地铁中庭车站防排烟设计的创新与应用

2017-03-20张晓伟

都市快轨交通 2017年1期

关键词：热风机卷帘中庭

孟鑫，何燕，张晓伟

(北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037)

地铁中庭车站防排烟设计的创新与应用

孟鑫，何燕，张晓伟

(北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037)

以杭州地铁1号线婺江路站为例，提出在车站公共区设置中庭时，针对防排烟系统设计，采用在站厅层中庭上部四周的结构顶板下设置卷帘式挡烟垂壁，将中庭封闭成一个单独的防烟分区的方案。介绍车站公共区消防设计，包括防排烟系统，各防烟分区的排烟量计算、排烟风机的配置和排烟系统的运行模式等。通过理论计算及现场实测等方法，证明该方案在站台与中庭火灾工况时，连接站厅与站台的楼扶梯口部向下的风速满足规范要求。

地铁；中庭车站；卷帘式挡烟垂壁；防火玻璃；防排烟

传统地铁车站的站厅与站台公共区一般都独立设置，不连通，相对封闭且沉闷。随着轨道交通的发展，用中庭将站厅与站台公共区连通的地铁车站应运而生。它的出现为车站建筑的内部环境带来了完整的、开放的、富有魅力的景观，同时也给车站内的防排烟系统设计带来了新的问题[1]。

GB 50157-2013《地铁设计规范》第28.4.10条规定：“当车站站台发生火灾时，应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有能够有效阻止烟气向上蔓延的气流，且向下气流速度不应小于1.5 m/s。”[2]由于中庭的设置是将地铁车站站厅与站台公共区连通，并且为了保证装修效果，一般在中楼板处开孔面积较大，如何在站台层发生火灾时保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有能够有效阻止烟气向上蔓延的气流，且向下气流速度不小于1.5 m/s，是此类车站防排烟设计的重点和难点。

本文以杭州地铁1号线婺江路中庭式车站为例，通过理论分析与现场实测等方法对中庭式车站的防排烟设计进行研究。

1 车站概况

婺江路站为双层岛式地下车站，地下1层为站厅层，地下2层为站台层，车站总长259.6 m，总宽18.9 m，站台有效长度为120 m，站台宽10.2 m。由于受到新开河影响，为降低车站顶板覆土深度，公共区采用中庭方案，车站顶板局部下沉1.6 m，中庭部位在中楼板上的开孔面积约439 m2，中庭处高度为8 m。

2 车站公共区消防设计

为满足GB 50157—2013《地铁设计规范》第28.4.10条规定，采用在站厅层中庭上部四周的结构顶板下设置卷帘式挡烟垂壁的方案。

当中庭发生火灾时，在沿中庭宽度方向上，楼、扶梯口部的卷帘式挡烟垂壁下降至距站台楼、扶梯踏步高度2 500 mm处。除上述部位外，其余处卷帘式挡烟垂壁下降至中板处，见图1。卷帘式挡烟垂壁与中庭和站台层设置的烟感探测器联动，当烟感探测器报警时，卷帘式挡烟垂壁在接到FAS(火灾报警系统)控制信号后，自动下降至挡烟工作位置。

图1 中庭火灾时挡烟垂壁下降效果图Fig.1 View of the Dropped Smoke Carriers down with fire in atrium

2.1 防排烟系统

车站公共区共划分为4个防烟分区，其中站厅层划分为1个防烟分区(防烟分区①，面积1 988 m2)，站台层由于中部被中庭截断，故划分为2个防烟分区(防烟分区②、③，面积分别为309 m2和216 m2)，中庭部分划分为1个防烟分区(防烟分区④，面积539 m2)，防烟分区划分详见图2。

图2 车站防烟分区示意Fig.2 Diagram of the fire compartment of a station

2.2 各防烟分区的排烟量计算

地下车站站台、站厅(中楼板覆盖区域)火灾时的排烟量应按照《地铁设计规范》(GB 50157—2013)的要求计算,即应根据一个防烟分区的建筑面积按1m3/(m2·min)计算。

对于防烟分区④(中庭部分)排烟量的计算，经查阅相关资料，主要参考《建筑防排烟技术规程》(DGJ08—88—2006)[3]、《地铁设计规范》(GB 50157—2013)和《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)[4]计算，但依照上述3种规范计算出的中庭排烟量结果有较大差异，本文中取三者中的最大值为中庭计算排烟量。经比较计算结果，排烟量取32 340 m3/h。

防烟分区①～④的排烟量计算结果如表1所示。

表1 防烟分区①～④的排烟量

2.3 排烟风机的配置和排烟系统的运行模式

根据计算的排烟量，在车站左端通风空调机房内设置1台排烟量为89 536 m3/h的排烟风机，右端通风空调机房内设置1台排烟量为82 474 m3/h的排烟风机。另外，在车站两端的隧道通风机房内共设置4台排风量为216 000 m3/h的隧道风机，2台排风量为144 000 m3/h的排热风机。

站厅层送排风管布置形式为两送两回。防烟分区①～③的回排风管兼做火灾时的排烟风管。由于中庭站厅层顶部吊顶内高度较低，无法设置金属排烟风管，故在两组楼梯与扶梯之间的中庭部位设置了采用防火玻璃制作的排烟风道，排烟风道分别接入站厅层左右的排烟风管内，利用电动风量调节阀对站厅和中庭部位的火灾排烟工况进行切换，如图3所示[5]。

图3 现场玻璃风道与风口Fig.3 Glass air duct and smoke outlet in practical application

排烟系统运行模式如下：防烟分区①发生火灾时，由站厅层排烟，出入口自然补风；防烟分区②、③发生火灾时，相应侧通风空调机房内排烟风机启动，相应防烟分区的排烟风管排烟，站厅层补风，卷帘式挡烟垂壁下降，车站两端的4台隧道风机和2台排热风机同时启动，站台层滑动门开启，辅助站台层排烟，保证楼、扶梯口向下风速大于1.5 m/s；防烟分区④中庭部位发生火灾时，两侧通风空调机房内排烟风机均启动，相应防烟分区的排烟风管排烟，站厅层补风，卷帘式挡烟垂壁下降，车站两端的4台隧道风机和2台排热风机同时启动，站台层滑动门开启，辅助站台层排烟，保证楼、扶梯口向下风速大于1.5 m/s。

3 理论计算

经计算，两组楼、扶梯口部总面积为90.7 m2。

3.1 站台层排烟量的计算

1) 隧道风机和排热风机。由于隧道风机和排热风机连接的风口均设置在车站轨行区上方，故在火灾工况下，隧道风机和排热风机排除的空气由站台层的烟气和区间隧道内的空气组成，经模拟计算，确定车站与区间隧道在隧道风机和排热风机开启情况下的气流阻力，进而确定以上风机开启排烟工况下气流的分配，结果如下：

站台或中庭部分发生火灾时，隧道风机和排热风机有60%的风量从车站站台排出，40%的风量由隧道内空气补充。

隧道风机和排热风机对站台层公共区的排烟量为：216 000×4×60%+144 000×2×60%=691 200 m3/h

2) 排烟风机。排烟风机考虑10%的漏风系数。

左端排烟风机实际排烟量：89 536÷1.1=81 396 m3/h

右端排烟风机实际排烟量：82 474÷1.1=74 976 m3/h

3) 考虑卷帘式挡烟垂壁漏风量为7 m3/(m2·h)[6]，卷帘式挡烟垂壁总面积为230 m2，同时考虑10%的系数，卷帘式挡烟垂壁的总漏风量为7×230×1.1=1 771 m3/h。

站台层排烟量根据各风机开启的情况确定。

3.2 楼、扶梯口风速的计算

防烟分区②、③、④发生火灾时，根据各风机开启情况对楼、扶梯口的风速计算如下：

1) 防烟分区②(站台层左端)发生火灾时，左端排烟风机、车站两端2台排热风机、4台隧道风机开启，风速计算如下：

(81 396+691 200-1 771)÷90.7÷3 600=2.36 m/s>1.5 m/s

2) 防烟分区③(站台层右端)发生火灾时，右端排烟风机、车站两端2台排热风机、4台隧道风机开启，风速计算如下：

(74 976+691 200-1 771)÷90.7÷3 600=2.34 m/s>1.5 m/s

3) 防烟分区④(中庭)发生火灾时，车站两端排烟风机、车站两端2台排热风机、4台隧道风机均开启，风速计算如下：

(81 396+74 976+691 200-1 771)÷90.7÷3 600=2.59 m/s>1.5 m/s

通过计算可知，当车站站台层发生火灾时，卷帘式挡烟垂壁下降，在开启车站排烟风机和车站两端2台排热风机、4台隧道风机的情况下，楼、扶梯口的风速可满足“当车站站台层发生火灾时，应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于1.5 m/s的向下气流”的要求。

4 楼扶梯口现场实测风速及分析

根据调查的全国已经开通的地铁线路，采用站台门系统的线路在站台层发生火灾时，多采用站台层排烟，滑动门开启，区间隧道通风系统辅助站台层排烟的防排烟模式。杭州地铁1号线车站站台层发生火灾时，采用站台层排烟、站厅层补风，站台层两侧滑动门开启，区间隧道通风系统辅助排烟的防排烟模式。当婺江路站站台层发生火灾时，在对楼扶梯口风速实测的过程中，也采用这种火灾模式。

表2为2012年11月8日业主、施工单位、第三方监测单位共同实测数据。此时卷帘式挡烟垂壁已经安装调整完成，中板防火玻璃也安装完成。

表2 站台层火灾时防烟分区④楼扶梯口部风速

当站台层发生火灾时，采用同时开启车站两端4台隧道风机、2台排热风机、车站排烟风机，并开启两侧滑动门的模式。实测结果如表2中数据所示，当卷帘式挡烟垂壁不下降时，除小里程端楼梯口部风速大于1.5 m/s外，其余楼、扶梯口部风速都不能满足要求；当卷帘式挡烟垂壁下降时，楼、扶梯口具有最大的向下气流，此时大小里程端的楼、扶梯口部风速皆大于1.5 m/s，满足设计规范要求[6]。

5 结语

杭州地铁1号线婺江路站为中庭式车站，防排烟系统采用了站厅层中庭上部四周的结构顶板下设置卷帘式挡烟垂壁方案，同时在两组楼梯与扶梯之间分别设置由防火玻璃制作的排烟风道。通过理论计算与现场实测相结合的方法论证了该设计方案满足GB50157—2013《地铁设计规范》的要求。这种对中庭车站防排烟系统的设计方案，在国内地铁车站设计方案中是首次采用，经理论计算和现场实测，基本达到了设计要求，国内类似地铁车站可参考采用。

[1] 李国庆.城市轨道交通通风空调系统技术发展新趋势[J]．都市快轨交通，2004,17(6)：5-7．

LI Guoqing.Technological trends of ventilation and air-conditioning system in urban rail transit[J].Urban rapid rail transit, 2004, 17(6)： 5-7．

[2] 地铁设计规范:GB 50157—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014：267-268.

Code for design of metro: GB50157—2013[S].Beijing: China Architecture & Building Press, 2014: 267-268.

[3] 建筑防排烟技术规程:DGJ 08—88—2006[S].上海:上海市建筑建材业市场管理总站，2006.

Technical code for building smoke control and smoke exhaust system:DGJ 08—88—2006[S].Shanghai, 2006.

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

Code for fire protection design of buildings: GB 50016—2014[S].Beijing: China Planning Press, 2014.

[5] 黄丽君，余斌，陈海英，等.地下中庭车站的通风空调设计[J].都市快轨交通，2006,19(4)：81-84．

HUANG Lijun， YU Bin, CHEN Haiying.Ventilation and air conditioning design of an underground metro station concourse[J]. Urban rapid rail transit, 2006, 19(4): 81-84.

[6] 国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心.挡烟垂壁GA 533-2012检验报告[R].杭州，2012.

China National Center for Quality Supervision and Test of Fixed Fire-fighting Systems and Fire-resisting Building com-Ponents.Smoke barriers GA 533-2012 Test Report[R].Hangzhou, 2012.

(编辑：王艳菊)

Innovation in Smoke Prevention and Smoke Exhaust Design for the Underground Atrium Station and Its Application

MENG Xin, HE Yan, ZHANG Xiaowei

(Beijing Urban Construction Design and Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)