地鐵中庭車站防排煙設計的創(chuàng)新與應用

孟 鑫， 何 燕， 張曉偉

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司， 北京 100037)

地鐵中庭車站防排煙設計的創(chuàng)新與應用

孟 鑫， 何 燕， 張曉偉

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司， 北京 100037)

以杭州地鐵1號線婺江路站為例，提出在車站公共區(qū)設置中庭時，針對防排煙系統(tǒng)設計，采用在站廳層中庭上部四周的結構頂板下設置卷簾式擋煙垂壁，將中庭封閉成一個單獨的防煙分區(qū)的方案。介紹車站公共區(qū)消防設計，包括防排煙系統(tǒng)，各防煙分區(qū)的排煙量計算、排煙風機的配置和排煙系統(tǒng)的運行模式等。通過理論計算及現(xiàn)場實測等方法，證明該方案在站臺與中庭火災工況時，連接站廳與站臺的樓扶梯口部向下的風速滿足規(guī)范要求。

地鐵； 中庭車站； 卷簾式擋煙垂壁； 防火玻璃； 防排煙

傳統(tǒng)地鐵車站的站廳與站臺公共區(qū)一般都獨立設置，不連通，相對封閉且沉悶。隨著軌道交通的發(fā)展，用中庭將站廳與站臺公共區(qū)連通的地鐵車站應運而生。它的出現(xiàn)為車站建筑的內(nèi)部環(huán)境帶來了完整的、開放的、富有魅力的景觀，同時也給車站內(nèi)的防排煙系統(tǒng)設計帶來了新的問題[1]。

GB 50157-2013《地鐵設計規(guī)范》第28.4.10條規(guī)定：“當車站站臺發(fā)生火災時，應保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不應小于1.5 m/s?！盵2]由于中庭的設置是將地鐵車站站廳與站臺公共區(qū)連通，并且為了保證裝修效果，一般在中樓板處開孔面積較大，如何在站臺層發(fā)生火災時保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不小于1.5 m/s，是此類車站防排煙設計的重點和難點。

本文以杭州地鐵1號線婺江路中庭式車站為例，通過理論分析與現(xiàn)場實測等方法對中庭式車站的防排煙設計進行研究。

1 車站概況

婺江路站為雙層島式地下車站，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層，車站總長259.6 m，總寬18.9 m，站臺有效長度為120 m，站臺寬10.2 m。由于受到新開河影響，為降低車站頂板覆土深度，公共區(qū)采用中庭方案，車站頂板局部下沉1.6 m，中庭部位在中樓板上的開孔面積約439 m2，中庭處高度為8 m。

2 車站公共區(qū)消防設計

為滿足GB 50157—2013《地鐵設計規(guī)范》第28.4.10條規(guī)定，采用在站廳層中庭上部四周的結構頂板下設置卷簾式擋煙垂壁的方案。

當中庭發(fā)生火災時，在沿中庭寬度方向上，樓、扶梯口部的卷簾式擋煙垂壁下降至距站臺樓、扶梯踏步高度2 500 mm處。除上述部位外，其余處卷簾式擋煙垂壁下降至中板處，見圖1。卷簾式擋煙垂壁與中庭和站臺層設置的煙感探測器聯(lián)動，當煙感探測器報警時，卷簾式擋煙垂壁在接到FAS(火災報警系統(tǒng))控制信號后，自動下降至擋煙工作位置。

圖1 中庭火災時擋煙垂壁下降效果圖Fig.1 View of the Dropped Smoke Carriers down with fire in atrium

2.1 防排煙系統(tǒng)

車站公共區(qū)共劃分為4個防煙分區(qū)，其中站廳層劃分為1個防煙分區(qū)(防煙分區(qū)①，面積1 988 m2)，站臺層由于中部被中庭截斷，故劃分為2個防煙分區(qū)(防煙分區(qū)②、③，面積分別為309 m2和216 m2)，中庭部分劃分為1個防煙分區(qū)(防煙分區(qū)④，面積539 m2)，防煙分區(qū)劃分詳見圖2。

圖2 車站防煙分區(qū)示意Fig.2 Diagram of the fire compartment of a station

2.2 各防煙分區(qū)的排煙量計算

地下車站站臺、站廳(中樓板覆蓋區(qū)域)火災時的排煙量應按照《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2013)的要求計算,即應根據(jù)一個防煙分區(qū)的建筑面積按1m3/(m2·min)計算。

對于防煙分區(qū)④(中庭部分)排煙量的計算，經(jīng)查閱相關資料，主要參考《建筑防排煙技術規(guī)程》(DGJ08—88—2006)[3]、《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2013)和《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)[4]計算，但依照上述3種規(guī)范計算出的中庭排煙量結果有較大差異，本文中取三者中的最大值為中庭計算排煙量。經(jīng)比較計算結果，排煙量取32 340 m3/h。

防煙分區(qū)①～④的排煙量計算結果如表1所示。

表1 防煙分區(qū)①～④的排煙量

2.3 排煙風機的配置和排煙系統(tǒng)的運行模式

根據(jù)計算的排煙量，在車站左端通風空調(diào)機房內(nèi)設置1臺排煙量為89 536 m3/h的排煙風機，右端通風空調(diào)機房內(nèi)設置1臺排煙量為82 474 m3/h的排煙風機。另外，在車站兩端的隧道通風機房內(nèi)共設置4臺排風量為216 000 m3/h的隧道風機，2臺排風量為144 000 m3/h的排熱風機。

站廳層送排風管布置形式為兩送兩回。防煙分區(qū)①～③的回排風管兼做火災時的排煙風管。由于中庭站廳層頂部吊頂內(nèi)高度較低，無法設置金屬排煙風管，故在兩組樓梯與扶梯之間的中庭部位設置了采用防火玻璃制作的排煙風道，排煙風道分別接入站廳層左右的排煙風管內(nèi)，利用電動風量調(diào)節(jié)閥對站廳和中庭部位的火災排煙工況進行切換，如圖3所示[5]。

圖3 現(xiàn)場玻璃風道與風口Fig.3 Glass air duct and smoke outlet in practical application

排煙系統(tǒng)運行模式如下：防煙分區(qū)①發(fā)生火災時，由站廳層排煙，出入口自然補風；防煙分區(qū)②、③發(fā)生火災時，相應側通風空調(diào)機房內(nèi)排煙風機啟動，相應防煙分區(qū)的排煙風管排煙，站廳層補風，卷簾式擋煙垂壁下降，車站兩端的4臺隧道風機和2臺排熱風機同時啟動，站臺層滑動門開啟，輔助站臺層排煙，保證樓、扶梯口向下風速大于1.5 m/s；防煙分區(qū)④中庭部位發(fā)生火災時，兩側通風空調(diào)機房內(nèi)排煙風機均啟動，相應防煙分區(qū)的排煙風管排煙，站廳層補風，卷簾式擋煙垂壁下降，車站兩端的4臺隧道風機和2臺排熱風機同時啟動，站臺層滑動門開啟，輔助站臺層排煙，保證樓、扶梯口向下風速大于1.5 m/s。

3 理論計算

經(jīng)計算，兩組樓、扶梯口部總面積為90.7 m2。

3.1 站臺層排煙量的計算

1) 隧道風機和排熱風機。由于隧道風機和排熱風機連接的風口均設置在車站軌行區(qū)上方，故在火災工況下，隧道風機和排熱風機排除的空氣由站臺層的煙氣和區(qū)間隧道內(nèi)的空氣組成，經(jīng)模擬計算，確定車站與區(qū)間隧道在隧道風機和排熱風機開啟情況下的氣流阻力，進而確定以上風機開啟排煙工況下氣流的分配，結果如下：

站臺或中庭部分發(fā)生火災時，隧道風機和排熱風機有60%的風量從車站站臺排出，40%的風量由隧道內(nèi)空氣補充。

隧道風機和排熱風機對站臺層公共區(qū)的排煙量為：216 000×4×60%+144 000×2×60%=691 200 m3/h

2) 排煙風機。排煙風機考慮10%的漏風系數(shù)。

左端排煙風機實際排煙量：89 536÷1.1=81 396 m3/h

右端排煙風機實際排煙量：82 474÷1.1=74 976 m3/h

3) 考慮卷簾式擋煙垂壁漏風量為7 m3/(m2·h)[6]，卷簾式擋煙垂壁總面積為230 m2，同時考慮10%的系數(shù)，卷簾式擋煙垂壁的總漏風量為7×230×1.1=1 771 m3/h。

站臺層排煙量根據(jù)各風機開啟的情況確定。

3.2 樓、扶梯口風速的計算

防煙分區(qū)②、③、④發(fā)生火災時，根據(jù)各風機開啟情況對樓、扶梯口的風速計算如下：

1) 防煙分區(qū)②(站臺層左端)發(fā)生火災時，左端排煙風機、車站兩端2臺排熱風機、4臺隧道風機開啟，風速計算如下：

(81 396+691 200-1 771)÷90.7÷3 600=2.36 m/s>1.5 m/s

2) 防煙分區(qū)③(站臺層右端)發(fā)生火災時，右端排煙風機、車站兩端2臺排熱風機、4臺隧道風機開啟，風速計算如下：

(74 976+691 200-1 771)÷90.7÷3 600=2.34 m/s>1.5 m/s

3) 防煙分區(qū)④(中庭)發(fā)生火災時，車站兩端排煙風機、車站兩端2臺排熱風機、4臺隧道風機均開啟，風速計算如下：

(81 396+74 976+691 200-1 771)÷90.7÷3 600=2.59 m/s>1.5 m/s

通過計算可知，當車站站臺層發(fā)生火災時，卷簾式擋煙垂壁下降，在開啟車站排煙風機和車站兩端2臺排熱風機、4臺隧道風機的情況下，樓、扶梯口的風速可滿足“當車站站臺層發(fā)生火災時，應保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有不小于1.5 m/s的向下氣流”的要求。

4 樓扶梯口現(xiàn)場實測風速及分析

根據(jù)調(diào)查的全國已經(jīng)開通的地鐵線路，采用站臺門系統(tǒng)的線路在站臺層發(fā)生火災時，多采用站臺層排煙，滑動門開啟，區(qū)間隧道通風系統(tǒng)輔助站臺層排煙的防排煙模式。杭州地鐵1號線車站站臺層發(fā)生火災時，采用站臺層排煙、站廳層補風，站臺層兩側滑動門開啟，區(qū)間隧道通風系統(tǒng)輔助排煙的防排煙模式。當婺江路站站臺層發(fā)生火災時，在對樓扶梯口風速實測的過程中，也采用這種火災模式。

表2為2012年11月8日業(yè)主、施工單位、第三方監(jiān)測單位共同實測數(shù)據(jù)。此時卷簾式擋煙垂壁已經(jīng)安裝調(diào)整完成，中板防火玻璃也安裝完成。

表2 站臺層火災時防煙分區(qū)④樓扶梯口部風速

當站臺層發(fā)生火災時，采用同時開啟車站兩端4臺隧道風機、2臺排熱風機、車站排煙風機，并開啟兩側滑動門的模式。實測結果如表2中數(shù)據(jù)所示，當卷簾式擋煙垂壁不下降時，除小里程端樓梯口部風速大于1.5 m/s外，其余樓、扶梯口部風速都不能滿足要求；當卷簾式擋煙垂壁下降時，樓、扶梯口具有最大的向下氣流，此時大小里程端的樓、扶梯口部風速皆大于1.5 m/s，滿足設計規(guī)范要求[6]。

5 結語

杭州地鐵1號線婺江路站為中庭式車站，防排煙系統(tǒng)采用了站廳層中庭上部四周的結構頂板下設置卷簾式擋煙垂壁方案，同時在兩組樓梯與扶梯之間分別設置由防火玻璃制作的排煙風道。通過理論計算與現(xiàn)場實測相結合的方法論證了該設計方案滿足GB50157—2013《地鐵設計規(guī)范》的要求。這種對中庭車站防排煙系統(tǒng)的設計方案，在國內(nèi)地鐵車站設計方案中是首次采用，經(jīng)理論計算和現(xiàn)場實測，基本達到了設計要求，國內(nèi)類似地鐵車站可參考采用。

[1] 李國慶.城市軌道交通通風空調(diào)系統(tǒng)技術發(fā)展新趨勢[J]．都市快軌交通，2004,17(6)：5-7．

LI Guoqing.Technological trends of ventilation and air-conditioning system in urban rail transit[J].Urban rapid rail transit, 2004, 17(6)： 5-7．

[2] 地鐵設計規(guī)范:GB 50157—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：267-268.

Code for design of metro: GB50157—2013[S].Beijing: China Architecture & Building Press, 2014: 267-268.

[3] 建筑防排煙技術規(guī)程:DGJ 08—88—2006[S].上海:上海市建筑建材業(yè)市場管理總站，2006.

Technical code for building smoke control and smoke exhaust system:DGJ 08—88—2006[S].Shanghai, 2006.

[4] 建筑設計防火規(guī)范:GB 50016—2014 [S].北京：中國計劃出版社，2014.

Code for fire protection design of buildings: GB 50016—2014[S].Beijing: China Planning Press, 2014.

[5] 黃麗君，余斌，陳海英，等.地下中庭車站的通風空調(diào)設計[J].都市快軌交通，2006,19(4)：81-84．

HUANG Lijun， YU Bin, CHEN Haiying.Ventilation and air conditioning design of an underground metro station concourse[J]. Urban rapid rail transit, 2006, 19(4): 81-84.

[6] 國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構件質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心.擋煙垂壁GA 533-2012檢驗報告[R].杭州，2012.

China National Center for Quality Supervision and Test of Fixed Fire-fighting Systems and Fire-resisting Building com-Ponents.Smoke barriers GA 533-2012 Test Report[R].Hangzhou, 2012.

(編輯：王艷菊)

Innovation in Smoke Prevention and Smoke Exhaust Design for the Underground Atrium Station and Its Application

MENG Xin, HE Yan, ZHANG Xiaowei

(Beijing Urban Construction Design and Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

underground; atrium station; scroll smoke hanging wall; fireproof glass; smoke prevention and smoke exhaust

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.010

2016-04-23

2016-07-25

孟鑫，男，教授級高級工程師，所總工程師，從事城市軌道交通設計研究工作，mengxin@bjucd.com

U231.5

A

1672-6073(2017)01-0045-04