昆明轨道交通车站轨行区排烟系统试验研究与优化

李福增，陈永江

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

1 研究背景

昆明轨道交通工程既有及在建线路均采用不封闭高站台门(全高安全门)制式，车站公共区环境控制以通风系统为主。对于车站站台公共区及轨行区排烟系统设置主要为两种方式：一是单独设置车站隧道排热风机(TEF)兼用于轨行区排烟，设置轨顶风道作为轨行区排烟风道，站台公共区单独设置排烟风机及排烟风管；二是不单独设置排热风机，采用区间隧道风机 (TVF)，兼作车站隧道排热风机(TEF)，分别连接轨顶风道及站台公共区排烟风管，通过转换风阀负担火灾工况的轨行区及站台公共区的排烟。但对于安全门制式的地下车站，站台公共区与轨行区无任何物理隔断，无法阻止烟气的蔓延，所以此类型地下车站轨行区理应纳入站台公共区统筹考虑排烟系统。

根据昆明既有线路冷热烟测试的相关经验，在站台公共区排烟工况下，区间隧道通风系统发挥主要的控烟作用，而车站隧道排热系统用于排烟时，受土建风道气密性差漏风严重、风口风量无法平衡等因素影响，无法满足就近排烟设计的初衷，同时对于此类不封闭站台门制式的站台开敞式大空间，轨顶风道还占据了有效的储烟空间。故笔者意在通过昆明地区既有线车站的现场测试，验证在典型车站有效站台范围及轨行区火灾工况下，利用区间隧道通风系统配合站台公共区排烟系统能否有效解决此类开敞式站台公共区的排烟，从而优化车站站台公共区排烟系统的配置。在《地铁车站段隧道(半)横向通风系统方案溯源及适用性研究》[1]中，对取消车站隧道排热系统后的车站段隧道排热已有充分的论述，笔者仅针对替代车站隧道排热系统的排烟功能进行试验研究。

结合昆明地区轨道交通工程的具体情况，选取本地通用制式的站点进行列车火灾工况下的现场实测，以验证关闭车站隧道排热通风系统后，采用隧道风机(TVF)负担轨行区排烟及站台公共区辅助排烟是否现实。昆明地区轨道交通工程的城区线网均采用6B 车辆编组，车站站台公共区的长度大致相当，故选取昆明地区既有运营轨道交通工程的典型车站进行排烟试验研究。

2 试验过程

2.1 典型车站

典型车站选定为双停车线配线形式，车站两端区间隧道机械风口之间距离为：上行线455 m，下行线455 m。车站原设计采用单活塞通风模式，车站A 设置2 台隧道风机(TVF-106-A1、A2，风量66 m3/s)，车站隧道A 端单独设置2 台车站排热风机(TEF-106-A1、A2，风量24m3/s)，车站B 端设置1 台隧道风机(TVF-106-B1，风量66 m3/s)及2 台车站排热风机(TEF-106-A1、A2，风量33m3/s)兼作TVF 风机，针对站前双停车线设置射流风机12 台(JET-106-A1～12，风量12.3 m3/s)。车站两端环控机房各设置1 台排烟风机(PY-A1、PY-B1)，负担车站站厅、站台公共区排烟。以隧道风机为例，相关设备的编号原则：TVF(设备代号)-106(车站代号)-A(位置)1(风机序号)，余同。典型车站的隧道、公共区通风系统原理如图1、2 所示。

图1 典型车站隧道通风系统原理 Figure 1 Principle of tunnel ventilation system in a typical station

图2 典型车站公共区通风系统原理 Figure 2 Principle of ventilation system in the public area of station

2.2 试验模式

为验证原车站隧道排热系统(TEF 系统)关闭后，利用区间隧道通风系统替代该系统实现相关排烟工况，据此制定系统火灾工况下的测试模式。从表1 中可以看出，原车站段TEF 系统主要参与模式为车站段隧道列车火灾、列车火灾停靠站台和站台公共区火灾3种情况。考虑前两种工况的火灾状况相似，且后者的内容完全覆盖前者的内容，所以本次试验考虑在列车火灾停靠站台、站台公共区两种火灾工况下进行(见图3)。

2.3 试验方案

根据选定的试验模式，制定典型车站段隧道通风系统火灾模式的测试和验证工况(见表2)。

表1 典型车站火灾工况联动模式 Table 1 Linkage mode at the fire in a typical station

图3 典型车站火灾工况测试模式 Figure 3 Experimental mode of the fire in a typical station

表2 典型车站火灾工况试验工况 Table 2 Test conditions of the fire in a typical station

2.4 试验火源点

火源点的选择，需综合分析火灾发生具有典型的代表性。由于昆明地区采用不封闭高站台门系统制式(站台公共区与车站轨行区连通)，所以区间火源点的选择要同时兼顾站台层在中部发生火灾的情况(见图4)。

2.5 试验测点

按照《地铁设计规范》(GB 50157—2013)中28.4.10条的要求，楼、扶梯口部向下气流速度不应小于1.5 m/s，并结合车站公共区人员疏散时间的要求，判定在各测试模式下烟气是否窜至站厅层，兼顾站台层公共区的烟气光学浓度适宜疏散的要求，重点对站台层楼梯口的风速进行测试。考虑区间隧道通风系统的辅助排烟能力，还在站台门端门上部及活塞风井机械风口处布置试验测点(见图5)。

图4 典型车站试验火源点 Figure 4 Test fire source in a typical station

图5 典型车站试验测试烟气状况 Figure 5 The smoke variation at the fire experiment in a typical station

2.6 试验仪器

除必要的试验数据记录外，为利于后期的数据整理，提高试验成果的可信度，对用于试验的主要仪器及辅助设备明确试验过程中的要求(见表3)。

表3 典型车站火灾工况试验仪器及用途 Table 3 Test instrument and application of the fire in a typical station

3 成果分析

3.1 试验数据

对3 种工况分别进行了试验，并对其成果进行了记录整理，形成了3 种工况的试验数据成果，如表4～6所示。

3.2 数据分析

1)在工况1 和工况2(站台公共区火灾)时，采用开启4 台TVF+8 台JET+PY-A1+PY-B1 或4 台TVF+PY - A1+PY-B1 两种方式，均能使车站楼扶梯口部的向下风速满足规范1.5 m/s 的要求。由于楼梯口下行风速均较大(4～5 m/s)，所以未启动TEF 风机辅助排烟对此种工况无任何影响；若同时开启两端TEF 风机，则会使楼梯口风速过大，反而不利于人员疏散。

表4 典型车站火灾工况1 的试验成果 Table 4 Test results under the fire condition 1

表5 典型车站火灾工况2 的试验成果 Table 5 Test results under the fire condition 2

表6 典型车站火灾工况3 的试验成果 Table 6 Test results under the fire condition 3

2) 工况2 未开启小里程配线区射流风机，A 端的实际排烟量明显小于工况1。从楼梯口风速定性判断，开与不开配线区射流风机仅对车站两端的烟气分配有影响；从楼梯口的实测数据及烟清速度来看，两种工况均满足辅助排烟的功能要求；若放烟点在车站中部，则工况2 更利于工程实际。

3) 由车站轨行区火灾测试反馈，在无车情况下车站轨行区火灾时，开启两端2 台TVF 风机及左线配线区射流风机(引导气流)，即可满足烟气快速排除的要求。在车站段隧道排烟过程中，站台公共区源源不断地补风至车站段隧道，并在整个断面上利用补风风速，有效压制住烟气向站内蔓延，烟气横向流动趋势较为明显。

4) 相比昆明地区轨道交通工程的车站形式，目前车站存在的轨顶风道在取消后会起到储烟仓作用。但从整个测试过程看，开启的车站滑动门及站台门上空区域实际作为车站段隧道排烟时的巨大补风口，断面风速约0.8～1 m/s，可有效抑制烟气向站内扩散；极端情况下有少量烟气侵入站台区域，可开启站台公共 区的排烟风机作为补充；工况3 的楼梯口风速也可确定判断，不存在烟气上窜至站厅的可能性。

4 试验结论

1) 在昆明地区轨道交通工程典型车站进行试验研究，利用隧道通风系统替代车站隧道排热系统来负担轨行区排烟，排烟形式由原半横向通风的模式调整为纵向通风模式，本质上并没有削弱通风系统的功能，各项排烟指标均满足规范要求，烟清速度与原系统配置相当，符合地下车站站台及轨行区的火灾烟气控制要求。

2) 利用隧道通风系统替代车站隧道排热系统来负担轨行区排烟，对采用不封闭式高站台门制式的车站更有优势；取消布设轨顶风道可提供更大的储烟空间，对排烟更有利，也可避免开启站台门首尾滑动门辅助排烟控制环节。

3) 采用区间隧道通风系统来替代昆明地区典型站轨行区排烟的方案，将有效节约土建及机电投资，可在工程实际中逐渐完善系统控制，实现系统的全面运用。