新標準下地鐵車站防排煙設(shè)計若干問題探討

姚富宏

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司,成都 610031)

引言

伴隨著城市軌道交通工程的快速發(fā)展及國家工程建設(shè)規(guī)范、標準體系的逐步完善，給地鐵建設(shè)者們帶來更多發(fā)展機遇的同時，也帶來了諸多需要面臨新的問題和挑戰(zhàn)。

目前，與地鐵防排煙設(shè)計相關(guān)的國家現(xiàn)行規(guī)范、標準主要有：GB 50490—2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》[1]、GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》[2]、GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》[3](以下簡稱“煙規(guī)”)、GB 51298—2018《地鐵設(shè)計防火標準》[4](以下簡稱“火規(guī)”)等。以上規(guī)范及標準因發(fā)布時間、編制背景等不同，使設(shè)計人員在理解及執(zhí)行條文的過程中，帶來了一些困惑。本文根據(jù)以上幾本規(guī)范，并結(jié)合工程實際，對部分設(shè)計工作常見問題進行分析、探討，供同行參考，不妥之處望不吝指正。

1 關(guān)于“煙規(guī)”是否適用于地鐵工程的問題

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》是我國第一本內(nèi)容全面、體系科學(xué)合理、具有較強可操作性的建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準，是在總結(jié)我國建筑防煙排煙經(jīng)驗和科研成果的基礎(chǔ)上，參考國際上相關(guān)的技術(shù)標準，結(jié)合建筑的特性和火災(zāi)煙氣發(fā)展規(guī)律等進行編制的[5]。2018年8月1日起該規(guī)范正式實施，其是否適用于地鐵工程的防排煙設(shè)計，成為設(shè)計師們面臨的首要問題。

“煙規(guī)”第1.0.2條規(guī)定[3]，“本標準適用于新建、擴建和改建的工業(yè)與民用建筑的防煙排煙系統(tǒng)的設(shè)計、施工、驗收及維護管理。對于有特殊用途或特殊要求的工業(yè)建筑和民用建筑，當專業(yè)標準有特別規(guī)定時，可從其規(guī)定”。筆者認為，地鐵工程屬有特殊用途的交通建筑，除專業(yè)規(guī)范有明確條文規(guī)定外，“煙規(guī)”中非個性化、普遍適用的通用性條文(如防煙排煙管道材質(zhì)、防煙排煙管道風(fēng)速、管道的耐火極限、排煙口位置、排煙防火閥設(shè)置及控制要求等)應(yīng)參照執(zhí)行[5]。

2 關(guān)于防煙分區(qū)劃分的問題

“煙規(guī)”第4.2.4條[3]，對公共建筑防煙分區(qū)的最大允許面積及其長邊最大允許長度的規(guī)定見表1。

表1 “煙規(guī)”對防煙分區(qū)最大允許面積及其

“火規(guī)”第8.1.5條，對地鐵車站站廳公共區(qū)、站臺公共區(qū)、設(shè)備管理區(qū)的防煙分區(qū)最大允許面積的規(guī)定見表2。

表2 “火規(guī)”對地鐵車站防煙分區(qū)最大面積的規(guī)定

2.1 防煙分區(qū)最大允許面積

(1)標準地下車站站廳、站臺公共區(qū)的空間凈高為：一般情況下均小于6.00 m，根據(jù)“煙規(guī)”，此種情況下防煙分區(qū)的最大允許面積不應(yīng)超過1 000 m2。而根據(jù)“火規(guī)”，站廳公共區(qū)內(nèi)每個防煙分區(qū)的最大允許建筑面積不應(yīng)大于2 000 m2，站臺層公共區(qū)可劃分為一個防煙分區(qū)?？梢姸叽嬖诿黠@不一致的情況，設(shè)計時建議按《地鐵設(shè)計防火標準》的要求執(zhí)行。

(2)地下車站設(shè)備及管理用房區(qū)因吊頂形式不同，一般情況下其空間凈高為2.50～6.00 m不等?！盁熞?guī)”根據(jù)空間凈高不同，規(guī)定防煙分區(qū)的最大允許面積為500 m2或1 000 m2，而根據(jù)“火規(guī)”，設(shè)備管理區(qū)內(nèi)每個防煙分區(qū)的最大允許建筑面積不應(yīng)大于750 m2，二者亦存在明顯不一致的情況，設(shè)計時建議按《地鐵設(shè)計防火標準》的要求執(zhí)行。

2.2 防煙分區(qū)長邊最大允許長度

(1)地鐵車站的長度由車輛類型、編組數(shù)量、設(shè)備用房布置及地面條件等因素綜合確定，一般標準地下車站有效站臺的長度為120，140，186 m不等，車站寬度為20～25 m不等，以上車站結(jié)構(gòu)尺寸決定了地鐵車站公共區(qū)是一個“窄而長”的建筑空間。以站廳公共區(qū)長140 m、寬20 m的某車站為例，執(zhí)行“煙規(guī)”、“火規(guī)”時該區(qū)域的防煙分區(qū)劃分示意分別見圖1、圖2。

圖1 “煙規(guī)”下某車站站廳層防煙分區(qū)劃分示意(單位：m)

圖2 “火規(guī)”下某車站站廳層防煙分區(qū)劃分示意(單位：m)

由圖1、圖2可見，若嚴格執(zhí)行“煙規(guī)”中對防煙分區(qū)長邊最大允許長度的規(guī)定，上例中的站廳公共區(qū)需劃分為4個防煙分區(qū)數(shù)量，對排煙管路布置、系統(tǒng)控制等均提出了更高要求，增加了綜合管線的布置難度及控制點。同時，對于站臺公共區(qū)來說，防煙分區(qū)的最大長邊尺寸達120 m以上，也遠遠超過了“煙規(guī)”對防煙分區(qū)長邊最大允許長度的要求。

根據(jù)以上分析，考慮到地鐵建筑的結(jié)構(gòu)特點，建議車站公共區(qū)防煙分區(qū)劃分時嚴格執(zhí)行“火規(guī)”，有條件時盡量使各防煙分區(qū)面積相近且形狀方正，不必受防煙分區(qū)長邊最大允許長度的限制。

(2)對于地鐵設(shè)備管理區(qū)，與常規(guī)公共建筑別無兩樣，其防煙分區(qū)的長邊最大允許長度可嚴格按“煙規(guī)”要求執(zhí)行。需要說明的是，地鐵設(shè)備管理區(qū)走道的寬度一般小于2.5 m，其防煙分區(qū)的長邊最大允許長度可放寬到60 m。

2.3 排煙口與擋煙垂壁的安裝高度

防煙分區(qū)確定后，排煙口與擋煙垂壁的相對安裝高度也是“煙規(guī)”、“火規(guī)”實施后帶來的一個新話題，兩個規(guī)范都明確規(guī)定排煙口必須設(shè)置在儲煙倉內(nèi)。

“煙規(guī)”第4.2.2條指出[3]，“當?shù)蹴旈_孔不均勻或開孔率≤25%時，吊頂內(nèi)空間不得計入儲煙倉厚度”，言外之意是此種情況下?lián)鯚煷贡趹?yīng)設(shè)置在吊頂面以下，吊頂內(nèi)相應(yīng)位置也應(yīng)采用不燃燒體進行防煙分隔。因地鐵車站公共區(qū)為大空間，其吊頂形式多為開孔率>25%的鏤空吊頂，故擋煙垂壁應(yīng)從頂板面開始計算。“火規(guī)”第8.2.5條第3款規(guī)定[4]，“排煙口底邊距擋煙垂壁下沿的垂直距離不應(yīng)小于0.5 m”，設(shè)計時應(yīng)嚴格執(zhí)行，以保證儲煙、排煙效果。實際工程中常見的排煙口與擋煙垂壁設(shè)置高度如圖3所示。

圖3 排煙口與擋煙垂壁設(shè)置示意(單位：mm)

3 關(guān)于排煙風(fēng)機風(fēng)量選擇的問題

3.1 車站公共區(qū)排煙風(fēng)機風(fēng)量的選擇

對于層高<6 m的地鐵車站公共區(qū)，GB 50490—2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》、GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》、GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》等現(xiàn)行規(guī)范對其排煙量的計算方法基本一致，當排煙設(shè)備同時負擔(GB50157—2013用詞為“需要同時排除”)多個防煙分區(qū)時，系統(tǒng)排煙量都是按同時排除2個最大防煙分區(qū)的煙量計算。而GB 51298—2018《地鐵設(shè)計防火標準》第8.2.4條第4款規(guī)定[4]，“排煙風(fēng)機的風(fēng)量應(yīng)按所負擔的防煙分區(qū)中最大一個防煙分區(qū)的排煙量、風(fēng)管(道)的漏風(fēng)量及其他防煙分區(qū)排煙口或排煙閥的漏風(fēng)量之和計算”。由此可見，當排煙設(shè)備同時排除2個或2個以上防煙分區(qū)的煙量時，二者計算排煙量差別較大。根據(jù)工程實踐，同時考慮到現(xiàn)行GB 50490—2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》為強制性條文，為安全起見，筆者建議，地鐵車站公共區(qū)的排煙量暫按同時排除2個最大防煙分區(qū)的煙量計算，每個防煙分區(qū)的排煙量按建筑面積≮60 m3/(h·m2)分別計算。

3.2 設(shè)備管理區(qū)排煙風(fēng)機風(fēng)量的選擇

(1)排煙量計算標準選擇

“煙規(guī)”第4.6.3條規(guī)定[3]，對于空間凈高≤6 m場所，其排煙量按≮60 m3/(h·m2)計算，與“火規(guī)”、《地鐵設(shè)計規(guī)范》、《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》的計算方法一致。

當空間凈高>6 m時，其每個防煙分區(qū)的排煙量應(yīng)根據(jù)熱釋放速率及規(guī)范規(guī)定計算確定，并不應(yīng)小于表6.6.3中的數(shù)值，按此方法計算的排煙量遠遠大于“火規(guī)”要求的排煙量。下面以建筑層高為7 m、面積為280 m2的通風(fēng)空調(diào)機房為例，兩種規(guī)范要求的計算排煙量對比見表3。

表3 某車站通風(fēng)空調(diào)機房排煙量計算對比 m3/h

由此可見，對于空間凈高>6 m的場所，按“煙規(guī)”、“火規(guī)”計算得出的排煙量相差達10倍之多，對設(shè)備及管道布置、動力配電等均提出了更高要求，使設(shè)計極不合理。筆者建議，地鐵車站設(shè)備管理區(qū)的排煙量設(shè)計標準按地鐵類專業(yè)規(guī)范執(zhí)行。

(2)風(fēng)機選型風(fēng)量確定

“煙規(guī)”對排煙風(fēng)機的最小排煙量有明確要求，其中走道排煙風(fēng)機的風(fēng)量≮13 000 m3/h，其余區(qū)域排煙風(fēng)機的風(fēng)量≮15 000 m3/h?！盎鹨?guī)”要求排煙風(fēng)機的風(fēng)量不應(yīng)低于7 200 m3/h。二者存在不一致之處。結(jié)合工程實踐，從系統(tǒng)設(shè)計的可實施性出發(fā)，為提高消防安全，建議地鐵車站排煙風(fēng)機的風(fēng)量按“煙規(guī)”要求執(zhí)行。

需要指出的是，“煙規(guī)”實施前，考慮到風(fēng)管、設(shè)備的漏風(fēng)，防排煙風(fēng)機的選型風(fēng)量附加系數(shù)參照GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第6.5.1條取1.1～1.2。“煙規(guī)”以強制性條文的形式要求該選型系數(shù)不應(yīng)<1.2，設(shè)計時應(yīng)注意嚴格執(zhí)行。

4 關(guān)于補風(fēng)口與排煙口間距的問題

根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)置排煙系統(tǒng)的場所應(yīng)設(shè)置補風(fēng)系統(tǒng)，補風(fēng)可采用自然補風(fēng)、機械補風(fēng)兩種方式。“煙規(guī)”、“火規(guī)”對防排煙系統(tǒng)的室外進風(fēng)口與排煙出口及室內(nèi)補風(fēng)口與排煙口均有相應(yīng)規(guī)定。

4.1 室外進風(fēng)口與排煙出口的要求

(1)“煙規(guī)”第3.3.5條規(guī)定[4]，當機械進風(fēng)口與排煙出口豎向布置時，兩者邊緣的最小垂直距離不應(yīng)小于6.0 m，且進風(fēng)口應(yīng)在排煙出口的下方；水平布置時，兩者邊緣最小水平距離不應(yīng)小于20.0 m。

(2)“火規(guī)”第3.1.3、3.1.4條規(guī)定[5]，當采用高風(fēng)亭時，排風(fēng)口應(yīng)高于進風(fēng)口且二者的最小水平距離不應(yīng)<5 m，同時不宜位于同一方向；當采用敞口低風(fēng)井時，進風(fēng)井與排風(fēng)井的最小水平距離不應(yīng)小于10 m。

可見，“煙規(guī)”對防排煙系統(tǒng)進風(fēng)口與排煙出口的距離要求高于“火規(guī)”，考慮到地鐵工程屬于特殊用途的建筑，且其專業(yè)規(guī)范中對以上風(fēng)口間距已有明確規(guī)定，建議設(shè)計按“火規(guī)”要求執(zhí)行即可。

4.2 室內(nèi)補風(fēng)口與排煙口的要求

(1)“煙規(guī)”第4.5.4條規(guī)定[4]，當補風(fēng)口與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)內(nèi)時，補風(fēng)口應(yīng)設(shè)于儲煙倉下沿以下，補風(fēng)口與排煙口的水平距離不應(yīng)<5 m。

(2)“火規(guī)”第8.2.6條規(guī)定[5]，當補風(fēng)口與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)內(nèi)時，補風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在室內(nèi)凈高1/2以下，水平距離排煙口不應(yīng)<10 m。

可見，對室內(nèi)補風(fēng)口與排煙口的布置而言，“火規(guī)”明顯高于“煙規(guī)”的要求，因“火規(guī)”為地鐵防火類專業(yè)規(guī)范，設(shè)計時應(yīng)嚴格執(zhí)行。

5 關(guān)于防排煙管道耐火極限問題

“煙規(guī)”對防煙、排煙系統(tǒng)管道的耐火極限提出了新的要求，設(shè)置在吊頂內(nèi)的防排煙管道耐火極限不應(yīng)低于0.5 h，未設(shè)置在吊頂內(nèi)的防排煙管道耐火極限不應(yīng)低于1.0 h。跨越防火分區(qū)的補風(fēng)管道耐火極限不應(yīng)低于1.5 h?！盎鹨?guī)”要求，穿越前室、樓梯間的排煙管道耐火極限不應(yīng)低于2.0 h。在新規(guī)范下，如何滿足管道的耐火極限，成為擺在設(shè)計師面前的一個棘手問題。工程設(shè)計中的做法也多種多樣，以下為國內(nèi)部分城市的做法及要求。

(1)鋼板風(fēng)管+滿足規(guī)范耐火極限要求的防火板。

(2)鋼板風(fēng)管+滿足規(guī)范耐火極限要求的防火板+40 mm厚保溫玻璃棉(如吊頂內(nèi)無可燃物可不加玻璃棉)。

(3)鋼板外刷防火涂料、外包混凝土或砌體等。

之所以工程中會有以上多種做法，究其原因主要有以下幾方面。

(1)普通鋼板風(fēng)管的耐火極限無權(quán)威部門的檢測報告。

(2)市場上大多數(shù)防火板廠家普遍可以提供針對防火板自身耐火極限的檢測報告(完整性報告)。

(3)僅有少數(shù)廠家可以提供鋼板風(fēng)管與保溫隔熱材料及防火板組合后的整體耐火極限的檢測報告(完整性、隔熱性報告)。

“煙規(guī)”第4.4.8條規(guī)定[4]，“排煙管道及其連接部件應(yīng)能在280 ℃時連續(xù)30 min保證其結(jié)構(gòu)完整性”，該條條文說明中指出，“對于管道的耐火極限的判定必須按照GB/T 17428—2009《通風(fēng)管道耐火試驗方法》[6]的測試方法，當耐火完整性和隔熱性同時達到時，方能視作符合要求”。對比規(guī)范正文及條文說明可以看出，條文說明中增加了“隔熱性”的要求，其引用的GB/T 17428《通風(fēng)管道耐火試驗方法》最新版本為2009年版，其適用范圍明確指出“不適用于排煙管道”。由此可見，目前急需針對建筑防排煙管道耐火極限的測試標準出臺，用以在規(guī)范層面指導(dǎo)防排煙系統(tǒng)管道耐火極限的設(shè)計及施工。

6 關(guān)于防排煙風(fēng)機設(shè)置專用機房問題

為避免火災(zāi)工況下排煙風(fēng)機與加壓送風(fēng)機、補風(fēng)機間相互影響，現(xiàn)行國家規(guī)范均要求排煙風(fēng)機應(yīng)設(shè)置在專用機房內(nèi)。

“煙規(guī)”第4.4.5條，明確規(guī)定了排煙機房內(nèi)不得設(shè)置加壓送風(fēng)機和排煙補風(fēng)機，當排煙機房內(nèi)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)后，可與火災(zāi)工況下不參與消防工況的通風(fēng)空調(diào)機房合設(shè)?！盎鹨?guī)”第8.4.1條根據(jù)地鐵建筑的工程特點，對條件困難無法將排煙風(fēng)機與補風(fēng)機、加壓送風(fēng)機分別設(shè)置在不同機房內(nèi)的情況進行了適當放寬，允許此三類風(fēng)機共用機房，但應(yīng)對機房內(nèi)的排煙管道及其連接件的耐火極限提高至不低于1.5 h。因此，地鐵工程設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先考慮將排煙風(fēng)機設(shè)置在獨立的專用機房內(nèi)，加壓送風(fēng)機、補風(fēng)機可與其他送風(fēng)機、排風(fēng)機、空調(diào)機組、回/排風(fēng)機等共用機房。

7 關(guān)于防火閥、防排煙風(fēng)機連鎖控制問題

“煙規(guī)”、“火規(guī)”均要求在排煙風(fēng)機入口處應(yīng)設(shè)置排煙防火閥，當該閥關(guān)閉時，排煙風(fēng)機應(yīng)能停止運轉(zhuǎn)。因為當管道內(nèi)煙氣溫度超過280 ℃時，煙氣中已經(jīng)帶火，此時如繼續(xù)排煙的話則會導(dǎo)致煙火蔓延至其他部位造成新的危害。本條工程中的常用做法是將該排煙防火閥的關(guān)閉信號通過硬線連接至風(fēng)機控制柜，即不通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)就可實現(xiàn)關(guān)閉對應(yīng)排煙風(fēng)機的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

此外，以上規(guī)范要求在排煙管道的其他部位也應(yīng)設(shè)置排煙防火閥，如：垂直風(fēng)管與每層水平風(fēng)管交接處的水平管段上、一個排煙系統(tǒng)負擔多個防煙分區(qū)的排煙支管上、穿越防火分區(qū)處、穿越有隔墻的變形縫處等?！盁熞?guī)”第5.2.2條第5款要求，“排煙防火閥在280 ℃時應(yīng)能自行關(guān)閉，并應(yīng)連鎖關(guān)閉排煙風(fēng)機和補風(fēng)機”。由此可以理解為，除設(shè)置在排煙風(fēng)機入口處的排煙防火閥外，排煙管道上其他部位的排煙防火閥熔斷關(guān)閉時，也應(yīng)連鎖關(guān)閉對應(yīng)的排煙風(fēng)機。以地鐵標準車站每端的公共區(qū)排煙系統(tǒng)為例，管路中的排煙防火閥數(shù)量為5～6個不等，若都將其關(guān)閉信號通過硬線接至風(fēng)機控制柜，明顯不經(jīng)濟合理。筆者建議，除排煙風(fēng)機入口處的排煙防火閥采用硬線連鎖外，排煙管路上其他部位的排煙防火閥熔斷時，可將其關(guān)閉信號接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)控制對應(yīng)系統(tǒng)的排煙風(fēng)機關(guān)閉，同時關(guān)閉相應(yīng)的補風(fēng)機。

8 結(jié)語

(1)地鐵工程屬有特殊用途的交通建筑，除專業(yè)規(guī)范有明確條文規(guī)定外，“煙規(guī)”中非個性化、普遍適用的通用性條文應(yīng)參照執(zhí)行。

(2)考慮到地鐵建筑“窄而長”的結(jié)構(gòu)特點，車站公共區(qū)及設(shè)備管理區(qū)防煙分區(qū)最大允許面積應(yīng)嚴格執(zhí)行GB 51298—2018《地鐵設(shè)計防火標準》；防煙分區(qū)劃分時應(yīng)盡量使各防煙分區(qū)面積相近且形狀方正，其長邊最大允許長度不必受GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》的限制。

(3)地鐵車站公共區(qū)的排煙量按同時排除兩個最大防煙分區(qū)的煙量計算，每個防煙分區(qū)的排煙量按建筑面積≮60 m3/(h·m2)分別計算；地鐵車站設(shè)備管理區(qū)的排煙量設(shè)計標準按地鐵類專業(yè)規(guī)范執(zhí)行；排煙風(fēng)機的最小風(fēng)量應(yīng)滿足GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》的要求。

(4)因地鐵工程屬于特殊用途的建筑，其室外進風(fēng)口與排煙出口的距離、室內(nèi)補風(fēng)口與排煙口的距離等按GB 51298—2018《地鐵設(shè)計防火標準》執(zhí)行。

(5)建議國家有關(guān)部門盡快出臺關(guān)于建筑防排煙管道耐火極限的測試標準，以指導(dǎo)防排煙系統(tǒng)管道耐火極限的設(shè)計及施工。

(6)地鐵工程設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮將排煙風(fēng)機設(shè)置在獨立的專用機房內(nèi)，加壓送風(fēng)機、補風(fēng)機可與其他送風(fēng)機、排風(fēng)機、空調(diào)機組、回/排風(fēng)機等共用機房。

(7)除排煙風(fēng)機入口處的排煙防火閥采用硬線連鎖外，排煙管路上其他部位的排煙防火閥熔斷時，可將其關(guān)閉信號接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)控制對應(yīng)系統(tǒng)的排煙風(fēng)機關(guān)閉，同時關(guān)閉相應(yīng)的補風(fēng)機。