压送风防烟方式或开启外窗的自然通风方式[5]。

根据《建筑设计防火规范》的要求：当封闭楼梯间不能自然通风或自然通风不能满足要求时，应设置机械加压送风系统或采用防烟楼梯间。因此，结合地铁地下车站的实际情况，对于主要管理用房与设备区设置的内部楼梯，属于无法自然通风的封闭楼梯间，无论其提升高度是否超过10 m，或层数是否超过2层，都应设置机械加压送风系统的防烟形式。同时针对部分内走道，由于其主要功能是连接内部楼梯和直出地面楼梯，因此建议做成封闭内走道(可与本端其他内走道采用隔墙增设防火门的形式处理)，同时也考虑机械加压送风系统，确保整个部分处于正压区域，保证防烟效果。

对于直出楼梯间部分，则可以灵活选择防烟形式：若提升高度超过10 m，则需要将封闭楼梯做成防烟楼梯，设置机械加压送风系统；若不超过10 m，则考虑直接在楼梯出地面部分侧墙上采取开设自然通风窗的防烟形式,自然通风窗面积应满足相关规范要求。

2 排烟系统的选择

2.1 相关条文解读

同样地，针对地下车站设备与管理用房区域的排烟首先要考虑排烟区域的选择，也就涉及防烟分区的划分问题。

现行《地铁设计规范》中针对机械排烟及防烟分区给出了相关的条文及解释。

1) 第28.4.3条：下列场所应设置机械排烟设施：1同一个防火分区内的地下车站设备与管理用房的总面积超过200 m2，或面积超过50 m2且经常有人停留的单个房间；2 最远点到车站公共区的直线距离超过20 m的内走道；

2) 第28.4.8条：地下车站的公共区，以及设备与管理用房，应划分防烟分区，且防烟分区不得跨越防火分区…设备与管理用房每个防烟分区的建筑面积不宜超过750 m2；

3) 第28.4.9条：防烟分区可采取挡烟垂壁等措施。挡烟垂壁等设施的下垂高度不应小于500 mm。

4) 第28.4.11条：地下车站的设备与管理用房、内走道、长通道和出入口通道等需设置机械排烟时，其排烟量应根据一个防烟分区的建筑面积按1 m3/m2·min计算，排烟区域的补风量不应小于排烟量的50%。当排烟设备负担两个或两个以上防烟分区时，其设备能力应根据最大防烟分区的建筑面积按2 m3/m2·min计算的排烟量配置。

从上述条文及后续的条文解释中可知，规范明确机械排烟区域：面积超过200 m2的环控机房或冷水机房、长度超过20 m的内走道。而针对扣除相关区域后剩下的设备管理用房总面积超过200 m2的区域排烟如何实现，往往就是实际设计中争论较多的地方。

2.2 存在争议的焦点

同一防火分区内的地下车站设备与管理用房的总面积超过200 m2区域的房间，大多是面积小于50 m2的管理用房、设备用房，这类房间面积小，本身又达不到机械排烟的要求，但往往面积合算起来，又满足规范指出的总面积超过200 m2的要求，这类区域按规范的条文限定，就应当设置机械排烟系统。而考虑到地下空间紧张，设备管理用房区域管线较多，单独设置系统不利于整个管线空间布置，而区域内走道兼顾疏散通道功能，参考《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006)第9.4.6条第4款的要求，目前最为常规的是利用设置在该区域内走道的机械排烟系统实现对此类区域的排烟。

争议的焦点在于此时排烟风机的风量选型问题，根据规范的要求，排烟风机的烟量选型直接与所担负防烟分区的数量有关。因此对于防烟分区数量的分析就显得十分必要，也是争议较多的地方。以下为目前国内的2种做法。

1) 将整个设备与管理用房区域当成一个防烟分区考虑。具体为：将此类同一个防火分区内总面积超过200 m2的地下车站设备与管理用房以及内走道均作为一个防烟分区(整个防烟分区面积要小于750m2的规范要求(一般车站均满足这个要求))，在该区域设置一套机械排烟系统，排烟风机烟量则按整个防烟分区面积之和乘以1 m3/m2·min计算，此时排烟口可设置在每个房间和内走道或仅设置在内走道，但需满足最不利点与排烟口距离小于30 m的要求。

2) 将设备与管理用房区域内每个房间以及内走道均当成一个独立防烟分区考虑。具体为：对设备与管理用房区域而言，每个房间靠近内走道一侧的墙体均为防火墙体，开设的门也为防火门，因此，也可以将区域内每个房间看成独立的防烟分区，内走道也作为独立的防烟分区，此时仍然设置一套机械排烟系统及一台排烟风机。排烟风机相当于担负至少2个以上防烟分区的烟量，其烟量选择应根据《地铁设计规范》第28.4.11条的要求进行，即按内走道面积乘以2 m3/m2·min计算，此时计算内走道的排烟面积时建议参考《建筑设计防火规范》的要求：内走道面积与不排烟最大房间面积之和考虑。

2.3 相关排烟量计算的建议

通过前述的分析可知，对于设备管理用房区域总面积超过200 m2的区域排烟往往与内走道的排烟合并设置，并将排烟口设置在内走道内，表2为国内某地铁车站的主要设备与管理用房区域的房间要素表，扣除环控机房、气体保护用房、规范上规定不计入总面积的一些房间(卫生间等)等的面积，以此为例分别按前述两种方法进行排烟量的统计分析(系统均只设置一台排烟风机)。

表2 某地铁车站设备管理用房区房间面积 m2

从表2可以看出，位于同一防火分区内设备管理用房区域面积之和为248.62 m2，而需要机械排烟的内走道面积为93.78 m2,按1)的做法：排烟风机计算风量应为

(248.62+93.78)×60=20 544 m3/h

按2)的做法：排烟风机计算风量应为

(93.78+43.88)×120=16 519.2 m3/h

可见按2)的做法计算的排烟量明显小于按1)的做法计算的排烟量，因此在实际设计中建议先针对区域面积进行两种计算的比较，并且当设备与管理用房满足单个房间均为独立的防烟分区的条件时，选取计算值较小的一种，以达到减小风管和风机体量的目的。

3 补风系统的选择

3.1 相关条文解读

现行《地铁设计规范》第28.4.11条中针对机械排烟区域的补风量给出了定性的规定，要求不小于机械排烟量的50%，但并未对补风的具体形式给出规定，参考《人民防空工程设计防火规范》(GB 50098—2009)的要求，当补风通路的空气阻力不大于50 Pa时，可采用自然补风形式[6]，实际设计执行时，出现了2种方案。

方案1：设置机械补风系统，平时作为机械通风系统进行送风，火灾时通过电动风阀切换，转化成对走道排烟的集中补风。

方案2：利用设备管理用房与公共区相邻隔墙上的开孔，增设引风防火阀，当设备区发生火灾时进行负压自然补风。

3.2 补风方案的分析及建议

方案1是目前使用较多的补风方案，整个机械排烟系统(排烟风机及排烟风管、送风兼补风风机及补风管)均处于同一防火分区内。

方案2的做法目前存在一定的争议：补风烟气经历不同的防火分区，本做法的初衷是省去设备管理用房区域内走道排烟时的机械补风管路，节约空间，利用设备区与公共区隔墙上的引风孔，在内走道机械排烟时形成负压，通过引风口，将补风由出入口通道经公共区引入。但此种做法需要在两个不同防火分区的隔墙上开设孔洞，即使增设了引风防火阀和电动风阀，也破坏了不同防火分区的防火隔段，相关阀体的耐火极限要求还需与防火隔墙的耐火极限一致才行。

此外，针对方案2的做法应尽量征求当地消防部门的同意，确保后续消防验收的顺利通过。

4 结语

笔者对地铁地下车站设备与管理用房区防排烟系统设计进行研究，从现行实施的规范出发，结合消防专用通道的设置(楼梯性质、是否加压送风、如何实现防烟等)、设备管理用房区域总面积超过200 m2的排烟设计、排烟补风的选择等方面进行分析，希望起到抛砖引玉的作用，共同完善地铁地下车站设备与管理用房区域的防排烟系统设计。

[1] 曾飞轮.地铁空调通风设计问题探讨[J].铁道工程学报， 1997(1): 27-28.

[2] 地铁设计规范：GB 50157—2013[S].北京：中国建筑工业出版社,2014.

[3] 城市轨道交通技术规范：GB 50490—2009[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4] 李晓江.城市轨道交通技术规范实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社, 2009.

[5] 建筑设计防火规范：GB 50016—2014[S].北京：中国计划出版社，2014.

[6] 人民防空工程设计防火规范：GB 50098—2009[S].北京：中国计划出版社，2009.

(编辑：王艳菊)Discussion on Smoke Prevention and Exhaustion Design of Equipment and Management Zone in Metro Station

Wu Wei Gao Huixiang Peng Jinlong

(Design and Research Institute of Metro, China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031)

Based on some provisions of the design codes, the problem whether pressurized air should be supplied for fire channel is analyzed and suggestions are put forward. Smoke-proof pressurized air supply is suggested focusing on the internal staircase hall between the main equipment management district and the connection station. For stairs straightening out of the ground, flexible choice can be made in accordance with its hoisting height. For the selection of smoke proof partitions in the area of equipment and management, exhaust fan selection, and the form of wind supply, relevant analysis and advice in practical design are given. For specific equipment management area in station, we should firstly calculate the area of the zone, and then determine the type of the exhaust fan after the comparison of the two algorithms.

metro station; equipment and management zone of station; fire channel; smoke bay; smoke extraction fan; air supply type

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.04.019

2015-08-17

2015-09-15

吴炜，男，工学硕士，高级工程师，从事地铁环控设计工作，wu22wei@163.com

U231.4

A

1672-6073(2016)04-0085-04