大型綜合交通樞紐城際地下車站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 冰

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司城市軌道交通設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

1 概述

鄭州至新鄭機(jī)場城際鐵路位于河南省鄭州市境內(nèi)，途經(jīng)鄭州市二七區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和新鄭市。線路起自鄭州樞紐鄭州站，與在建的鄭焦城際鐵路相連，向東利用隴海線經(jīng)原鄭州東站，再利用鄭西客運(yùn)專線的西南聯(lián)絡(luò)線向南沿石武客運(yùn)專線引出樞紐，經(jīng)鄭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，上跨南水北調(diào)工程、京珠高速公路、四港聯(lián)動(dòng)大道后，下鉆入地引入新鄭國際機(jī)場。線路全長43.017 km，其中地下隧道段(含新鄭機(jī)場地下車站)長7.695 km，占新建線路長度的27.42%。

新鄭機(jī)場城際鐵路地下站是鄭州至新鄭機(jī)場城際鐵路的終點(diǎn)站，也是新鄭機(jī)場大型綜合交通樞紐的重要組成部分。本站為地下兩層雙島四線車站，其到發(fā)線長650 m，車站有效站臺(tái)長 450 m，總建筑面積51 848 m2，站廳公共區(qū)建筑面積15 072 m2，站臺(tái)公共區(qū)建筑面積7 630 m2，是普通地鐵站建筑面積的5～6倍［5］。如此大規(guī)模的城際地下車站，目前國內(nèi)外可參考的案例并不多見。

綜合交通樞紐具有建筑規(guī)模大、空間分隔少、客流密集、人員疏解通過能力強(qiáng)等突出特點(diǎn)，隨著社會(huì)和技術(shù)的發(fā)展，此類建筑有逐漸增多的趨勢。

新鄭機(jī)場城際鐵路地下站公共區(qū)建筑空間大、分隔少、視野開闊，自然提高了乘客的舒適感，并能帶來美的主觀感受，但對(duì)防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)。另外，由于多種不同形式的交通設(shè)施綜合在一起，彼此相互影響、相互制約，使得整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。新鄭機(jī)場城際鐵路地下站上方依次是停車場、商業(yè)區(qū)和候機(jī)大廳，防排煙系統(tǒng)出地面的風(fēng)井受到了很大制約，從而影響到了站內(nèi)防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 建筑布局

2.1 站址環(huán)境

車站位于鄭州新鄭國際機(jī)場迎賓大道之下，迎賓大道南側(cè)地面為機(jī)場現(xiàn)狀的T1航站樓及其配套停車場、高架平臺(tái)等;迎賓大道北側(cè)現(xiàn)為停車場，遠(yuǎn)期規(guī)劃為機(jī)場T3航站樓;車站上部為機(jī)場近期規(guī)劃綜合交通換乘中心(簡稱GTC)，車站東側(cè)地上為機(jī)場近期規(guī)劃T2航站樓，同時(shí)車站北側(cè)地下還規(guī)劃有城市軌道交通車站［5］。如圖1所示。

圖1 新鄭機(jī)場站剖面示意

2.2 地面風(fēng)亭

本站設(shè)置3組地面風(fēng)亭。其中1號(hào)風(fēng)亭設(shè)置在車站主體范圍內(nèi)，與GTC上部建筑結(jié)合;2、3號(hào)風(fēng)亭與GTC下沉空間結(jié)合設(shè)置［5］。如圖2所示。

圖2 地面風(fēng)亭布置

2.3 疏散樓梯間

本站設(shè)10個(gè)直接或間接通往地面的防煙樓梯間，以滿足站廳層公共區(qū)以及3個(gè)設(shè)備、管理用房區(qū)的疏散要求。其中1、2號(hào)疏散樓梯間設(shè)置在機(jī)場GTC地下一層大巴候車區(qū)內(nèi);3、4、7、8、9號(hào)安全疏散出口以及1號(hào)出入口緊急疏散出口與機(jī)場GTC下沉空間結(jié)合設(shè)置，5、6號(hào)安全疏散出口與機(jī)場GTC地下車庫疏散出口合建，共用疏散樓梯間［5］。

2.4 空調(diào)機(jī)房布置

結(jié)合本站建筑特點(diǎn)及外部制約條件，在站廳層設(shè)置3個(gè)空調(diào)機(jī)房。如圖3所示。

圖3 站廳層平面

3 站臺(tái)軌行區(qū)域機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新鄭城際地下站兼具新鄭城際地下區(qū)間救援站的功能，當(dāng)列車在隧道區(qū)間發(fā)生火災(zāi)事故且無法駛出隧道時(shí)，可將列車牽引至車站軌行區(qū)疏散乘客至車站內(nèi)并對(duì)列車滅火。故軌行區(qū)的防排煙系統(tǒng)對(duì)乘客安全具有重要意義。

站臺(tái)層軌行區(qū)含2條到發(fā)線和2條越行線，其軌頂上方均設(shè)土建排煙風(fēng)道，縱向長450 m，若僅僅在車站的端頭設(shè)軌頂排煙機(jī)房和設(shè)備，則排煙距離長達(dá)225 m，且沿風(fēng)道縱向每間隔一定距離設(shè)有排煙口，排煙距離過長，各排煙口阻力難以平衡，軌行區(qū)中部的排煙效果較差，不利于煙氣的控制。

為了解決這一問題，結(jié)合建筑布局及出地面風(fēng)亭的位置，在車站中部附屬用房區(qū)增設(shè)2處通風(fēng)機(jī)房和排煙風(fēng)道，將軌頂風(fēng)道沿縱向均分為4個(gè)相互獨(dú)立的分區(qū)，每條分隔后的軌頂風(fēng)道分別接至站廳層的排煙小室內(nèi)，然后通過站廳層的排煙風(fēng)道夾層，連接至排煙設(shè)備。分別在車站站廳兩端及中部的機(jī)房內(nèi)設(shè)4組大型軸流排煙風(fēng)機(jī)，每組2臺(tái)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量62 m3/s，風(fēng)機(jī)與軌頂風(fēng)道對(duì)應(yīng)。軌頂風(fēng)道最長排煙距離110 m，最短30 m。

每個(gè)區(qū)域的軌頂風(fēng)道在與相應(yīng)的通風(fēng)小室連接處均設(shè)有電動(dòng)組合風(fēng)閥和防火閥，通過開啟或關(guān)閉電動(dòng)組合風(fēng)閥來控制軌行區(qū)域的排煙。軌頂排煙系統(tǒng)原理如圖4所示。

4 站廳、站臺(tái)公共區(qū)機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于地下空間有限，為了避免過多的風(fēng)管交叉，設(shè)計(jì)考慮將公共區(qū)的排煙風(fēng)管與空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)管共用，在通風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置專用排煙設(shè)備。

4.1 防煙分區(qū)的劃分［6-7］

圖4 軌頂排煙系統(tǒng)原理

建筑設(shè)計(jì)中，將地下站廳、站臺(tái)公共區(qū)劃分為一個(gè)防火分區(qū)，如何合理劃分防煙分區(qū)，有效排除火災(zāi)發(fā)生后產(chǎn)生的煙氣，對(duì)于車站內(nèi)人員安全至關(guān)重要。根據(jù)消防性能化評(píng)估模擬實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果及其提出的新鄭機(jī)場站站廳及站臺(tái)的煙控策略及方案，并結(jié)合雙柱的建筑形式以及所選取的排煙風(fēng)機(jī)的容量不易過大的原則，將站廳層劃分為18個(gè)防煙分區(qū)，每個(gè)島式站臺(tái)沿縱向劃分6個(gè)防煙分區(qū)，共計(jì)30個(gè)防煙分區(qū)。站廳公共區(qū)中部中庭位置四周由防火卷簾分隔，其防排煙系統(tǒng)由本站上部建筑統(tǒng)籌考慮，不在本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。本地下站站廳公共區(qū)與遠(yuǎn)期規(guī)劃的城市地鐵車站接駁處設(shè)置防火卷簾分隔。公共區(qū)防煙分區(qū)劃分及面積見表1。

4.2 站廳、站臺(tái)公共區(qū)機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)站廳、站臺(tái)所劃分的防煙分區(qū)及通風(fēng)機(jī)房的具體位置，并兼顧建筑布局的具體特點(diǎn)，公共區(qū)共設(shè)置6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的防排煙系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)站廳3個(gè)防煙分區(qū)和每個(gè)島式站臺(tái)的1個(gè)防煙分區(qū)。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2003)規(guī)定“地下車站站臺(tái)、站廳火災(zāi)時(shí)的排煙量，應(yīng)根據(jù)一個(gè)防煙分區(qū)的建筑面積按1 m3/(m2·min)計(jì)算。當(dāng)排煙設(shè)備負(fù)擔(dān)兩個(gè)防煙分區(qū)時(shí)，其設(shè)備能力應(yīng)按同時(shí)排除兩個(gè)防煙分區(qū)的煙量配置。”［3，4，11］［排煙設(shè)備容量按計(jì)算排煙量的1.25倍考慮。公共區(qū)防排煙設(shè)備配置見表1。

公共區(qū)排煙管路與空調(diào)回排風(fēng)管路共用，并在管路的適當(dāng)位置增加電動(dòng)多葉閥，用于控制管路的開與關(guān)［8-9，12］。

由于新鄭機(jī)楊城際地下站位于GTC航站樓下部，直接出地面的出入口較少，且路徑較長，因此，公共區(qū)火災(zāi)工況下的補(bǔ)風(fēng)由空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)完成，具體補(bǔ)風(fēng)模式在第6節(jié)闡述。

表1 公共區(qū)防煙分區(qū)及設(shè)備配置

4.3 站廳商業(yè)空間機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在站廳層公共區(qū)的大里程端設(shè)置2處商鋪(消防性能化研究中，視其為“防火艙”)，每處商鋪面積90 m2左右，商鋪緊鄰遠(yuǎn)期通往地鐵的換乘通道。這類商鋪火災(zāi)荷載較高且相對(duì)集中，因此，如何控制這些區(qū)域火災(zāi)向相鄰空間內(nèi)發(fā)生蔓延尤為重要。

根據(jù)消防性能化研究結(jié)果，每個(gè)商鋪火災(zāi)強(qiáng)度按照6 MW計(jì)算，排煙量按不低于40 000 m3/h設(shè)計(jì)［6］。商鋪的排煙系統(tǒng)由商鋪所在區(qū)域的相鄰防煙分區(qū)的公共區(qū)某一排煙系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，當(dāng)商鋪發(fā)生火災(zāi)時(shí)，開啟商鋪內(nèi)的排煙系統(tǒng)，初期時(shí)將煙氣控制在商鋪內(nèi)，當(dāng)煙氣蔓延至公共區(qū)時(shí)，開啟商鋪所在區(qū)域的排煙系統(tǒng)，同時(shí)遠(yuǎn)端分區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)設(shè)備機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。

5 疏散樓梯間機(jī)械防煙設(shè)計(jì)

5.1 疏散樓梯間設(shè)備設(shè)置

對(duì)新鄭城際地下站全站的10處緊急疏散樓梯間均做了機(jī)械防煙設(shè)計(jì)。1、2、4、7號(hào)疏散樓梯間位于設(shè)備管理用房區(qū)域內(nèi)，分別在附近的空調(diào)機(jī)房內(nèi)對(duì)應(yīng)設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)機(jī)為疏散樓梯間加壓送風(fēng);3、8、9號(hào)疏散樓梯間位于車站主體以外，遠(yuǎn)離機(jī)房，分別在地面出口上部設(shè)置屋頂送風(fēng)機(jī)，通過土建風(fēng)道對(duì)樓梯間加壓送風(fēng);5、6號(hào)疏散樓梯間與地面GTC航站樓疏散樓梯間合用，土建送風(fēng)道由地上樓梯間貫穿至地下樓梯間，機(jī)械防煙設(shè)備由GTC航站樓設(shè)計(jì)提供，F(xiàn)AS信息共享。

疏散樓梯間與前室之間隔墻上均設(shè)置余壓閥，使得防煙樓梯間與前室之間的余壓值保持在40～50 Pa［1］。

5.2 加壓送風(fēng)量

5、6號(hào)疏散樓梯間與地面GTC航站樓疏散樓梯間合用，但本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的防煙樓梯間出口位于地下，由于5、6號(hào)出口防煙樓梯間正壓送風(fēng)與上部機(jī)場合用加壓送風(fēng)機(jī)，參考《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》6.2.2條“避難走道機(jī)械加壓送風(fēng)量應(yīng)按前室入口門洞風(fēng)速(0.7 ～1.2)m/s計(jì)算確定”，應(yīng)將加壓送風(fēng)量加大至35 000 m3/h，同時(shí)竣工后應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，保證前室的風(fēng)速要求［6-7］。其余樓梯間的加壓送風(fēng)量均為25 000 m3/h［1-2］。

6 地下站與其他交通體間防排煙系統(tǒng)接口劃分

6.1 與GTC航站樓接口

新鄭機(jī)場站GTC航站樓的敞開空間直通城際地下站的站廳層，站廳層發(fā)生火災(zāi)時(shí)，為了避免煙氣影響到GTC航站樓，在敞開空間與站廳層交接處設(shè)置防火卷簾，站廳層或GTC發(fā)生火災(zāi)時(shí)，防火卷簾均自動(dòng)落地。

6.2 與地鐵接口

城際地下站預(yù)留了與遠(yuǎn)期規(guī)劃的城市地鐵接駁的土建條件，在預(yù)留接口處設(shè)置防火卷簾，城際地下站站廳層或地鐵車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，防火卷簾均自動(dòng)落地。

7 防排煙系統(tǒng)控制模式

有了完善的防排煙系統(tǒng)布置，還需要在必要的時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)設(shè)備發(fā)出正確的指令，才能最大化發(fā)揮排煙系統(tǒng)的功能，達(dá)到預(yù)期目的，因此，合理、簡捷、完善的防排煙系統(tǒng)控制模式也是防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本站防排煙設(shè)計(jì)在同一時(shí)間內(nèi)僅考慮1處(中庭除外)發(fā)生火災(zāi)［3］。

7.1 站廳公共區(qū)火災(zāi)工況

站廳公共區(qū)(中庭除外)火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS系統(tǒng)報(bào)警，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)工況，關(guān)閉車站所有與火災(zāi)區(qū)域防排煙無關(guān)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，聯(lián)動(dòng)開啟火災(zāi)區(qū)域的排煙系統(tǒng)和疏散樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)，關(guān)閉站臺(tái)公共區(qū)送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，火災(zāi)區(qū)域相鄰防煙分區(qū)的空調(diào)送風(fēng)設(shè)備補(bǔ)風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)量不小于排煙量的50%。

7.2 站廳商業(yè)空間火災(zāi)工況

站廳商業(yè)區(qū)火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS系統(tǒng)報(bào)警，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)工況，關(guān)閉車站所有與商業(yè)區(qū)域防排煙無關(guān)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，聯(lián)動(dòng)開啟商業(yè)區(qū)內(nèi)的防排煙系統(tǒng)和疏散樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)，關(guān)閉站臺(tái)公共區(qū)送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，開啟商鋪所在區(qū)域的送風(fēng)設(shè)備補(bǔ)風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)量不小于排煙量的50%。

7.3 站臺(tái)公共區(qū)火災(zāi)工況

站臺(tái)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS系統(tǒng)報(bào)警，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)工況，關(guān)閉車站所有與火災(zāi)區(qū)域防排煙無關(guān)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，關(guān)閉站臺(tái)公共區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)開啟火災(zāi)區(qū)域的排煙系統(tǒng)和疏散樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)開啟站廳公共區(qū)的送風(fēng)系統(tǒng)補(bǔ)風(fēng)。為了保證站臺(tái)至站廳公共區(qū)樓扶梯口部形成不小于1.5 m/s的向下氣流，同時(shí)開啟發(fā)生火災(zāi)的站臺(tái)兩側(cè)軌頂排風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙。為了增強(qiáng)軌頂排煙風(fēng)機(jī)的輔助效果，考慮將發(fā)生火災(zāi)的站臺(tái)每側(cè)屏蔽門每間隔8個(gè)門打開1個(gè)門［10］。

7.4 軌行區(qū)域火災(zāi)工況

軌行區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS系統(tǒng)報(bào)警，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)工況，關(guān)閉車站所有與火災(zāi)區(qū)域防排煙無關(guān)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，關(guān)閉站廳和站臺(tái)公共區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)開啟軌行區(qū)域軌頂排煙系統(tǒng)及疏散樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)開啟站廳公共區(qū)的送風(fēng)系統(tǒng);需要疏散列車乘客時(shí)，開啟此軌行區(qū)域側(cè)站臺(tái)的屏蔽門，無乘客疏散要求時(shí)，屏蔽門不打開，以防煙氣進(jìn)入站臺(tái)公共區(qū)。

8 結(jié)語

隨著時(shí)代的進(jìn)步和建筑技術(shù)的發(fā)展，類似甚至更復(fù)雜的綜合交通樞紐工程將越來越多。建筑面積大、接口條件多、建筑形式復(fù)雜等特點(diǎn)對(duì)地下交通樞紐防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高要求。在本地下站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，綜合考慮建筑布局特點(diǎn)，將站廳和站臺(tái)公共區(qū)劃分為6個(gè)完全相互獨(dú)立的防煙區(qū)域，分別用6套彼此獨(dú)立的排煙系統(tǒng)負(fù)擔(dān)排煙;由于地下建筑空間有限，不能獨(dú)立設(shè)置排煙系統(tǒng)專用風(fēng)管，因此，考慮排煙系統(tǒng)排煙管道與公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)回排風(fēng)管道共用，能有效節(jié)省安裝空間，節(jié)約土建投資。

站臺(tái)軌行區(qū)總長450 m，結(jié)合風(fēng)井和機(jī)房位置，將軌頂風(fēng)道沿縱向分為4個(gè)相互獨(dú)立區(qū)域，并分別配置1套相互獨(dú)立的排煙系統(tǒng)，有效解決了排風(fēng)距離過長帶來的不利影響，盡可能避免了阻力不平衡造成的各風(fēng)口排煙量差異過大現(xiàn)象。另外，由于軌行區(qū)域是重要保護(hù)區(qū)，任何異物墜落到軌行區(qū)都可能對(duì)列車運(yùn)行安全造成重大影響，因此，為了避免上述危險(xiǎn)的發(fā)生，軌頂風(fēng)道全采用混凝土風(fēng)道代替鋼板風(fēng)道，與中板一次混凝土澆筑完成，完全避免了鋼板風(fēng)管可能墜落而存在的隱患。

綜合交通樞紐建筑規(guī)模大，現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)規(guī)定不能滿足此類建筑的消防設(shè)計(jì)要求，對(duì)于此類超規(guī)建筑，國內(nèi)通常公認(rèn)的做法是借助消防性能化設(shè)計(jì)專項(xiàng)評(píng)估，以此為依據(jù)開展消防設(shè)計(jì)。本站公共區(qū)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為車站消防設(shè)計(jì)的重要組成部分，也是將消防性能化設(shè)計(jì)評(píng)估作為設(shè)計(jì)依據(jù)。設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行消防性能化評(píng)估模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，新鄭機(jī)場城際鐵路地下站公共區(qū)的防排煙系統(tǒng)能夠滿足防排煙的消防設(shè)計(jì)要求，能夠有效保證火災(zāi)時(shí)乘客及工作人員安全疏散，并為消防人員提供可靠的救災(zāi)環(huán)境。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.GB50016—2006 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2006.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50736—2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50490—2009 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2009.

［5］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.新鄭機(jī)場站建筑施工圖設(shè)計(jì)［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2012.

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