市域鐵路地下車站樓梯間加壓系統(tǒng)設(shè)計探討

段文珊

中鐵上海設(shè)計院集團有限公司 上海 200070

引言

市域鐵路地下車站火災(zāi)，是從建筑疏散、應(yīng)急照明、火災(zāi)排煙、樓梯間加壓、滅火救援等多專業(yè)措施應(yīng)急處理，來保障人身和財產(chǎn)安全的。但由于對規(guī)范、技術(shù)要求等文件的不同認識和理解導(dǎo)致了設(shè)計過程中不少設(shè)計人員生搬硬套規(guī)范條文，火災(zāi)時單一考慮某個樓梯間的加壓或某個區(qū)域的排煙。對設(shè)計原理理解得不透徹，一味加大設(shè)計余量，暫且不論使工程投資增加，有時還會造成過猶不及的效果。從通風(fēng)設(shè)計角度來說，地下車站的防煙、排煙設(shè)計應(yīng)作為一種系統(tǒng)工程來考慮。本文根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》GB51251（文中簡稱《標準》）中關(guān)于樓梯間加壓送風(fēng)設(shè)計要求，考慮市域鐵路地下車站樓梯間的消防疏散特殊性，對設(shè)備區(qū)樓梯間防煙設(shè)計中遇到的一些問題進行探討。

1 樓梯間加壓送風(fēng)量計算

《標準》中規(guī)定樓梯間或前室的機械加壓送風(fēng)量可按照第3.4.5條中公式要求進行計算[1]：

式中，是樓梯間的機械加壓送風(fēng)量（m3/s）；是疏散門開啟時，達到規(guī)定門洞風(fēng)速所需的加壓送風(fēng)量（m3/s）；是在疏散門開啟時且達到規(guī)定門洞風(fēng)速時，其他未開啟門的門縫漏風(fēng)總量（m3/s），達到規(guī)定門洞風(fēng)速所需的加壓送風(fēng)量（m3/s）；是前室內(nèi)未開啟的常閉送風(fēng)閥的漏風(fēng)總量（m3/s）。

一般地下車站內(nèi)設(shè)備區(qū)的廳臺樓梯間多為封閉樓梯間，如圖1所示。通常做法是樓梯間設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。即根據(jù)式（1）、（3）、（4）可計算得出樓梯間機械加壓送風(fēng)量?！稑藴省分械叵聵翘蓍g，考慮的是火災(zāi)時僅開啟一層門進行疏散，然而實際工程中，地鐵車站火災(zāi)時的疏散策略是站廳、站臺樓梯間疏散門均打開，站廳、站臺人員均通過樓梯間逃生至站廳公共區(qū)。這種疏散策略就與《標準》中規(guī)定的一層門打開進行疏散不符。

圖1 市域鐵路地下車站標準廳臺樓梯間示意

設(shè)計原則不同，計算出的加壓送風(fēng)量勢必不同。假設(shè)地下站樓梯間至走道的疏散門型號均為GFM甲1523，采用樓梯間機械加壓送風(fēng)的防煙設(shè)計。

根據(jù)樓梯間實際開啟情況，即火災(zāi)時站廳站臺疏散門均開啟，選取計算參數(shù)，；其余參數(shù)同上。

比較可以看出，實際情況下的樓梯間所需加壓送風(fēng)量是按照《標準》中要求計算的加壓送風(fēng)量近2倍。

2 超壓調(diào)節(jié)方式

為了阻擋煙氣進入樓梯間，要求在加壓送風(fēng)時，樓梯間的空氣壓力大于前室的空氣壓力，而前室的空氣壓力大于走道的空氣壓力?！稑藴省分幸?guī)定余壓值應(yīng)符合下列規(guī)定：①前室與走道之間的壓差應(yīng)為25Pa～30Pa；②樓梯間與走道之間的壓差應(yīng)為40Pa～50Pa。

為了防止樓梯間和前室之間、前室和室內(nèi)走道之間防火門兩側(cè)壓差過大而導(dǎo)致防火門無法正常開啟，影響人員疏散和消防人員施救，當(dāng)系統(tǒng)余壓值超過最大允許壓力差時應(yīng)采取泄壓措施?！督ㄖ琅艧熛到y(tǒng)設(shè)計和設(shè)備附件選用與安裝》中介紹了樓梯間及前室泄壓的三種措施：①采用余壓閥控制樓梯間及前室正壓值；②采用旁通閥控制加壓送風(fēng)正壓值；③采用變頻風(fēng)機控制加壓送風(fēng)正壓值[2]。

本文就工程中常用的采用余壓閥控制樓梯間正壓值的做法進行探討。一般來說，地下樓梯間余壓閥設(shè)置在樓梯間與走道的隔墻上。

樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)的運行從實際情況考慮應(yīng)是一個動態(tài)運行的過程，火災(zāi)發(fā)生初期階段，樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)啟動運行，假設(shè)此時人員還未疏散至樓梯間，即走道至樓梯間的疏散門均為關(guān)閉狀態(tài)。此時可認為疏散門開啟，達到規(guī)定門洞風(fēng)速所需的加壓送風(fēng)量為0，僅需考慮未開啟門的漏風(fēng)總量即可滿足樓梯間壓力梯度要求[3]。當(dāng)逃生人員在站廳和站臺均打開疏散門逃生至樓梯間時，此時的加壓送風(fēng)量應(yīng)為上文示例中計算的結(jié)果。在進行樓梯間加壓設(shè)計時，我們一般考慮的是疏散門均未開啟時的情況，對于開啟一扇或全部開啟的情況未多做考慮。

圖2 壓差旁通調(diào)節(jié)與余壓閥相結(jié)合的泄壓方式示意圖

筆者認為壓差旁通調(diào)節(jié)與余壓閥相結(jié)合的泄壓方式可有效解決上述問題。在疏散門均開啟（站廳和站臺）的情況時，加壓風(fēng)機的旁通管關(guān)閉，余壓閥關(guān)閉，多余風(fēng)量通過門洞泄至走道，保證樓梯間、走道的壓力梯度滿足《標準》要求；在疏散門單層開啟（站廳或站臺）的情況時，余壓閥完全開啟時，仍不能完全將多余的送風(fēng)泄掉，此時加壓風(fēng)機的旁通管上電動閥根據(jù)壓差反饋部分開啟，兩種泄壓措施同時運行，保證壓力梯度滿足要求；在疏散門均未開啟的情況時，余壓閥與風(fēng)機旁通管均完全打開，使得壓力梯度滿足要求。這種調(diào)節(jié)壓差的模式是從兩方面進行著手，每層余壓閥僅負責(zé)調(diào)節(jié)當(dāng)層的樓梯間至走道的風(fēng)量和壓差，由于開啟疏散門數(shù)量引起的不確定性送風(fēng)量由風(fēng)機側(cè)的旁通管進行調(diào)節(jié)。這種復(fù)合調(diào)節(jié)方式保證了送風(fēng)口遠端樓梯間壓力不至于過小，近端樓梯間不會超壓，同時也滿足開啟不同數(shù)量疏散門的壓力梯度要求。

3 樓梯間防煙與走道排煙影響關(guān)系

一般情況下，市域鐵路地下標準車站設(shè)備區(qū)內(nèi)走道需要設(shè)置機械排煙系統(tǒng)，該走道與樓梯間相鄰，且走道火災(zāi)時人員是通過該樓梯間進行疏散。根據(jù)車站火災(zāi)聯(lián)動模式，走道所在防火分區(qū)火災(zāi)時，走道排煙系統(tǒng)和樓梯間加壓系統(tǒng)要同時開啟[4]。我們在工程設(shè)計過程中很容易忽略的是，火災(zāi)時，樓梯間泄出的風(fēng)量加上補風(fēng)系統(tǒng)補風(fēng)量是否超過了走道的計算排煙量。尤其是在上文中提到的疏散門均未開啟的情況下，如果樓梯間多余的風(fēng)量均泄至走道，補風(fēng)量超過排煙量的可能性更大。

同樣筆者以實例進行分析，假設(shè)走道與走道相鄰的需排煙設(shè)備房間面積之和為300m2，根據(jù)《市域（郊）鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB 10624-2020）第22.3.16條要求，走道計算排煙量為，補風(fēng)量。

以火災(zāi)時樓梯間的站廳站臺疏散門均不開啟情況進行分析，滿足樓梯間與走道設(shè)計壓差50Pa所需的送入風(fēng)量可由式（4）進行計算：

當(dāng)然實際情況下，疏散門均不開啟時，系統(tǒng)阻力曲線和風(fēng)機特性曲線會達到新的平衡，這個平衡點很難用公式進行計算，但可以肯定的是所需風(fēng)量與總送風(fēng)量相差如此之大，必定有相當(dāng)多的送風(fēng)量泄至走道，走道補風(fēng)量大于排煙量的可能性極高。

以開啟當(dāng)層疏散門為例分析。走道進行排煙時，站廳疏散門開啟，按照防煙設(shè)計要求，疏散門開啟時門洞風(fēng)速不小于1.0m/s，計算得樓梯間通過門洞進入走道的送風(fēng)量為，顯然。即在疏散門打開期間走道的排煙量小于機械補風(fēng)量與樓梯間門洞開啟進入走道的補風(fēng)量之和[5]。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，由于走道排煙與樓梯間防煙在火災(zāi)時具備聯(lián)動關(guān)系，樓梯間的加壓送風(fēng)系統(tǒng)會影響走道的排煙效果，甚至可能使得排煙系統(tǒng)失效，不能按照設(shè)計人員預(yù)設(shè)的排煙模型進行排煙，具備一定的安全隱患。

4 結(jié)束語

市域鐵路車站樓梯間的防煙設(shè)計對于人員和國家財產(chǎn)安全具有至關(guān)重要的作用，以《標準》為依據(jù)的防煙設(shè)計能滿足絕大部分工程的防煙要求，但對于有特殊疏散要求的樓梯間應(yīng)結(jié)合實際情況進行分析，不能單純套《標準》公式、參數(shù)進行防煙設(shè)計[6]。

設(shè)備區(qū)封閉樓梯間加壓送風(fēng)量計算應(yīng)考慮站廳、站臺疏散門均開啟時，達到規(guī)定的門洞風(fēng)速要求；樓梯間泄壓措施應(yīng)具備在開啟不同數(shù)量疏散門的情況時，樓梯間均不超壓的功能，采用風(fēng)機側(cè)旁通調(diào)節(jié)和樓梯間余壓閥復(fù)合調(diào)節(jié)方式可以達到這種效果，每層余壓閥負責(zé)調(diào)節(jié)當(dāng)層的樓梯間至走道的風(fēng)量和壓差，風(fēng)機側(cè)的旁通管調(diào)節(jié)由于開啟疏散門數(shù)量引起的不確定性送風(fēng)量；設(shè)備區(qū)樓梯間泄壓及疏散門開啟時進入走道的風(fēng)量會導(dǎo)致走道排煙量小于總補風(fēng)量，在進行防煙和排煙設(shè)計時應(yīng)考慮兩套系統(tǒng)之間的相互影響關(guān)系。