现代有轨电车地下区间通风排烟方案探讨

王远

中铁第四勘察设计院集团有限公司

0 引言

近年来，国内各种制式的新型轨道交通快速发展，现代有轨电车（以下简称有轨电车）是在传统有轨电车基础上发展起来的新型快速交通系统，现代有轨电车发展比较完善，赋予一定的路权，运量比公共汽车大，路权可以共用[1]。

目前有轨电车地下区间通风排烟研究较少，没有相应的国家标准作为依据，设计一般参考地铁区间通风排烟方案。地铁区间以纵向机械通风排烟方案为主，部分学者对地铁自然通风方案进行了研究，陈中[2-5]等对地铁自然通风方案进行研究，认为自然通风可以满足地铁通风和排烟要求，可以节省初期投资，设备投资和运营费用。曾柯皓[6]研究了流风机和通风竖井相结合的隧道通风排烟方案。

有轨电车地下区间的通风排烟采用隧道风机方案对车站规模影响大，初投资高，运维费用高。区间自然通风方案需永久占用市政道路，对道路宽度及景观影响大。为解决上述问题，本文对有轨电车地下区间自然通风排烟和隧道风机通风排烟方案分析研究，并对不同方案的土建规模、投资、道路景观、后期运营费用等进行对比。提出有轨电车地下区间射流风机通风排烟方案，对不同方案提出其适用范围，为新建有轨电车地下区间隧道通风排烟设计提供参考。

1 地下区间通风排烟方案

根据《地铁设计规范》GB 50157-2013 和《城市轨道交通通风空气调节与供暖设计标准》GB/T 51357-2019 要求：地铁及城市轨道交通地下区间机械通风方案需满足以下要求：正常运行时，应将车站及区间隧道内部空气环境控制在标准范围内。列车阻塞在区间隧道时，应对阻塞区间进行有效通风，应按照控制列车最不利点的隧道空气温度低于45 ℃校核，风速不小于2 m/s 且不大于11 m/s。列车在隧道内发生火灾事故时，应满足防烟排烟以及事故通风功能要求。根据规范要求，自然通风和隧道风机机械通风排烟均能满足要求。

1.1 自然通风方案

自然通风方案是指在区间隧道的顶部每隔一定距离，开设与外界大气直接接触的通风竖井，利用外界的空气与隧道内的空气进行交换，以达到对地下空间的空气温度，湿度，空气流速和空气品质进行控制的目的。参考《地铁设计防火标准》GB51298-2018，排烟口应设于区间外墙上方或顶板上，有效面积不应小于该区间水平投影面积的5%。如图1 所示：

图1 区间自然通风示意图

正常运行时，利用列车运行的活塞效应，通过区间顶部自然通风口与外界通风换气，维持区间隧道温度和人员新风量标准。行车阻塞时，利用顶部通风口自然通风，排出列车产生的热量，控制隧道内最不利点温度不超过45 ℃，以维持列车空调器的正常运行，并为人员提供新风。隧道火灾时，烟气通过就近的自然通风口排出，新风由相邻的通风口引入。

1.2 隧道风机机械通风

隧道风机机械通风与常规地铁地下区间隧道通风排烟系统相同，该方案在车站两端设置活塞风道，并在风道内设置隧道风机，通过风机的机械通风满足隧道内的温湿度及正常，阻塞和火灾工况要求。

区间隧道通风系统由轴流式隧道风机，风阀，消声器，风室和风道组成。服务于区间的隧道风机布置在每个车站两端风道内，每端设置两台隧道风机，并在风机前后设消声器。活塞风道要求布置顺畅以减小阻力，长度一般不大于40 m。活塞风道一般不单独设置，与机械通风共用。车站两端各设置两台并联的隧道风机和相应风阀，以保证一端的两台隧道风机相互备用，提高防灾的安全性。如图2 所示：

图2 隧道风机通风排烟方案平面示意图

1.3 射流风机机械通风

射流风机通风排烟方案是在区间隧道两端近车站处设置射流风机，由于车站有乘客候车，因此烟气不能穿过车站继续向前蔓延，因此在车站端头需设置约100 m2左右的通风口。

区间隧道通风系统由射流风机+车站两端通风口组成。在区间隧道内设置可逆射流风机，采用侧墙安装方式，左右线各需设置2 组（每组2 台，共4 台）射流风机，在车站两端分别设置100 m2的通风口，正常运营时作为活塞通风口，事故及火灾时，作为区间射流风机机械通风时的进风口或排烟口，可避免烟气进入车站区域。如图3 所示：

图3 射流风机通风排烟方案平面示意图

2 三种方案特点分析

2.1 区间自然通风方案特点

区间自然通风方案具有以下特点：

1）车站无需设置隧道风机房，活塞风道和隧道风机，只在区间隧道顶部设置通风口，节省机房面积，减少设备和土建投资，简化系统控制，降低运行耗电量，节约了运营费用。

2）正常运行时，区间隧道直接与外界大气相连，行车引起的活塞换气量大，可以明显改善区间的空气质量。

4）火灾工况时，烟气就可近排出，排烟效果好，乘客就可以向隧道两边进行疏散，加快疏散速度。

5）FAS、BAS 专业减少了监控点数，简化控制程序，系统运行稳定性和可靠性高，节约了硬件和软件的投资。

6）区间顶部通风口容易进入雨水，需增加给排水专业投资和运维。若通风口设置为侧出，则无排水问题，但需增加风亭高度，增加景观处理难度。

7）列车的噪声会通过通风竖井传至地面，需要进行降噪处理（如栽种灌木等）。根据苏州有轨电车2 号线经过实地测量发现，距离地面风井10 m 处背景噪声为48～50dB (A)，有轨电车通过时噪声为68～70 dB(A)，汽车通过时噪声为66～69 dB(A)。

8）区间隧道顶部开设通风口，增加了区间土建投资，需永久占用道路空间。

2.2 隧道风机机械通风

车站设置隧道风机通风排烟具有以下特点：

1）区间隧道为全封闭的地下空间，仅依靠少数活塞风井与外界连通，与外界的互扰性小。市政道路地面灰尘及室外空气质量对隧道内空气质量影响很小，传至道路两边的噪声几乎可忽略不计。

2）阻塞工况和火灾工况时，依靠隧道风机通风排烟，风速和风量能够得到保证。

3）区间无需地面开孔，对市政道路和景观无影响，市政积水倒灌风险小，安全性高。

4）隧道风机通风排烟方案在地铁隧道通风排烟工程中应用广泛，安全可靠，得到了实践的证明，是一种成熟的地铁区间隧道通风排烟方案。

5）车站内需设置专用隧道通风机房和风道，土建和设备的投资增大。

6）依靠车辆活塞通风不能满足区间温度和新风量要求时，需开启机械通风设施，区间阻塞，事故及早晚通风工况均需采用机械通风方式，增加能耗和运营维护费用。增加了FAS、BAS、电力等配套专业的投资和运维费用。

7）区间事故时需联动相邻车站的隧道通风设备，动作设备数量多，控制复杂。

2.3 射流风机机械通风

区间射流风机通风排烟具有以下特点：

1）区间隧道为全封闭的地下空间，仅依靠少数活塞风井与外界连通，与外界的互扰性小。市政道路地面灰尘及室外空气质量对隧道内空气质量影响很小，传至道路两边的噪声几乎可忽略不计。

2）阻塞工况和火灾工况时，依靠隧道风机通风排烟，风速和风量能够得到保证。

3）区间射流风机通风排烟方案无需设置专用的机房风道，对车站规模影响小。

4）在隧道内需要设置隧道通风机处有局部土建外扩及配电等设备，区间土建和设备的投资略有增加，夜间通风时开启射流风机，增加了运营维护成本。

5）在依靠车辆活塞通风不能满足区间温度和新风量要求时，需开启射流风机，区间阻塞，事故及早晚通风工况均需采用机械通风方式，增加了后期运营费用。

6）增加了FAS，BAS 及电力专业的初投资及运营费用。

7）区间事故时需联动相邻车站的隧道通风设备，动作设备数量多，控制复杂。

射流风机方案在国内有轨电车及地铁隧道通风工程中目前尚无案例，但在市政隧道有所应用。

以上三种区间通风方案特点对比分析见表1。

表1 区间隧道通风排烟方案对比表

3 工程投资分析

本投资概算以一站一区间为研究对象，区间长度为2 km，每个通风竖井20 m2。每隔60 m 设一个长约30 m2的通风竖井，共设33 个自然通风竖井。

3.1 自然通风方案

设备投资：自然通风方案取消车站两端的隧道风机，机房和活塞风井，也无需设置射流风机，因此无此部分概算。土建投资：每个通风竖井增加投资约10 万元，共计330 万元。其它专业投资：若设置侧风口，防雨百叶则排水投资及运维费用均无增加。若设置顶出风口则因开孔增多，水泵功率提升，增加给排水设备投资2 万元，土建投资5 万元，共计7 万元。区间排水泵房每台水泵功率增加4 kW，2 台水泵共计增加8 kW，按每台水泵每年开启时间为90 天，每天4 个小时计，车站增加运营费用约0.2 万元（本文所有电价按0.67元/度计）。

3.2 机械通风方案

3.2.1 车站隧道风机方案

设备投资：每座车站设置隧道风机4 台，8 套土建式消声器，10 套电动风阀，设备与安装费用共计约240万[7]。土建投资：每座车站需要4 条活塞风道和4座活塞风井（按100 万元1 座计），共400 万元。隧道风机房按400 m2（按7000 元/m2计），共280 万元。共计680万。其它专业投资：配电专业每站设置用电负荷360 kW（一级），变压器50 万、电缆、开关等设备投资为50 万，共100 万元，土建投资15 m2（按7500 元/m2计），土建投资为11.25 万元，共计111.25 万元。运营费用：隧道风机按90 kW/台，每天早晚通风时间按1 小时计算，则设备的运营费用为2.2 万元/年台，共计8.8万元。

3.2.2 区间射流风机方案

设备投资：每座车站设置射流风机8 台，共计设备投资为40 万元。土建投资：每台射流风机需设置局部外扩，每个增加土建投资约3 万元，每个车站4 个区间外扩，共12 万元。其他专业投资：配电专业每站设置用电负荷240 kW（一级），电缆、开关等设备投资为70万元，土建投资15 m2（按7000 元/m2计），土建投资为10.5 万元，共计85.5 万元。运营费用：射流风机按30 kW/台，每天早晚通风时间按1 小时计算，则设备的运营费用为0.73 万元/年台，共计5.84 万元。

以上三种通风排烟方案经济性对比详见表2（注：本计算自然通风按照增加排水量考虑）。

表2 区间通风排烟方案经济比较表

4 结论与建议

通过上述分析比较，从以下几方面确定有轨电车工程的隧道通风模式：

1）具体方案应根据线路走向和地面情况，有轨电车地下区间设置机械通风和自然通风方案都可行。

2）自然通风方案的通风及排烟效果最好，土建投资与后期运营费用最少，但市政道路的宽度、景观、城市内涝对区间的影响较大，如果市政道路本身有或规划有满足宽度的绿化带时则建议优先选择自然通风排烟方案，可显著降低后期运维费。

3）隧道风机机械通风排烟方案是在原有车站长度约60 m（三模块有轨电车）的基础上需增加约40 m 的车站风道，对车站土建影响过大，初投资和运行费用最高，仅当自然通风和射流风机方案无设置条件时考虑采用。

4）射流风机机械通风排烟方案初投资、运行费用低，对地面道路景观影响小，通风排烟效果好，具备了自然通风方案的车站规模小和隧道风机机械通风方案对地面道路影响小等诸多优点，后期有轨电车设计中可以优先考虑。

车站隧道风机和自然通风方案在地铁中均有应用，但是均有一定的局限性，因此本文提出采用射流风机通风排烟的方案，既可降低车站的投资，又可以减少区间自然通风井数量，兼具两者优势。但该方案在国内轨道交通设计中尚属首次，为有轨电车区间通风系统提供了一种全新的设计理念，与此同时带来诸多新的课题，例如射流风机大小、通风口的大小、间距如何设置才能保证最佳的通风排烟效果以及阻滞和火灾工况下的通风排烟效果将是下一步研究的方向。