非典型地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計研究

0 引言

地鐵通風(fēng)系統(tǒng)是對車站及相應(yīng)區(qū)間隧道內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速和空氣質(zhì)量進(jìn)行全面控制，為乘客提供較舒適的環(huán)境，為地鐵工作人員和設(shè)備正常運(yùn)行提供良好的工作條件。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，為乘客及工作人員提供新鮮空氣，并排除煙氣和控制煙氣流向，確保安全疏散[1]。隨著城市軌道交通的發(fā)展，車站形式已由傳統(tǒng)的地下車站演變?yōu)榈叵萝囌?、地面站及高架站等多種形式，同時，地下車站還受線路及車站周邊環(huán)境等因素影響，層數(shù)及埋深也與傳統(tǒng)車站發(fā)生了較大變化。以貴陽軌道交通1號線清水江路站為例，對非標(biāo)準(zhǔn)車站的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 氣候特征

貴陽市位于貴州省中部，海拔高度1 100 m左右，屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，夏季室外大氣壓力88.78 kPa，冬季室外大氣壓力89.74 kPa。在貴陽軌道交通1號線清水江路站設(shè)計中，要求車站站臺、站廳溫差△T≈10 ℃，0.4 kV開關(guān)柜室及40.5 kV開關(guān)柜室溫差約15 ℃，其他設(shè)備管理用房區(qū)域溫差約10 ℃。

1.2 車站建筑形式

清水江路站為1號線中間車站，小里程端區(qū)間為明挖地下區(qū)間，大里程端接下拉槽出地面。該站為地下一層島式車站，站臺位于道路綠化帶下側(cè)，軌行區(qū)東西兩側(cè)為車站地下設(shè)備管理用房。車站站廳位于地面二層，跨浦江路南延線設(shè)置，站廳層公共區(qū)與東西兩側(cè)地鐵物業(yè)接駁，該層僅設(shè)置基本管理及監(jiān)控設(shè)備用房，如車站控制室、站務(wù)室、AFC設(shè)備室、AFC票務(wù)室、公安值班室、公安通信設(shè)備室。地上一層為架空層，地面人行道設(shè)置4組樓扶梯供乘客進(jìn)出站，與道路兩側(cè)公交車站實(shí)現(xiàn)零換乘。清水江路站車站建筑形式見圖1[2]。

2 車站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計研究

2.1 地鐵通風(fēng)系統(tǒng)組成

地鐵通風(fēng)系統(tǒng)按照通風(fēng)區(qū)域可劃分為車站通風(fēng)系統(tǒng)及車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)。車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要包括區(qū)間隧道通風(fēng)（防排煙）系統(tǒng)、站內(nèi)隧道通風(fēng)（防排煙）系統(tǒng)。車站通風(fēng)系統(tǒng)可劃分為公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）、設(shè)備房通風(fēng)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）、空調(diào)水系統(tǒng)及VRV多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)（見圖2）[3]。

2.2 隧道通風(fēng)設(shè)計

由于清水江路站埋深較淺，車站靠場壩村側(cè)端部為下拉槽形式，在隧道通風(fēng)設(shè)計時，只考慮單側(cè)通風(fēng)，下拉槽側(cè)考慮自然通風(fēng)方式。

2.2.1 區(qū)間隧道通風(fēng)設(shè)計

根據(jù)隧道通風(fēng)系統(tǒng)的要求，車站左右線的A端各設(shè)置1個活塞風(fēng)道及相應(yīng)的風(fēng)井，對應(yīng)于每條隧道各設(shè)置1臺可反轉(zhuǎn)隧道風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的風(fēng)閥。隧道風(fēng)機(jī)布置既可滿足兩端的2臺隧道風(fēng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，又可相互備用或同時向同一側(cè)隧道送風(fēng)或排風(fēng)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)通過風(fēng)機(jī)的啟停及風(fēng)閥的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)正常、阻塞、火災(zāi)3種運(yùn)行工況。

2.2.2 車站隧道通風(fēng)設(shè)計

車站軌行區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)受地形及線路條件限制，設(shè)計為單端布置。軌道排風(fēng)機(jī)設(shè)于車站A端排風(fēng)道內(nèi)，A端東西側(cè)各采用1臺臥式可變頻軸流風(fēng)機(jī)，各負(fù)擔(dān)半個車站隧道排風(fēng)。軌頂排風(fēng)道和軌底排風(fēng)道均采用土建式風(fēng)道。隧道通風(fēng)原理及工藝見圖3。

圖1 清水江路站車站建筑形式

圖2 地鐵通風(fēng)系統(tǒng)組成

圖3 隧道通風(fēng)原理及工藝

2.3 車站通風(fēng)設(shè)計

車站通風(fēng)設(shè)計主要包含車站大小系統(tǒng)及通風(fēng)空調(diào)輔助系統(tǒng)設(shè)計[4]。

2.3.1 大系統(tǒng)設(shè)計

車站站廳為高架結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑條件設(shè)置通風(fēng)窗及金屬百葉（面積約257.06 m2），滿足自然通風(fēng)及排煙要求。車站站臺大系統(tǒng)采用“一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)”設(shè)計，氣流組織按上送上回均勻送風(fēng)設(shè)計。通風(fēng)系統(tǒng)由8臺柜式空調(diào)機(jī)組和1臺新風(fēng)機(jī)組組成，柜式空調(diào)機(jī)組設(shè)置于站臺，新風(fēng)機(jī)組設(shè)置在B端環(huán)控機(jī)房內(nèi)，負(fù)擔(dān)整個站臺通風(fēng)負(fù)荷。站臺回風(fēng)口設(shè)置于柜式空調(diào)回風(fēng)箱，送風(fēng)口盡量沿站臺縱向均勻布置且避免直接吹向屏蔽門。車站大系統(tǒng)原理及工藝見圖4。

2.3.2 小系統(tǒng)設(shè)計

由于地形及線路條件限制，車站大里程端接下拉槽出地面，設(shè)備房位于軌行區(qū)兩側(cè)，設(shè)備管理用房空調(diào)通風(fēng)設(shè)計為單端送排風(fēng)，機(jī)房設(shè)置在A端。小系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)設(shè)備房發(fā)熱量及排煙需求，通常將設(shè)備管理用房劃分為管理辦公用房、發(fā)熱量較大的強(qiáng)電電氣設(shè)備用房、發(fā)熱量小的弱電電氣設(shè)備用房及不發(fā)熱區(qū)域。清水江路站結(jié)合實(shí)際建筑布局情況，A端共分設(shè)15個小系統(tǒng)，B端設(shè)1個小系統(tǒng)。車站小系統(tǒng)原理及工藝見圖5[5]。

2.3.3 空調(diào)水系統(tǒng)

圖4 車站大系統(tǒng)原理及工藝

空調(diào)水系統(tǒng)主要分為冷水系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。車站冷水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)，車站冷水機(jī)房內(nèi)設(shè)置2臺相同型號的可變流量水冷冷水機(jī)組，白天并聯(lián)運(yùn)行，互為備用，為車站大、小系統(tǒng)空調(diào)設(shè)備提供所需冷水，冷水機(jī)組制冷量計算值為CL=581.3 kW。車站兩端大、小系統(tǒng)所需冷水的供回水支管均由分、集水器接出，分、集水器間設(shè)旁通裝置[6]。在各空調(diào)器末端回水管上設(shè)電動二通調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)冷水量控制空調(diào)溫度。車站設(shè)2臺冷卻水量為80 m3/h的鼓風(fēng)式冷卻塔，位于車站站臺層?xùn)|側(cè)設(shè)備區(qū)1號排風(fēng)井與2號新風(fēng)井之間，采用下沉設(shè)置。車站通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)原理及控制工藝見圖6[7-8]。

2.3.4 VRV多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

站廳層分體式空調(diào)的服務(wù)范圍包括站廳層的公安值班室、公安通信設(shè)備室、AFC設(shè)備室、AFC票務(wù)室、副站務(wù)室、車控室。設(shè)置一拖一分體式空調(diào)，室外機(jī)PCU-01～08，每個房間設(shè)置室內(nèi)機(jī)PEC-01～08。

為保證行車系統(tǒng)正常穩(wěn)定，車站行車關(guān)鍵設(shè)備房通風(fēng)空調(diào)采用冗余設(shè)計，主要在信號、通信、綜合監(jiān)控設(shè)備房增設(shè)VRV多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。

2.4 火災(zāi)工況通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式設(shè)計

根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，車站火災(zāi)工況運(yùn)行模式主要考慮區(qū)間隧道火災(zāi)阻塞、列車?？空九_火災(zāi)、站臺火災(zāi)、站廳火災(zāi)（含出入口）及設(shè)備房火災(zāi)工作模式[9]。

2.4.1 區(qū)間隧道火災(zāi)

列車在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時，盡量繼續(xù)行駛至前方車站疏散乘客。只有當(dāng)列車因故無法駛?cè)肭胺杰囌緯r才啟動區(qū)間火災(zāi)模式。區(qū)間火災(zāi)工況下的氣流組織應(yīng)保證多數(shù)乘客迎新風(fēng)方向疏散。

車站每端設(shè)置2臺隧道風(fēng)機(jī)，單臺風(fēng)機(jī)直徑2 m，風(fēng)量為216 000 m3/h。負(fù)責(zé)車站兩端區(qū)間隧道的防排煙及送風(fēng)工作。區(qū)間隧道防排煙運(yùn)行模式見圖7。

2.4.2 列車?？空九_火災(zāi)

圖6 車站通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)原理及控制工藝

當(dāng)列車靠近站臺發(fā)生火災(zāi)時，車站通過火災(zāi)側(cè)軌頂及軌底風(fēng)道排煙，且當(dāng)側(cè)站臺門打開，站廳補(bǔ)風(fēng)。列車?？空九_火災(zāi)時區(qū)間隧道防排煙運(yùn)行模式見圖8。

2.4.3 站臺火災(zāi)

站臺公共區(qū)火災(zāi)時，開啟車站兩端排煙風(fēng)機(jī)排煙，站臺至站廳樓梯口自然補(bǔ)風(fēng)。同時關(guān)閉大系統(tǒng)回/排風(fēng)機(jī)、柜式空調(diào)機(jī)組及車站小、水系統(tǒng)，開啟站臺門上方風(fēng)閥和隧道通風(fēng)系統(tǒng)、軌排風(fēng)系統(tǒng)輔助站臺排煙，確保站廳到站臺樓梯口處具有風(fēng)速不小于1.5 m/s的向下氣流。站臺火災(zāi)區(qū)間隧道防排煙運(yùn)行模式見圖9。

2.4.4 站廳火災(zāi)

車站有4個出入口通道，出入口通道長度均未超過60 m，不考慮設(shè)置排煙。當(dāng)站廳層火災(zāi)時，由于車站站廳公共區(qū)設(shè)置金屬百葉，所以站臺車站排煙通過自然排煙模式進(jìn)行排煙，同時關(guān)閉大系統(tǒng)回/排風(fēng)機(jī)、柜式空調(diào)機(jī)組及車站小、水系統(tǒng)。新風(fēng)由出入口通道、窗戶及百葉自然補(bǔ)入。

2.4.5 設(shè)備房火災(zāi)

面積超過200 m2的空調(diào)機(jī)房設(shè)有機(jī)械排煙設(shè)施。超過20 m的封閉內(nèi)走道設(shè)有排煙設(shè)施，且排煙風(fēng)口距最不利排煙點(diǎn)不超過30 m。設(shè)備管理用房的排煙設(shè)備，在負(fù)擔(dān)2個以上防煙分區(qū)的排煙時，按其中最大防煙分區(qū)面積每平方米不小于120 m3/h的排煙量計算，并選配排煙風(fēng)機(jī)。

圖7 區(qū)間隧道火災(zāi)防排煙運(yùn)行模式

圖8 列車?？空九_火災(zāi)區(qū)間隧道防排煙運(yùn)行模式

圖9 站臺火災(zāi)區(qū)間隧道防排煙運(yùn)行模式

2.5 火災(zāi)聯(lián)動模式

火災(zāi)工況下，各通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備需根據(jù)火災(zāi)地點(diǎn)位置對各系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，各系統(tǒng)協(xié)同動作關(guān)系見表1[2，10]。

3 方案分析及調(diào)試結(jié)果

3.1 取消B端隧道通風(fēng)系統(tǒng)的可行性分析

3.1.1 正常工況下區(qū)間隧道內(nèi)溫度及新風(fēng)量

通過SES地鐵環(huán)境模擬計算軟件分析，取消B端隧道通風(fēng)系統(tǒng)后，區(qū)間隧道內(nèi)溫度（最高28.6 ℃）、新風(fēng)量（最小94.6 m3/s）、火災(zāi)時排煙風(fēng)速（3.56 m/s）等所有參數(shù)均滿足規(guī)范要求。車站及區(qū)間隧道通風(fēng)模擬計算見圖10。

3.1.2 隧道通風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙效果分析（站臺火災(zāi)）

本站站廳至站臺共有3組樓扶梯，樓扶梯口部面積分別為12.6、8.2、12.6 m2，為滿足站臺火災(zāi)排煙時樓扶梯口部不小于1.5 m/s風(fēng)速要求的最小風(fēng)量為50.1 m3/s。車站A端設(shè)置的2臺隧道風(fēng)機(jī)風(fēng)量均為60 m3/s、2臺排熱風(fēng)機(jī)風(fēng)量均為30 m3/s，考慮風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行及隧道洞口的影響，經(jīng)SES軟件模擬計算分析，在車站站臺火災(zāi)時，以上風(fēng)機(jī)全部開啟協(xié)助排煙，排煙能力滿足要求。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)效果測試

綜合聯(lián)調(diào)及第三方消防檢查單位分別對車站通風(fēng)性能及防排煙功能進(jìn)行測試和驗收，現(xiàn)場測試見圖11。驗收發(fā)現(xiàn)清水江路站通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)功能基本滿足設(shè)計及規(guī)范需求，但站臺B端做放煙測試時，發(fā)現(xiàn)該處排煙效果不理想，無法在規(guī)定時間內(nèi)完成試驗煙氣的排放。

3.2.1 原因分析

通過現(xiàn)場探勘及分析，發(fā)生該現(xiàn)象的主要原因為：一是由于站臺為單端排風(fēng)，隧道風(fēng)機(jī)的排煙能力未足夠考慮風(fēng)損耗，且站臺風(fēng)量平衡存在部分問題；二是站臺至站廳無障礙電梯處設(shè)置的應(yīng)急疏散樓梯送風(fēng)壓力較大，風(fēng)速較快，對風(fēng)量平衡影響較大。

3.2.2 解決方法

一是嚴(yán)格控制單端風(fēng)機(jī)設(shè)計通風(fēng)能力及風(fēng)力損耗，增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量；二是調(diào)試過程中，嚴(yán)格做好排煙風(fēng)管的風(fēng)量平衡，靠風(fēng)機(jī)近端側(cè)風(fēng)口開口度略小，靠風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)端側(cè)風(fēng)口開口度略大；三是綜合考慮樓扶梯及疏散樓梯口補(bǔ)風(fēng)壓力，采用防火玻璃封堵部分無障礙電梯處應(yīng)急疏散樓梯面積，減小該處補(bǔ)風(fēng)壓力。

3.2.3 整改后測試效果

根據(jù)上述方案對樓扶梯風(fēng)口及風(fēng)管風(fēng)量平衡調(diào)節(jié)后，對站臺火災(zāi)工況進(jìn)行了冷煙測試，3組樓扶梯口部的向下氣流風(fēng)速分別為3.1、2.8、2.2 m/s。測試結(jié)果表明，取消B端隧道通風(fēng)系統(tǒng)，采用A端隧道通風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙，可滿足站臺排煙需求。

表1 車站火災(zāi)聯(lián)動模式

圖10 車站及區(qū)間通風(fēng)模擬計算

圖11 車站站臺現(xiàn)場放煙測試

3.3 方案特點(diǎn)

（1）清水江路站建筑形式較傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)車站，車站由地下2層結(jié)構(gòu)變?yōu)榈叵抡九_1層及高架站廳結(jié)構(gòu)；站廳根據(jù)貴陽氣候條件，采用自然通風(fēng)模式，提高了乘客舒適性。

（2）由于受線路設(shè)置條件影響，車站A端（靠下拉槽段）不單獨(dú)設(shè)置活塞隧道風(fēng)道，區(qū)間考慮單側(cè)通風(fēng)，下拉槽側(cè)考慮自然通風(fēng)方式，較大地節(jié)約建設(shè)投資成本。

（3）站臺通風(fēng)空調(diào)采用風(fēng)口處設(shè)置柜式空調(diào)回風(fēng)箱，較傳統(tǒng)環(huán)控機(jī)房集中布置空調(diào)柜模式，較大地減少風(fēng)管數(shù)量，并便于后期運(yùn)營維保和降低建設(shè)成本。

（4）車站通風(fēng)系統(tǒng)完全滿足車站通風(fēng)要求，可更好地滿足該車站對物業(yè)開發(fā)、公交接駁等的多重需要性。

4 結(jié)束語

通過對貴陽軌道交通1號線非典型車站清水江路站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案及功能的測試研究，該站通風(fēng)系統(tǒng)將傳統(tǒng)地下車站兩端送排風(fēng)模式變化為車站單端送排風(fēng)，站臺通風(fēng)空調(diào)將傳統(tǒng)的集中制冷模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣袷娇照{(diào)回風(fēng)箱系統(tǒng)獨(dú)立模式，站廳結(jié)合貴陽氣候采用自然通風(fēng)方式進(jìn)行設(shè)計。該通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案與傳統(tǒng)車站通風(fēng)設(shè)計存在較大的差異和創(chuàng)新，在滿足消防、建筑功能、車站物業(yè)開發(fā)及地鐵-公交系統(tǒng)零換乘等設(shè)計基礎(chǔ)上，提高了乘客舒適性，并降低了建設(shè)投資成本，可為后續(xù)非典型車站通風(fēng)系統(tǒng)多樣化設(shè)計提供借鑒。