半地下樞紐型車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

龔 波

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 610036， 成都∥高級(jí)工程師)

近年來(lái)，具有地鐵與國(guó)鐵換乘功能的半地下樞紐型地鐵站逐漸增多，其共性為地面廳建筑造型獨(dú)特，通常作為全線(xiàn)地標(biāo)站[1]。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)樞紐功能，地面需設(shè)置廳前廣場(chǎng)，規(guī)劃用地條件苛刻。此類(lèi)車(chē)站若沿用地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)的思維定式，往往在方案階段就會(huì)面臨地面廳管路敷設(shè)同獨(dú)具匠心的裝修風(fēng)格沖突，以及出地面風(fēng)亭與站前廣場(chǎng)規(guī)劃沖突等系列問(wèn)題。鑒于此，本文以成都地鐵三線(xiàn)換乘樞紐站雙流西站為實(shí)例，闡述在通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的難點(diǎn)，以及針對(duì)其特殊的建筑形式和裝修風(fēng)格采取的解決策略，為類(lèi)似車(chē)站設(shè)計(jì)提供一定的參考實(shí)踐。

1 工程概況

雙流西站是3號(hào)線(xiàn)(6B編組，80 km/h，2018年12月通車(chē)運(yùn)行)、10號(hào)線(xiàn)(6A編組，100 km/h，同期實(shí)施，2019年12月通車(chē)運(yùn)行)、17號(hào)線(xiàn)(8A編組，140 km/h，遠(yuǎn)期實(shí)施)三線(xiàn)三島平行布置具有地面廳和地下一層的半地下式車(chē)站，總建筑面積44 040 m2，其中，地面廳面積7 739 m2。地面與城際鐵路站房通過(guò)地面廣場(chǎng)進(jìn)行換乘接駁，地下一層?xùn)|接三線(xiàn)停車(chē)場(chǎng)出入段線(xiàn)，3號(hào)線(xiàn)、17號(hào)線(xiàn)西端設(shè)單渡線(xiàn)，10號(hào)線(xiàn)西端設(shè)折返線(xiàn)。受規(guī)劃限制，東端地面廣場(chǎng)不允許設(shè)置功能用房及風(fēng)亭，因此地下區(qū)間并行同步開(kāi)挖的3號(hào)線(xiàn)、10號(hào)線(xiàn)、17號(hào)線(xiàn)通風(fēng)空調(diào)機(jī)房只能在西端地面設(shè)備區(qū)范圍內(nèi)布置，且通過(guò)立面?zhèn)葔︼L(fēng)孔與外界進(jìn)行氣流交換。作為成都地鐵首座地標(biāo)樞紐車(chē)站，三線(xiàn)共用的地面廳采用高大空間拱頂幕墻鋼結(jié)構(gòu)，并于3號(hào)線(xiàn)試運(yùn)營(yíng)期間全部投入使用。圖1為車(chē)站整體效果圖。

2 公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

雙流西站地面廳鋼結(jié)構(gòu)弧形拱頂層高約10～22 m，站廳縱向跨度為120 m，橫向跨度60 m。縱軸10～23(南北端)和橫軸A～G(東端)采用幕墻形式。建筑縱剖示意圖如圖2所示。

圖1 雙流西站整體效果圖

圖2 縱剖示意圖

采用經(jīng)典的全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)同時(shí)服務(wù)于站廳和站臺(tái)公共區(qū)，盡管系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單且便于末端設(shè)備集中管理，但針對(duì)地面廳的建筑特點(diǎn)，此方案將面臨三個(gè)難點(diǎn)：

1) 地面廳要求“無(wú)風(fēng)管”。地面廳內(nèi)部不設(shè)置任何建筑小品，并且整個(gè)空間不允許出現(xiàn)風(fēng)管，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)效果的“通透性”。

2) 僅單端有條件設(shè)置空調(diào)機(jī)房。受規(guī)劃限制，通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)H能設(shè)置于西端地面設(shè)備區(qū)，東端無(wú)設(shè)備區(qū)和風(fēng)亭。服務(wù)于地面廳的風(fēng)管若采用沿縱向敷設(shè)單端送風(fēng)，大面積幕墻將被風(fēng)管遮擋，同時(shí)鋼桁架結(jié)構(gòu)導(dǎo)致頂部風(fēng)管無(wú)處隱藏?？梢?jiàn)，全空氣系統(tǒng)單端送風(fēng)方案有悖于地面廳視覺(jué)效果“無(wú)風(fēng)管” “通透性”要求。同時(shí)，地面廳縱向跨度為120 m，采用單端送風(fēng)方案難以保證末端氣流組織。

3) 西端地面設(shè)備區(qū)容納三線(xiàn)隧道通風(fēng)系統(tǒng)和三線(xiàn)主要設(shè)備管理用房，導(dǎo)致地面設(shè)備區(qū)空間緊湊。由于服務(wù)于站臺(tái)公共區(qū)的排煙風(fēng)機(jī)和新風(fēng)機(jī)組只能設(shè)置于西端地面設(shè)備區(qū)機(jī)房，多根大管徑風(fēng)管需穿越西端設(shè)備區(qū)，分別到達(dá)三線(xiàn)站臺(tái)公共區(qū)。經(jīng)過(guò)同建筑、強(qiáng)電、弱電專(zhuān)業(yè)多次方案研討，西端設(shè)備區(qū)無(wú)條件開(kāi)設(shè)三組送、排風(fēng)孔，分別服務(wù)于三線(xiàn)互不相通的站臺(tái)公共區(qū)。

2.2 解決策略

地面廳采用廣泛適用于高大空間的分層空調(diào)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合建筑特點(diǎn)及所需達(dá)到的裝修效果，地面廳、站臺(tái)公共區(qū)分別采用空氣-水系統(tǒng)形式[2]，末端設(shè)備采用半集中式布置。地面廳采用融合幕墻形式的電動(dòng)排煙窗自然排煙，站臺(tái)公共區(qū)采用機(jī)械排煙。

2.2.1 地面廳通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)布置方式

西端地面設(shè)備區(qū)機(jī)房設(shè)置新風(fēng)機(jī)組和組合式空調(diào)機(jī)組，新風(fēng)機(jī)組提供地面廳一半新風(fēng)，組合式空調(diào)機(jī)組處理站廳西端區(qū)域回風(fēng)，并沿橫軸方向布置球形噴口側(cè)送。通過(guò)射流計(jì)算，確定球形噴口中心距站廳裝修完成面為5.5 m。

東端由于無(wú)設(shè)備區(qū)，因此不具備放置空調(diào)機(jī)組的條件。如何實(shí)現(xiàn)東端區(qū)域的空調(diào)安裝，是方案設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多方協(xié)調(diào)，利用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架搭建鋼懸臂放置多臺(tái)一體式射流機(jī)組[3]，構(gòu)建“空中機(jī)房”。一體式射流機(jī)組噴口中心高度同西端保持一致，部分作為新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)地面廳一半的新風(fēng)，其余承擔(dān)東端區(qū)域回風(fēng)。新風(fēng)機(jī)組的新風(fēng)口隱藏于出入口門(mén)廳上部，冷凍水管和冷凝水管均沿站臺(tái)頂板敷設(shè)，接至“空中機(jī)房”的立管隱藏于鋼結(jié)構(gòu)柱外包裝修內(nèi)。圖3為“空中機(jī)房”搭建及外觀實(shí)景圖。

由于地面廳縱向跨度達(dá)120 m，兩端球形噴口經(jīng)過(guò)計(jì)算及選型，服務(wù)半徑只能分別覆蓋約30 m，無(wú)法滿(mǎn)足其余約60 m范圍的中部區(qū)域。不同于國(guó)

圖3 “空中機(jī)房”搭建及外觀實(shí)景圖

鐵候車(chē)廳或機(jī)場(chǎng)航站樓可利用部分建筑小品設(shè)置夾層隱藏風(fēng)管[4-5]，為了在提供中部區(qū)域空調(diào)的同時(shí)不影響視覺(jué)通透性，設(shè)計(jì)方案采用結(jié)合地面廳垂直電梯設(shè)置僅處理中部回風(fēng)的就地裝配式通風(fēng)單元，如圖4所示。為保證通風(fēng)單元的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用鋼結(jié)構(gòu)框架，柜式風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組置于框架內(nèi)，冷凍水管仍沿站臺(tái)頂板敷設(shè)通過(guò)開(kāi)孔接至機(jī)組。通風(fēng)單元通過(guò)鼓型噴口分別向兩端側(cè)送風(fēng)，由此覆蓋中部區(qū)域。

2.2.2 站臺(tái)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)布置方式

結(jié)合站臺(tái)三線(xiàn)平行互不相通的建筑形式，在西端地面設(shè)備區(qū)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置新風(fēng)機(jī)組和排煙風(fēng)機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)三線(xiàn)站臺(tái)公共區(qū)的新風(fēng)和排煙。站臺(tái)層則利用靠近公共區(qū)的設(shè)備用房設(shè)置夾層放置柜式風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組實(shí)現(xiàn)回風(fēng)處理。

為了滿(mǎn)足站臺(tái)層通風(fēng)工況或緊急公共衛(wèi)生事件下的應(yīng)急通風(fēng)，新風(fēng)機(jī)組采用變頻，通風(fēng)工況選型風(fēng)量取排除站臺(tái)余熱和換氣次數(shù)的最大值，空調(diào)工況變頻運(yùn)行滿(mǎn)足人員新風(fēng)量，通風(fēng)及應(yīng)急工況則工頻全風(fēng)量運(yùn)行。

由于站臺(tái)公共區(qū)排煙風(fēng)機(jī)和新風(fēng)機(jī)組只能設(shè)置于西端機(jī)房，風(fēng)管管徑勢(shì)必大于常規(guī)雙端設(shè)置機(jī)房的系統(tǒng)，這給已經(jīng)容納了三線(xiàn)隧道通風(fēng)系統(tǒng)、三線(xiàn)主要設(shè)備管理用房的地面設(shè)備區(qū)綜合管線(xiàn)敷設(shè)帶來(lái)困難。鑒于此，利用新風(fēng)管承擔(dān)整個(gè)站臺(tái)通風(fēng)量管徑余量大的特點(diǎn)，通過(guò)站臺(tái)排煙量和正常通風(fēng)量風(fēng)速和管徑匹配計(jì)算，確定合理的管徑，將排煙風(fēng)管與送風(fēng)管在穿越地面設(shè)備區(qū)的部分共用，敷設(shè)至站臺(tái)公共區(qū)后再分設(shè)送風(fēng)和排煙支路，并通過(guò)電動(dòng)風(fēng)閥進(jìn)行風(fēng)路切換，由此有效緩解地面設(shè)備區(qū)管線(xiàn)敷設(shè)問(wèn)題。

排煙工況瞬時(shí)切斷送風(fēng)通路，確保煙氣不流經(jīng)送風(fēng)口。由于分設(shè)送風(fēng)和排煙支路，站臺(tái)公共區(qū)排煙支管風(fēng)速和排煙口風(fēng)量不受共用管路影響，同時(shí)可抬高標(biāo)高，滿(mǎn)足側(cè)開(kāi)排煙口底邊位于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)，有效保證控?zé)熌芰?。圖5為站臺(tái)公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖。

2.2.3 通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)解決策略的特點(diǎn)

1) 高大空間廳、臺(tái)空氣-水系統(tǒng)。

地面廳高大空間采用空氣-水系統(tǒng)的分層空調(diào)形式。新風(fēng)獨(dú)立處理并承擔(dān)部分室內(nèi)負(fù)荷，采用分布式空調(diào)單元處理回風(fēng)。西端空調(diào)機(jī)組設(shè)置于設(shè)備區(qū)機(jī)房集中管理，東端采用鋼懸臂構(gòu)建“空中機(jī)房”放置一體式射流機(jī)組，有效解決東端無(wú)設(shè)備區(qū)的難題，同時(shí)滿(mǎn)足地面廳“通透性”裝修效果。

站臺(tái)層公共區(qū)設(shè)置變頻新風(fēng)機(jī)組，滿(mǎn)足空調(diào)運(yùn)行亦可實(shí)現(xiàn)緊急公共衛(wèi)生事件應(yīng)急通風(fēng)。利用站臺(tái)設(shè)備區(qū)房間夾層設(shè)置空調(diào)單元處理回風(fēng)，可有效減少西端地面設(shè)備區(qū)孔洞和綜合管線(xiàn)協(xié)調(diào)問(wèn)題。

2) 就地裝配式通風(fēng)單元。

由于空氣質(zhì)量比熱容遠(yuǎn)小于水的質(zhì)量比熱容，輸送相同能量采用水系統(tǒng)所需的輸配能耗遠(yuǎn)小于采用風(fēng)系統(tǒng)。鑒于此，采用“舍風(fēng)取水”的設(shè)計(jì)理念，將空調(diào)末端設(shè)置于站廳中部現(xiàn)場(chǎng)制作的就地裝配式通風(fēng)單元，而冷凍水管由冷水機(jī)房沿站臺(tái)頂板敷設(shè)至通風(fēng)單元處預(yù)留孔洞，以此降低系統(tǒng)能耗。就地裝配式通風(fēng)單元采用全回風(fēng)工況，可實(shí)現(xiàn)局部

圖5 站臺(tái)公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖

環(huán)境控制，在減輕集中系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的同時(shí)解決站廳兩端噴口送風(fēng)射流覆蓋范圍不足的問(wèn)題。

3 地面廳防排煙設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于地面廳面積超5 000 m2，無(wú)防火分隔，采用結(jié)合幕墻設(shè)置電動(dòng)排煙窗的自然排煙方式盡管能融合裝修風(fēng)格，但現(xiàn)行規(guī)范[6-8]均未明確自然排煙下地鐵車(chē)站地面廳防火分區(qū)的最大面積，故需進(jìn)行消防性能化設(shè)計(jì)來(lái)確定防排煙設(shè)計(jì)方案的合理性。

3.2 解決策略

3.2.1 電動(dòng)排煙窗設(shè)置

根據(jù)地面廳拱頂幕墻鋼結(jié)構(gòu)形式及考慮避免漏雨因素，在縱軸9～23(南端、北端)和橫軸A～G(東端)幕墻側(cè)上方沿弧形拱頂設(shè)置電動(dòng)排煙窗作為排煙口，有效面積約占地面廳樓地面面積的5.07%，并沿火災(zāi)煙氣的氣流方向開(kāi)啟。

排煙口底部距站廳層地面高度為最小清晰高度。其中，最小清晰高度Hq按如下公式[9]計(jì)算：

Hq=1.6+0.1H′

(1)

式中：

H′——凈高，m。

10～23軸H′采用桁架凈高，由式(1)計(jì)算Hq為2.6～3.8 m。A～G軸H′采用出入口吊頂下凈高，由式(1)計(jì)算Hq為2 m。

電動(dòng)排煙窗與最小清晰高度關(guān)系如圖6和圖7所示。

(b) 最小清晰高度

a) 電動(dòng)排煙窗底邊高度

b) 最小清晰高度

3.2.2 火災(zāi)場(chǎng)景模擬及測(cè)試

由于成都年平均風(fēng)速約為1.0 m/s，考慮室外風(fēng)環(huán)境對(duì)自然排煙效果的影響[10]，采用FDS軟件及基于STEPS疏散模型對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定室外風(fēng)速為5 m/s。表1為火災(zāi)場(chǎng)景要素表。

表1 FDS火災(zāi)場(chǎng)景要素表

圖8為模擬時(shí)間內(nèi)灰密度分布圖，圖9為模擬時(shí)間內(nèi)能見(jiàn)度分布圖。圖中可見(jiàn)：在模擬時(shí)間內(nèi)，受室外風(fēng)速影響，地面廳頂部無(wú)法聚集煙氣，多數(shù)煙氣能從背風(fēng)側(cè)電動(dòng)排煙窗排除，站廳內(nèi)未形成煙氣彌漫；熱煙層距地面高度小于2 m位置，能見(jiàn)度不小于10 m。消防性能化模擬結(jié)果表明[11]，地面

圖8 模擬時(shí)間內(nèi)(1 800 s)灰密度分布圖

圖9 模擬時(shí)間內(nèi)(1 800 s)能見(jiàn)度分布圖

廳自然排煙方案排煙效果滿(mǎn)足規(guī)范要求。

冷煙測(cè)試放煙點(diǎn)選取自動(dòng)售票機(jī)附近(局部層高較低，人員密集，易燃物較多)，結(jié)果顯示：在最高處即使部分煙氣會(huì)遇冷下降，但其排煙窗設(shè)置高度遠(yuǎn)大于該位置計(jì)算所得的最小清晰高度，煙層下緣至地面的高度遠(yuǎn)高于最小清晰高度，在疏散時(shí)間內(nèi)煙氣下降高度在最小清晰高度以上；同時(shí)其高大空間具有較強(qiáng)蓄煙功能，為人員的疏散贏得時(shí)間，滿(mǎn)足人員安全疏散及消防救援。圖10為地面廳冷煙測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖。

3.2.3 三線(xiàn)防排煙聯(lián)動(dòng)接口

根據(jù)通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)界面劃分原則，除了隧道通風(fēng)系統(tǒng)三線(xiàn)獨(dú)立控制外，防排煙及大小系統(tǒng)模式均未按三線(xiàn)獨(dú)立劃分，導(dǎo)致在遵循“同一時(shí)間發(fā)生一處火災(zāi)”原則下，防排煙模式存在較復(fù)雜聯(lián)動(dòng)接口。

鑒于此，在通風(fēng)空調(diào)工藝設(shè)計(jì)中，整合了3號(hào)線(xiàn)、10號(hào)線(xiàn)及遠(yuǎn)期17號(hào)線(xiàn)(預(yù)留)通風(fēng)空調(diào)工藝模式，對(duì)三線(xiàn)聯(lián)動(dòng)工況模式進(jìn)行梳理，并分別向動(dòng)照專(zhuān)業(yè)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供三線(xiàn)工藝聯(lián)動(dòng)模式接口表(見(jiàn)表2)，旨在方便三線(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在接口互提、互聯(lián)、互通中能根據(jù)接口表清晰的核對(duì)模式，指導(dǎo)調(diào)試。

表2 三線(xiàn)工藝聯(lián)動(dòng)模式接口索引表

4 結(jié)論

針對(duì)雙流西站地面廳拱頂幕墻“通透式”的裝修風(fēng)格，僅單端有條件設(shè)置空調(diào)機(jī)房的功能布局，通風(fēng)空調(diào)突破了地鐵暖通設(shè)計(jì)思維定式，采用針對(duì)性的策略實(shí)現(xiàn)了功能性、節(jié)能性、裝修個(gè)性化的全方位需求。結(jié)合該站從方案設(shè)計(jì)到開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程，對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)作如下總結(jié)：

1) 針對(duì)廳、臺(tái)公共區(qū)建筑特點(diǎn)及裝修要求，選用組合式空調(diào)機(jī)組、一體式射流機(jī)組、柜式風(fēng)機(jī)盤(pán)管等多種末端設(shè)備，巧妙利用鋼結(jié)構(gòu)懸臂、就地裝配式通風(fēng)單元、站臺(tái)設(shè)備房夾層靈活布置末端，實(shí)現(xiàn)全站公共區(qū)空氣-水系統(tǒng)，降低風(fēng)系統(tǒng)輸配能耗，同時(shí)滿(mǎn)足高大空間地面廳“無(wú)風(fēng)管”和“通透性”的要求。

2) 對(duì)大型地面廳采用融合裝修風(fēng)格設(shè)置電動(dòng)排煙窗的自然排煙方式，需結(jié)合消防性能化評(píng)估論證其可靠性。

3) 對(duì)大型換乘樞紐站，設(shè)計(jì)界面存在交叉導(dǎo)致防排煙模式聯(lián)動(dòng)接口復(fù)雜，因此在通風(fēng)空調(diào)工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)防排煙聯(lián)動(dòng)模式進(jìn)行梳理，并重視同綜合監(jiān)控、動(dòng)照專(zhuān)業(yè)的接口配合。