地铁复合式屏蔽门系统火灾特性分析

陈青云，朱咏辉

（绍兴市轨道交通集团有限公司，浙江绍兴 312000）

1 研究背景

通风空调及防排烟系统是地铁机电系统的重要组成部分，承担着对地铁站内空气温度、湿度、空气流速、压力等涉及空气品质参数的调节任务，是地铁舒适乘车环境的重要保障。同时，在火灾情况下，可迅速转换为火灾工况，进行排烟、送风或协助灭火，保障乘客安全和设备安全。

目前，国内地铁的地下车站与轨行区之间主要采用全高全封闭屏蔽门系统(以下简称“屏蔽门系统”)，或采用半高非封闭安全门系统(以下简称“安全门系统”)，两种系统统称为站台门系统。这两种系统对于地铁通风系统的作用各有利弊，不同气候条件下的节能差异性较大。例如，采用屏蔽门系统，由于隔绝了站台与车站轨行区，有效减少了活塞风对站台的影响，在空调季能更好地满足乘客的舒适性，同时具有节能优势；在过渡季和冬季，为了保障车站公共区的通风换气要求，需适当增加车站机械通风量，导致风机等运行能耗的增加。采用安全门系统，在过渡季和冬季引进列车活塞风，减少了机械通风量，可使风机等运行能耗减少；在空调季由于车站公共区冷量流失进入车站轨行区甚至区间，使空调系统能耗大大增加。为整合这两种系统的优势，国内各高校学者及行业专家对复合式屏蔽门系统的自然通风及节能特性进行了深入的研究。如李鹏[1]对带可控风口的屏蔽门系统进行了数值模拟，分析得出，在过渡季节，开启屏蔽门上方的可控风口，关闭车站的轨顶、轨底排热风机及活塞风井内的风机，利用列车运行的活塞风，增加车站与室外的通风换气，在一定程度上可以节省风机的运行时间，缩短夏季空调运行时间，具有节能的潜力。陈瑶[2]对屏蔽门开口的换气特性进行了研究，并计算了不同风口位置、面积、相邻风口个数等参数，分析行车密度、隧道区间长度、活塞风井位置对地铁车站换气特性及车站换气量的影响。钟星灿[3]通过软件模拟，得出复合式屏蔽门系统全年运行能耗均低于屏蔽门系统和闭式系统(安全门系统)，且从南到北具有广泛的适用性。目前，复合式屏蔽门系统通风及节能特性的研究较多[4-8]，但火灾特性的研究较少。笔者通过参与复合式屏蔽门系统项目的实际应用经历，分析火灾工况下复合式屏蔽门系统的排烟特性，并重点讨论在新规范要求下这种系统对站台火灾的适应性。

2 系统组成

复合式屏蔽门系统主要是在全高全封闭屏蔽门系统上方安装通风装置，通风装置主要由组合式的电动风阀、控制系统及装饰面板等组成。组合式的电动风阀安装在屏蔽门顶梁上方(见图1)，由结构专业根据通风专业提资预留风阀的开孔，开孔数量及尺寸根据车站形式、站台风速要求及该车站通风换气量等进行核算[9-11]。电动组合式风阀由电动执行机构、风阀及密封件组成，电动执行机构包括执行器、传动机构及限位装置组成，具备远程控制和就地控制功能，具有开启/关闭状态反馈及故障报警功能。所有控制和反馈信号接入马达控制中心(MCC)，由MCC 接入环境与设备监控系统(BAS)并上传至综合监控系统(ISCS)，与车站其他组合式电动风阀接口形式基本一致。以国内某一城市地铁6B 车型线路的地下车站为例，站台两侧每侧屏蔽门上方设置28 套电动组合式风阀，每3 套或4 套组成一组，每组风阀开启、关闭动作均保持一致，接受上位机发送过来的统一控制信号，并统一上传反馈信息。

图1 复合式屏蔽门系统车站工程实例Fig. 1 Example of a composite platform screen door system station project

3 火灾特性

当站厅公共区发生火灾时启动站厅排烟模式，并联动关闭车站空调系统、小系统模式、隧道区间模式。由于区间不参与站厅排烟工况，复合式屏蔽门上方的组合式电动风阀联动关闭，与传统屏蔽门系统制式类似。

3.1 传统屏蔽门系统站台火灾排烟方案

一般地下标准地铁岛式车站站台面积为1 200 m2，划分为单一防烟分区，在传统屏蔽门系统制式下，站台火灾模式是唯一的。在此之前，国内绝大多数设计单位所设计的站台火灾模式均是启动大系统两端的排烟风机(或回排风机兼用)来进行站台排烟，手动打开屏蔽门系统两侧首尾滑动门(或通过IBP 盘上的按钮启动)，同时启动车站轨行区两端的隧道风机进行排烟。另外，为尽可能地增大排烟量，有些设计方案还会要求同时启动两端的轨道排热风机，通过轨顶排风道进行辅助排烟。由于需要人工操作打开首尾两侧滑动门，此种方案一定程度上增加了紧急情况下的运营管理难度。同时，该方案对于火源位于站台两侧端部时的排烟效果较为明显，若火源位于站台中部楼扶梯处，两侧楼扶梯口的向下气流会使该区域形成一定的负压，将造成烟气集聚，排除比较困难。

3.2 复合式屏蔽门系统站台排烟方案

在复合式屏蔽门系统制式下，由于站台上、下行侧屏蔽门上方均设置了组合式电动风阀，所以火灾时将风阀的动作要求统一纳入火灾模式，即可解决紧急情况下人员操作的不确定性，减轻运营管理难度。采用复合式屏蔽门系统制式，站台火灾时联动开启的风阀位置有3 种方案：方案1，只开启首尾两侧滑动门上方的组合式电动风阀；方案2，开启站台两侧屏蔽门上方所有组合式电动风阀；方案3，根据火灾发生的位置，选择性开启和关闭不同位置的组合式电动风阀。

通过工程项目现场实测发现：方案1 的问题与手动操作开启首尾两侧滑动门的情况类似，无法解决站台中部楼扶梯口排烟困难的问题；方案2 与方案1 相比，除了能减弱站台端部火灾的排烟效果(实际现场测试发现站台端部火灾排烟效果仍是较为理想)，同样难以很好地解决站台中部楼扶梯口排烟困难的问题。为此，通过优化提出了方案3，以两侧楼扶梯与站台平面交界处为界限，将站台划分为站台端部和站台中部，当站台发生火灾时，通过火灾报警系统(FAS)识别第一个火灾报警探头的逻辑地址，从而确定火灾发生在站台端部还是站台中部，根据火源位置的不同，FAS 发送不同的火灾模式号给BAS(须满足同一防烟分区内两点报警的条件)，由BAS 执行不同的火灾模式指令。

3.2.1 站台端部火灾模式设计

当站台端部发生火灾时，开启两端的大系统排烟风机，并打开站台两侧端部屏蔽门上方的组合式电动风阀，关闭站台两侧中部屏蔽门上方的组合式电动风阀，同时启动两端的隧道风机，从而更好地对站台端部的着火点进行排烟。站台端部火灾的主要设备动作模式如表1 所示。其中，“○”表示开启，“×”表示关闭，反转表示隧道风机反转排烟，风机启动默认同步开启排烟管道上连锁风阀。

表1 站台端部火灾的主要设备动作模式Tab. 1 Action mode of major equipment when a fire takes place in the end of the platform

3.2.2 站台中部火灾模式设计

当站台中部发生火灾时，同样开启两端的大系统排烟风机，并打开站台两侧中部屏蔽门上方的组合式电动风阀，关闭站台两侧端部的屏蔽门上方的组合式电动风阀，同时启动两端的隧道风机，从而更好地对站台中部着火点进行排烟。站台中部火灾的主要设备动作模式如表2 所示。

该方案通过实际项目，在地下车站不同位置的放烟测试中发现，站台端部的排烟效果跟方案1 基本相同并优于方案2，而站台中部的排烟效果比方案1 和方案2 均有大幅提升，且人员疏散所需的清晰高度、楼扶梯口的风速等均较为理想。该方案针对站台发生火灾时火源的位置不同，有针对性地启动不同的排烟模式，很好地解决了站台中部楼扶梯口处排烟困难的问题。

表2 站台中部火灾主要设备动作模式Tab. 2 Action mode of major equipment when a fire takes place in the middle of the platform

4 规范适应性

各规范对于站台排烟方案的设计均有相应的描述。根据《地铁设计规范》(GB50157—2013)第28.4 条规定：地下车站的站厅和站台应设置机械防烟、排烟设施，排烟量应根据一个防烟分区的建筑面积按1 m3/(m2·min)计算。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1.5m/s。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》(GB51251—2017)，排烟口的设置应符合下列规定：排烟口宜设置在顶棚或靠近顶棚的墙面上；排烟口应设在储烟仓内，但走道、室内空间净高不大于3 m 的区域，排烟口可设置在其净空高度的1/2 以上，当设置在侧墙时，吊顶与其最近距离不应大于0.5 m。《地铁设计防火标准》(GB51298—2018)第8.1.3 条规定：当对站台进行排烟时，应能防止烟气进入站厅、地下区间、换乘通道等邻近区域；第8.2.3 条规定：车站公共区发生火灾、驶向该站的列车需要越站时，应联动关闭全封闭站台门。以上规范要求，对各地占绝大多数的手动操作开启屏蔽门的站台排烟方案影响较大，所以研究既满足规范又有实际排烟效果的站台排烟方案变得尤为迫切。

4.1 传统屏蔽门系统制式下站台排烟方案

通过以上规范条文的分析可知，采用传统屏蔽门系统制式打开首尾两侧滑动门，虽能很好地满足站厅到站台楼扶梯口向下1.5 m/s 风速要求，但打开的两侧首尾滑动门作为新的排烟口，不满足《建筑防烟排烟系统技术标准》中关于排烟口设置的规定。无论是站厅还是站台发生火灾，地铁在运营过程中，特别是高峰时段，隧道内很可能有列车正向发生火灾的车站行驶。此时，原则上正常行驶的列车不能停站，需要在调度协调下越站运行。为了防止列车过站对站内烟层的巨大扰动，根据《地铁设计防火标准》，应联动关闭全封闭站台门。在这种情况下，只有等列车过站后才能操作打开两侧首尾的滑动门，难以在第一时间达到预设的排烟模式，不利于乘客安全疏散。而且，手动开启滑动门的最佳时机成为了运营需要全面考虑的一个难题，对紧急情况下的行车调度组织要求较高。

4.2 设置独立小室的集中排烟方案

国内部分设计单位在新建地铁线路设计中，为了更好地满足规范对站台排烟的要求，提出了集中排烟方案。这种方案在站台每端设置独立排烟小室，由排烟小室至站台敷设1～2 根集中排烟管，排烟管上设置站台集中排烟口及控制阀，单端管道总面积不小于2.5 m2。当站台发生火灾时，保持站台门的关闭状态，除启动大系统两端的排烟风机外，同时通过两端排热风机接管至站台候车区，利用轨道排热风机和大系统排烟风机共同承担站台排烟。该方案排烟口完全满足规范的要求，设置在储烟仓内，有效地将烟气限制在站台候车范围内，阻止烟气向其他区域蔓延。在部分6B 车型的地铁地下标准车站运用该方案，通过实际测试结果了解到，该方案增大了站台排烟量，使楼扶梯口风速达到1.8～2.3 m/s，基本满足规范要求；且该方案理论上对列车过站无影响，过站列车可基本在无烟环境中越行本站至下游车站疏散，对站台内烟层影响也较小。但是，该方案由于需在车站两端设置排烟小室和集中排烟管，需增加一定的土建规模，在一般车站的设备非集中端较易实现，而在设置变电所的设备集中端布置将增加综合管线的压力与土建施工的难度，对通风空调系统中管路布置的合理性提出了更高的要求。另外，在国内某城市6A 编组地铁线路的地下车站，使用集中排烟方案进行站台火灾测试发现，楼扶梯口风速难以达到规范要求的1.5 m/s。

4.3 复合式屏蔽门系统制式下站台排烟方案

通过上述分析可知，复合式屏蔽门系统制式下，站台发生火灾时屏蔽门保持关闭，有效避免了由于开启滑动门而可能带来的二次安全隐患。另外，站台火灾排烟可针对火灾发生位置的不同，有针对性地启动相应的排烟模式，有效地解决了站台中部楼扶梯口发生火灾时排烟困难的问题。通过各地实际测试结果了解到，楼扶梯口的风速基本在3.5～5 m/s，部分车站甚至更高，完全满足规范1.5 m/s 的风速要求。由国内某城市6A 编组地铁线路的地下车站测试情况了解到，利用复合式屏蔽门系统进行站台火灾排烟，能很好地满足规范对楼扶梯口风速的要求；且站台屏蔽门上方设置电动排烟口，较好地满足了排烟口应设置在储烟仓内的规范要求，避免了烟气的沉降。在正常情况下，大部分烟气通过排烟口进入车站轨行区之后，即被车站两端的隧道风机通过两端的活塞风井排出站外，在一定程度上仍可将烟气控制在一定的空间范围内，防止烟气进入地下区间等其他区域。同时，该方案仅在屏蔽门上方结构顶梁开孔设置组合式电动风阀，对土建及车站管线布置基本无要求；所有设备的动作要求全部纳入模式控制，响应时间快，对紧急情况下的行车调度组织要求较低。唯一要说明的是，使用复合式屏蔽门系统，当启动站台火灾排烟模式时，烟气会通过电动排烟口进入站台轨行区，对此时过站的列车仍会产生影响，同时过站列车所形成的活塞效应会作用到站台，对站台的烟层造成一定的破坏，但由于排烟口设置在储烟仓内，这些影响相对较小。

5 结语

通过以上分析可知，在正常通风工况下，复合式屏蔽门系统能通过关闭屏蔽门上方组合式电动风阀，防止空调季车站冷量的流失，保障乘客的舒适性，起到节能的作用；在冬季和过渡季打开屏蔽门上方风阀，或辅以车站的机械通风，可满足车站通风换气的需要，在国内具有广泛的适应性。在火灾工况下，复合式屏蔽门系统针对站台火灾排烟，除了具有较强的实用功能和较好的适应性外，也能较好地满足各规范的要求。由于不同城市不同线路的差异性，通风空调及防排烟系统的设计均存在一定的区别，但笔者认为，地下车站复合式屏蔽门系统不失为一种较好的方式，应大力推广并不断完善。