市域（郊）鐵路長(zhǎng)站臺(tái)半橫向排煙方案研究

趙超

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

0 引言

我國(guó)在“十四五”規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)建議中提出：“推進(jìn)城市群都市圈交通一體化，加快城際鐵路、市域（郊）鐵路建設(shè)，構(gòu)建高速公路環(huán)線系統(tǒng)，有序推進(jìn)城市軌道交通發(fā)展?！笔杏颍ń迹╄F路作為一種新型軌道交通，連接都市圈中心城市城區(qū)、衛(wèi)星城及周邊重點(diǎn)城鎮(zhèn)，為通勤客流提供速度快、運(yùn)量大、公交化的運(yùn)輸服務(wù)，上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線是我國(guó)首例市域與國(guó)鐵列車(chē)共線運(yùn)行的市域（郊）鐵路。與此同時(shí)，市域鐵路與國(guó)鐵路網(wǎng)互聯(lián)互通線路特色下的長(zhǎng)站臺(tái)排煙成為新的研究課題?；诖?，文章主要對(duì)市域（郊）鐵路長(zhǎng)站臺(tái)半橫向排煙方案進(jìn)行研究，以期為相關(guān)工作提供借鑒。

1 煙氣控制性能指標(biāo)及防排煙標(biāo)準(zhǔn)

煙氣是火災(zāi)中造成人員傷亡的最主要因素，主要表現(xiàn)為煙氣的熱作用和毒性。影響人員安全疏散的主要因素有：煙氣的溫度、濃度、可見(jiàn)度，所以在分析火災(zāi)對(duì)疏散的影響時(shí)，一般從這三方面進(jìn)行討論。

由于地鐵隧道內(nèi)通道狹窄、亮度低、人員密集等，發(fā)生火災(zāi)時(shí)影響人員安全疏散速度、逃生路線選擇以及逃生時(shí)間的因素很多，情況非常復(fù)雜。因此，地鐵火災(zāi)人員逃生是一個(gè)跨學(xué)科的研究?jī)?nèi)容，目前沒(méi)有權(quán)威性的數(shù)據(jù)或公認(rèn)的結(jié)論。

NFPA130、PIARC 及《中國(guó)消防手冊(cè)》推薦的判定指標(biāo)較為科學(xué)[1]。基于此，文章采用以下4 個(gè)指標(biāo)作為站臺(tái)公共區(qū)的人員疏散環(huán)境控制指標(biāo)：

第一，人員高度（站臺(tái)公共區(qū)2m 高度處）的最高溫度不超過(guò)60℃。

第二，火源30m 外對(duì)應(yīng)煙氣溫度不超過(guò)180℃。

第三，人員高度處（站臺(tái)公共區(qū)2m 高度處）CO 濃度不超過(guò)250ppm。

第四，人員高度處（站臺(tái)公共區(qū)2m 高度處）能見(jiàn)度不小于10m。

此外，為形成向下氣流，以有效阻止煙氣向上蔓延，并為人員安全疏散創(chuàng)造條件，站臺(tái)公共區(qū)的人員疏散環(huán)境控制指標(biāo)應(yīng)滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）關(guān)于樓梯風(fēng)速1.5m/s 的要求[2]。

2 研究方案

上海某市域鐵路車(chē)站為地下兩層側(cè)式車(chē)站，有效站臺(tái)寬度8.5m+8.5m，凈高6.75m，長(zhǎng)度約200m。根據(jù)該站設(shè)計(jì)方案，排熱風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為30m3/s，共4 臺(tái)；隧道風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為120m3/s，共2 臺(tái)；大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)風(fēng)量為23.86m3/s，共4 臺(tái)。

站臺(tái)公共區(qū)采用半橫向排煙，排煙風(fēng)口5、6 靠近中部，排煙風(fēng)口4 布置于兩側(cè)樓梯中部，輔助排煙風(fēng)口位于兩側(cè)（見(jiàn)圖1），煙氣由站臺(tái)公共區(qū)的排煙管及18個(gè)排煙口排出，主要由5 個(gè)樓扶梯口進(jìn)行自然補(bǔ)風(fēng)。

圖1 排煙口位置及編號(hào)示意圖（排煙口對(duì)稱布置）

3 方案模擬

結(jié)合排煙方案，利用Pyrosim 建立車(chē)站實(shí)體模型進(jìn)行模擬，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)方案設(shè)置排煙道、排煙管以及頂部、側(cè)部排煙口，同時(shí)在五個(gè)樓扶梯口處設(shè)置由頂部向下延伸至3.7m 高度的擋煙垂壁，火源布置在站臺(tái)中部，建立站臺(tái)FDS 模型，火源功率為2.5MW，火災(zāi)特征直徑為1.383m，對(duì)火源至兩側(cè)最近樓扶梯口區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行加密，共劃分815760 個(gè)網(wǎng)格。

邊界條件設(shè)置如下：

樓扶梯口，壓力自由邊界條件（Open）；站臺(tái)區(qū)排煙口，速度（排風(fēng)）邊界條件，具體位置如圖1 所示，技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

模擬火源火災(zāi)規(guī)模為2.5MW，火源尺寸為1×1m，設(shè)置為快速t2火，火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)ɑ=0.047kW/s2，在站臺(tái)中部近樓扶梯口位置設(shè)置單位面積火源。

3.1 溫度場(chǎng)分析

根據(jù)圖2 可知，在火災(zāi)發(fā)生180s 內(nèi)，由于火源初步開(kāi)始燃燒，溫度上升較為緩慢，高溫?zé)煔廨^為集中；火災(zāi)發(fā)生180s 后，火源功率逐步提高，隧道內(nèi)的高溫?zé)煔庋杆佼a(chǎn)生并蔓延，大量高溫?zé)煔馊跃奂诨鹪错敳恐車(chē)⒅饾u穩(wěn)定，站臺(tái)中部頂部溫度較高，而人員高度（2m）處溫度較低，除火源區(qū)域外，部分溫度維持在26～38℃，未超過(guò)60℃，滿足人員疏散要求。

圖2 站臺(tái)層溫度分布云圖

3.2 CO 濃度分布

從圖3 可以看出，在火災(zāi)發(fā)生180s 內(nèi)，火源附近CO 濃度較高，同時(shí)煙氣自然蔓延擴(kuò)散較慢，并受直梯、樓扶梯等障礙物的遮擋，在站臺(tái)中部頂部逐漸匯集，在頂部角落處煙氣CO 濃度也較高?；馂?zāi)發(fā)生180s 后，在排煙設(shè)備的作用下，煙氣向站臺(tái)兩端快速移動(dòng)，CO 也逐漸向兩端擴(kuò)散，濃度越來(lái)越低，人員高度（2m）處CO 濃度最高達(dá)100ppm，滿足人員疏散要求。

圖3 站臺(tái)層CO 濃度分布云圖

3.3 可見(jiàn)度分布

從圖4 可以看出，在火災(zāi)發(fā)生180s 內(nèi)，煙氣自然蔓延，由于煙氣沉積，隧道頂部可見(jiàn)度降低，但人員高度（2m）處可見(jiàn)度總體較好；火災(zāi)發(fā)生180s 后，排煙系統(tǒng)開(kāi)啟，煙氣向兩端快速蔓延，左端煙氣匯集較為明顯，人員高度（2m）處可見(jiàn)度除火源區(qū)域有所降低外，其余區(qū)域可見(jiàn)度可保持在30m，排煙效果較好，人員疏散不會(huì)受到影響。

圖4 站臺(tái)層可見(jiàn)度分布云圖

3.4 樓扶梯口平均風(fēng)速

圖5 中，由站臺(tái)經(jīng)樓扶梯口流向外部的風(fēng)向?yàn)檎较?，反之為?fù)方向。在火災(zāi)發(fā)生180s 內(nèi)，與火源最近的樓扶梯口2 及樓扶梯口5 存在小部分煙氣外溢情況，說(shuō)明存在正向風(fēng)速，而火源被樓扶梯口5 遮擋，煙氣向右端蔓延受到一定的阻礙，同時(shí)受到煙羽流的卷吸作用，說(shuō)明樓扶梯口1、3、4 存在負(fù)向風(fēng)速?；馂?zāi)發(fā)生180s 后排煙系統(tǒng)開(kāi)啟，平均風(fēng)速迅速增大到2.5m/s 以上，樓扶梯口1～4 斷面面積相等，平均風(fēng)速較為接近，樓扶梯口5 斷面面積較小，平均風(fēng)速為所有樓扶梯口中最大值，約3.7m/s。5 個(gè)樓扶梯口均滿足規(guī)范中大于1.5m/s 的風(fēng)速要求。

圖5 樓扶梯口平均風(fēng)速

4 結(jié)論

第一，采用半橫向排煙，大系統(tǒng)排煙風(fēng)口靠近中部樓梯口設(shè)置，輔助排煙風(fēng)口兩側(cè)設(shè)置，發(fā)生火災(zāi)時(shí)關(guān)閉所有站臺(tái)門(mén)，除火源正上方及附近煙氣溫度和濃度較高、可見(jiàn)度較低外，站臺(tái)其余區(qū)域煙氣能夠得到有效控制，人員高度（2m）以下空間滿足人員疏散環(huán)境要求。

第二，排煙系統(tǒng)開(kāi)啟后，中部樓梯可保證約3.7m/s 的風(fēng)速，其余樓梯可保證2.5m/s 的風(fēng)速，大于規(guī)范中1.5m/s 的風(fēng)速要求，滿足人員疏散環(huán)境要求。