某地铁控制中心大楼防烟与排烟系统设计

谭旖琳TAN Yi-lin

（中交（广州）铁道设计研究院有限公司，广州 510290）

0 引言

随着现代社会的发展速度逐渐加快，建筑行业获得了巨大发展，在此背景之下，火灾事故频发，调查诸多火灾事故后发现，造成人员伤亡的主要原因在于烟气，因此建筑的防烟、排烟系统越来越被重视。

1 防烟系统研究

建筑大楼中主要有两种防烟方式，一种为自然防烟，另一种为机械加压送风防烟。通常来说，由于建筑大楼发生火灾时，防烟楼梯间和疏散走道都是至关重要的疏散通道，防烟楼梯间和前室需要设置完善的防烟设施，消防电梯间的前室或合用的前室区域也需要进行同样的配置。发生火灾时可以将外窗开启，通过自然排烟的系列设施排出室内的烟气，也可以通过机械加压送风进行防烟，其能够提高疏散通道中的空气压力，使其空气压力高于周围气压，进而达到阻止烟气的作用。

1.1 自然通风系统

高于50m的一类公共建筑不适用自然通风系统，同时，整体建筑高度高于100m的用于居住的建筑也不适用该系统。当使用自然通风系统时，需要保证防烟楼梯间的前室拥有大于2.0m2的开窗面积，消防电梯间的前室同理，同时其合用前室需要确保大于3.0m2的开窗面积。临近建筑外墙位置的防烟楼梯间需要保证其每5层能够顺利开启的排烟窗面积大于2.0m2。如图1所示。

1.2 机械加压送风系统

图1某地铁控制中心大楼地下车库楼梯间和合用前室机械加压送风系统图

当建筑大楼中的防烟楼梯间与楼梯间的前室无法在火灾中运用自然通风系统进行自然排烟时应采取机械加压送风的方式，消防电梯间的前室以及其合用前室同理。国内当前加压送风主要采取三种方法。第一，仅在防烟楼梯间中实施加压送风的措施，而不对其前室送风。第二，在防烟楼梯间内和楼梯间前室设置互相单独的系统，使其各自独立完成加压送风工作。第三，在防烟楼梯间内实施加压送风，并在其和前室连接的墙面上配置余压阀，进而把楼梯间中超压的部分从余压阀传输到前室。仅在防烟楼梯间内配置加压送风系统而不在其前室配置送风系统，此类系统的设置相较于其他两种方法而言较为简单。从理论上来说，当防烟楼梯间中的空气被加压后，空气气流将会从其和前室相连的门缝中向着前室流动，当疏散过程中门洞开启后，加压空气也会流入前室，同样能够对前室起到加压空气的作用，也因此受到了一定保护，因此仅在防烟楼梯间配置加压送风系统的方法具有一定合理性并且配置成本较低，但就其防烟效果而言不如其他两种方法。在国外大多数建筑采取的防烟系统设计中，都采取对防烟楼梯间、楼梯间前室以及消防电梯间的前室或者其合用前室配置单独的加压送风系统方法，其拥有非常显著的防烟效果。因此最好在防烟楼梯间内和合用前室中设置互相单独的系统，使其各自独立完成加压送风工作。利用机械加压送风此类防烟系统的时候必须要关注防烟楼梯间、楼梯间前室以及合用前室显示的正压值。从防烟角度出发，送风的正压值越高，则其送风效果越好，送风正压值越低，则其送风效果越差。但在实际情况中，疏散门的朝向一般和疏散方向保持一致，加压作用力的作用方向则和疏散方向恰好相反，当压力过高时，极有可能出现疏散门打开困难的情况，甚至有可能出现在火灾紧急情况下打不开门的困境，为火灾疏散带来较大困扰。为了避免此类情况发生，消防规范对此作出了明确的规定，要求防烟楼梯间的正压值应当保持在40Pa到50Pa之间，楼梯间以及消防电梯间的前室与合用前室中的正压值需要控制在25Pa到30Pa范围之内[1]。

2 排烟系统研究

建筑大楼中能够采取的排烟系统主要有两种，一种是开启建筑外窗进行自然排烟，另一种为机械排烟方式。两种方式各有其适用的环境，具有不同的排烟效果和特征。例如高层建筑中需要根据其建筑类型配置合适的排烟设置。对于一类高层建筑而言，当内走道的长度长于20m时需要安装排烟系统，建筑面积大于100m2并且人群停留时间较长或拥有较多可燃物的房间也需要进行排烟系统的安装，除此之外，中庭以及人群停留时间较长或拥有较多可燃物的地下室也需要配置相关系统，二类高层建筑中高度高于32m的建筑需要配置排烟系统的区域与其一致。

2.1 自然排烟系统

当建筑内发生火灾后，自然排烟系统可以对火灾造成的热压加以利用，开启建筑外窗或者配置的排烟窗将室内的烟气向室外排出。自然排烟系统对外窗的设置要求较高，对于内走道而言，其总长度大于60m时，需要配置的外窗面积需要大于内走道总面积的2%。对于配置自然排烟系统的房间而言，其火灾中可以开启的外窗面积需要占据该房间总面积2%以上，只有达到以上面积要求，才能够保证自然排烟系统具有一定效果。对于中庭而言，当其净空高度不高于12m时，火灾中能够开启的天窗或者高处侧面窗户面积在中庭地面面积中占据的比例应当大于5%。此时应当注意一点，对于室内建筑而言，其室内中庭具有12m的限制高度，当其高度大于12m时，火灾发生时将会由于烟气的上升产生烟气层化，即烟气高于一定高度时，空间温度将会下降，烟气将会产生回落，不再上升，而是向水平方向延伸，导致烟气无法通过窗户向外排出[2]。在防烟分区之中，排烟口会处于关闭状态，其需要配置与其配套的手动开启装置与自动开启装置，并且其和最远点之间的水平距离需要保持在30m之内。

2.2 机械排烟系统

当需要配置排烟系统的建筑并不拥有自然排烟条件的情况下，无法配置自然排烟系统时，需要进行机械排烟设施的设置。配置机械排烟设施时需要注意走道排烟面积的计算，其需要将走道地面的面积加上和走道连接的没有窗户的房间面积或者安装了固定窗户的房间面积，但并不包括安装了能够开启的外窗房间面积。对于配置了机械排烟设施并且建筑室内的净高不大于6m的场所需要进行防烟区域的划分，划分后的每个分区需要保证其建筑面积小于500m2，此类区域不能够跨越防火分区。防烟分区进行分隔时利用的结构梁和不燃物体需要保证隔墙与顶棚下的凸出大于500mm，顶棚或者吊顶之下的凸出大于500mm。防烟分区的设置可以保证火灾发生一定时间后，现场造成的高温烟气不会发生随意扩散的现象，便于排除工作的开展。对于配置了机械排烟设施的区域需要对其排烟风机工作的风量进行明确规定，当其担负整个防烟分区的排烟工作或没有进行防烟分区划分的房间但其净高高于6.00m时，其每平方米面积的风量应当满足60m3/h。当其需要负担两个或超过两个防烟分区的排烟工作时，则需要以其担负的最大分区计算，即每平方米面积应当满足120m3/h风量。设置机械排烟系统时需要满足以下规定：横向时应当按照防火分区进行机械排烟设置，竖向时应当将垂直排烟的管道设置于管井中，当排烟管道需要穿越防火分区时，需要将排烟的防火阀设置在穿越位置，设置的排烟防火阀需要与相关文件中地规定相符。通常情况下，排烟支管之上需要设置排烟防火阀，此类防火阀应当具备温感功能，当烟气的温度比280摄氏度高时可以自动关闭。选用机械排烟风机时既可以选取离心风机，也可以选择排烟轴流风机，机房的入口处同样需要设置具有烟气的温度比280摄氏度高时可以自动关闭功能的排烟防火阀。当任意一个排烟口开启或者排烟阀处于开启状态时，排烟风机应当自动启动。机械排烟系统中使用的排烟管道必须由不燃材料进行制作，对于安装在吊顶之中的排烟管道而言，其隔热层也必须使用不燃烧材料，其和可燃物之间的距离必须保持在150mm之外[3]。

3 相关问题探讨

某地铁控制中心大楼位于TOD地块东北角，北部位置与魁奇二路相临近，东部位置与规划路相临近，本工程控制中心由多个部分组成，分别为二号线路控制中心和线网指挥中心预留设计，其中，前者包括线网运营管理调度指挥中心、线网清分中心等。在通风空调和防排烟设计中，充分贯彻落实有关规范，故取得了良好的成效。本章节接下来会分析相关问题，具体内容如下所述：

3.1 挡烟垂壁的设置

设置挡烟垂壁，是地铁控制中心暖通设计中防排烟系统的重要组成部分，为充分发挥挡烟垂壁的作用，在设置过程中，应遵循以下几方面的要点：第一，挡烟垂壁的有效下降高度不得低于500m；第二，如果所设置的挡烟垂壁类型为卷帘式，其单节宽度应小于6m；第三，如果所设置的挡烟垂壁类型为翻板式，其单节宽度应小于2.4m；第四，卷帘式挡烟垂壁，其大小应超过0.1m，翻板式大小应超过0.02m；第五，挡烟垂壁边沿与建筑表面之间的距离，应该以最小距离为宜，尽量不要超过0.02m；第六，在设置挡烟垂壁时，还要对其下降高度、单节宽度进行有效的把控，其中，前者不得低于0.5m，后者视类型而设置，其中，卷帘式不得超过6m，翻板式不超过2.4m。

如果单节挡烟垂壁宽度，与防烟分区要求不符时，可以对多节垂壁进行使用，通过搭接的方式，使垂壁宽度增加，同时保证其宽度满足以下要求：第一，卷帘式的宽度应超过0.1m，翻板式的宽度应该超过0.02m。此外，其边沿和建筑结构表面的距离应该达到最小。地铁车站内使用的挡烟垂壁，其材质应该为不燃材料，在设置时，需要以顶棚为起始点，通过下垂的方式，完成挡烟设施的固定，其中，挡烟设施的下垂长度不得低于0.5m。在设置挡烟垂壁时，还要对高精度激光水准仪、水平尺进行利用，其目的在于保证挡烟垂壁的垂直精度与要求相符。

3.2 自然排烟窗的设置

自然排烟窗设置的好坏，与防排烟系统运行效果息息相关，为此，该地铁中心在设置自然排烟窗时，遵循了以下方面的要点：第一，自然排烟窗需要在排烟区域顶部和外墙处设置。如果在外墙上设置，应确保其口底标高超过室内高度的50%，同时，还要设置便于开启的装置。究其原因，主要是这种设置方式，可以提高人群疏散的效率。第二，如果自动排烟窗设置位置为外墙，还要依据下述规定，对排烟面积加以明确：

①如果开窗角度超过70度，需要将窗的面积作为依据，准确计算排烟面积；②如果开窗角度低于70度，需要按照计算排烟面积。

3.3 风管材料的选取

在查阅资料后得知，镀锌钢板风管是地铁控制中心中应用最为普遍的风管，此类风管的主要材质为镀锌钢板，在经过咬口和机械加工后方可成形，可以现场制作，同时具备较高的设计价值。为保证风管的质量，建议地铁单位在选择风管时，对其材料质量、出厂合格证明和质量鉴定文件进行检查，如果不具备上述文件，应检查风管外观，确保其外观与下述要求相符：第一，板材表面不能存在缺陷，应该保持平整，厚度适中，不得存在凹凸、裂纹和结疤等现象；第二，型钢需要等型，不能存在缺陷，比如：气泡、裂纹等；第三，其他材料不能存在缺陷，避免影响风管的使用性能；第四，如果将镀锌金属管作为排烟管道，则排烟风速应低于20m/s。

4 设计优化措施

4.1 加强走道管线密集区的管线合理化布置

结合上文可知，地铁工程机电安装设备众多，设备管线也较为集中，尤其是走道管线密集区更是如此，如果管线布置不合理，不仅会影响各类设备的使用性能，还容易引发火灾风险。为此，加强走道管线密集区的管线合理化布置，具有十分重要的意义。本文针对管线合理化布置，提出了以下几点建议：

第一，图纸会审：首先，应该将设计单位提供的管线图作为依据，同时与其他系统合作共同审核图纸，比如：照明系统、动力系统等，如果发现图纸存在不足之处，可以提出相应的意见，最后由设计单位重新审核。

第二，图纸优化：由于地铁控制中心综合管线图纸涉及到众多专业，且图纸数量较多，并且，这些图纸只能对干道、干管路径进行反映，再加上施工现场复杂程度较高，故要求设计单位做好图纸优化。在优化图纸的过程中，还要对以下原则加以遵循：①将通风空调图作为优化图纸的前提条件，有关单位在安装设备和敷设管线时必须遵循合理的顺序，具体为通风空调-给排水消防-动力照明-供电系统，对于存在管线触碰的位置，需要及时调整，调整原则为小让大、软让硬和弱让强。②在布置管线的过程中，需要将电缆桥架和水系统进行区分，其目的在于降低管道泄漏所造成的危害。如果不能分开布置，应使用保护套对电缆进行保护[4]。③将重力流管道作为首要布置对象，并使其坡度满足要求，从而使水流通畅的要求被有效满足。④对施工顺序进行把握，将需要先施工的管线放置到里边，同时在易施工的位置处放置需要保温的管线。⑤视管线管径的大小，确定布置顺序，管径大的管线应优先布置，而管径小的管线，应后布置。

第三，综合管线布置：由于走道空间较为狭窄，且需要通过众多专线，在布置管线的过程中，必须重视布置顺序、安装操作距离的把控，同时预留足够的空间，用于维修和支架吊架放置。

4.2 合理设计外窗

合理设计外窗，对于地铁控制中心消防排烟水平提升而言，可以起到十分重要的作用。具体设计要求如下：第一，在结构工程完工后，且通过验收，方可进行外窗的设计；第二，将图纸中的尺寸作为依据，对门窗预留尺寸和标高加以明确，如果尺寸不符，需要及时处理；第三，检查原始结构施工过程中，门窗两侧所预留的铁件，看其位置是否合理，是否会影响后续施工；第四，对门窗规格、尺寸和开启方向进行检查，确保其与图纸要求相符；第五，检查门窗是否存在缺陷，如果发现问题应及时维修。

4.3 科学设置排烟防火阀

排烟系统管道是排烟防火阀安装的位置，在通常情况下，其始终保持开启的状态，在发生火灾后，管道内气体温度超过280℃后，该阀会自动关闭，并且，在一定时间内，与耐火稳定性和完整性要求相吻合，能够起到阻隔烟火的作用。其在地铁控制中心防排烟设计中所起到的作用如下所述：防火阀属于送风排烟系统的一种，其管路的复杂程度较高。在送风期间，风和烟会以主管为切入点，朝着其他支管移动，最终由排风机统一排出。

本工程的排烟防火阀主要设置在通风和空调系统的管道上，其目的为在火灾发生后，利用该装置防止高温有毒烟气传输，有利于保证人员的人身健康。此外，在设置防火墙时，应遵循以下方面的原则：

第一，排烟防火阀应该设置在风管穿越防火分区处；

第二，风管如果穿越空调机房楼板，需要设置排烟防火阀；

第三，排烟防火阀的材质应该为不燃材料；

第四，对于设置在排烟风机口处的排烟防火阀，其在280℃的条件下应自动关闭；

第五，防烟排火阀应该与抽风机相连，在排火阀停止运转后，风机同步停止运行。

5 结论

总而言之，当前大多建筑采取自然通风系统与机械加压送风系统的设计，自然排烟和机械排烟两类系统具有其各自的优势，在运用防烟、排烟系统时需要注意挡烟垂壁、自然排烟窗的设置与风管材料的选取，可以通过加强走道管线密集区的管线合理化布置、合理设置外窗以及科学设置排烟防火阀的措施以对防烟、排烟系统的设计进行优化。