地鐵地下車站設備與管理用房區(qū)防排煙設計探討

吳 煒 高慧翔 彭金龍

(中鐵二院工程集團有限責任公司地下鐵道設計研究院 成都 610031)

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地鐵地下車站設備與管理用房區(qū)防排煙設計探討

吳 煒 高慧翔 彭金龍

(中鐵二院工程集團有限責任公司地下鐵道設計研究院 成都 610031)

針對地鐵地下車站設備與管理用房區(qū)域設置的消防專用通道是否需要加壓送風的問題，從相關規(guī)范條文出發(fā)，結合某城市地鐵車站設計，給出相關分析和建議：對地下車站主要設備管理用房區(qū)域內連接站廳站臺的內部樓梯,采用加壓送風的防煙形式；針對直出地面樓梯，根據其提升高度靈活選擇相應的防煙形式。對設備與管理用房防煙分區(qū)的選取、排煙風機的選型以及補風形式的選擇，從實際設計中給出相關的分析和建議：對具體車站設備管理用房區(qū)域，先統(tǒng)計區(qū)域面積，再進行兩種算法的比較后確定排煙風機的選型。

地鐵地下車站；設備與管理用房區(qū)；消防專用通道；防煙分區(qū)；排煙風機；補風形式

目前城市軌道交通線路絕大部分在地下空間，在不具備自然排煙條件的地下車站，只有對火災煙氣進行有效控制才能保證人員的安全疏散。人員的疏散不僅包括車站公共區(qū)的乘客疏散，還包括車站設備與管理用房區(qū)域的工作人員和后續(xù)救援人員的疏散。地下車站設備與管理用房區(qū)域作為消防專用通道以及工作人員的指揮協(xié)調中心，其防排煙系統(tǒng)的設置與公共區(qū)的防排煙系統(tǒng)[1]具有同等重要的地位。

目前針對地鐵地下車站設備與管理用房區(qū)域的防排煙設置要求，主要依據現(xiàn)行《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2013)、《城市軌道交通技術規(guī)范》(GB 50490—2009)，并參考《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)、《人民防空工程設計防火規(guī)范》(GB 50098—2009)等。

各規(guī)范內容在防排煙系統(tǒng)的設置區(qū)域、排煙量的計算以及排煙風機設備能力的選擇等方面給出了相應的條文，但在實際設計中，不同設計單位往往根據自己的理解進行防排煙系統(tǒng)設計，以滿足規(guī)范要求，主要體現(xiàn)在防煙系統(tǒng)的選擇、排煙系統(tǒng)的選擇、補風系統(tǒng)的選擇上。

筆者根據目前不同城市已通車地鐵線路的設置情況，結合上述防排煙選擇的幾個方面進行分析。

1 防煙系統(tǒng)的選擇

1.1 相關條文解讀

設置防煙系統(tǒng)首先要選擇防煙區(qū)域，在現(xiàn)行《地鐵設計規(guī)范》《城市軌道交通技術規(guī)范》中，針對地鐵地下車站及區(qū)間附屬建筑的防煙功能及設置區(qū)域有明確的條文規(guī)定。

1) 《地鐵設計規(guī)范》第28.2.13條：地下車站消防專用通道及樓梯間應設置在有車站控制室等主要管理用房的防火分區(qū)內，并應方便到達地下各層。地下超過3層(含3層)時，應設防煙樓梯間。

2) 《地鐵設計規(guī)范》第28.4.2條：下列場所應設置機械防煙、排煙設施… 3 防煙樓梯間和前室。

3) 《城市軌道交通技術規(guī)范》第7.3.17條：消防專用通道應設置在含有車站控制室等主要管理用房的防火分區(qū)內，并應能到達地下車站各層；當地下車站超過3層(含3層)時，消防專用通道應設置為防煙樓梯間。

4) 《城市軌道交通技術規(guī)范》第7.3.23條：當區(qū)間隧道設中間風井時，井內或就近應設置直通地面的防煙樓梯。

從規(guī)范的定義來看，針對地下車站要求在主要設備與管理用房區(qū)域設置消防專用通道和樓梯間，并明確要求其應具備方便到達地下各層的功能，并未要求直接從最下層到達地面，因此在實際建筑設計布局時，結合地面情況，出現(xiàn)了兩種布置情形：

情形1：內部樓梯從站臺直出地面。此種情況用于地面條件較好，受制約條件小，樓梯在各層的位置不變，直接從站臺層經過站廳直出地面，即樓梯在各層的位置不變，在相關城市的地鐵車站有應用實例。

情形2：內部樓梯經過部分內走道進入附屬消防專用通道，經過直出地面樓梯再出地面?？紤]到車站從站臺直出地面的樓梯設置經常會受到地面條件的制約情況，往往將直出地面的樓梯靠近車站主體外墻側開口，單獨修建附屬通道，圖1為目前國內地下車站設置的消防專用通道較為常規(guī)的布置方式。

圖1 地下車站消防專用通道布置示意

從圖中可以看出，消防專用通道通過直出地面樓梯從地面進入地下1層，然后通過專用通道以及部分設備管理用房區(qū)域的內走道進入廳臺之間的內部樓梯，方能到達地下2層。由此可見，要滿足《地鐵設計規(guī)范》第28.2.13條的消防專用通道的功能，以圖1的布置方式為例，則此時的消防專用通道及樓梯應包括：直出地面樓梯、消防專用通道、部分內走道、內部樓梯[2]4部分。

1.2 存在爭議的焦點

從上述的分析可以看出，規(guī)范中明確只有針對超過2層的地下車站的防煙樓梯間才考慮設置機械防煙措施，未明確樓梯間在不同情形下設置時如何對待處理，以及如何選取相應的防煙措施。

針對消防專用通道所涉及的兩處樓梯的性質，從《城市軌道交通技術規(guī)范》第7.3.17條文解釋[3]以及《城市軌道交通技術規(guī)范實施指南》[4]中又可以得知：兩處樓梯的性質均應屬于封閉樓梯間，當層數超過2層時，即認定提升高度超過10 m，就設置成防煙樓梯間。

以圖1的設置情況為例，筆者結合國內相關城市實際通車的地鐵車站，選取典型的地下2層和地下3層的車站進行相關提升高度的統(tǒng)計，詳見表1。

表1 地下2、3層車站提升高度統(tǒng)計 m

從表1可以看出，無論地下2層還是地下3層車站，直出地面樓梯的提升高度都有可能超過10 m。

針對地下2層車站而言，當采用圖1的布置形式時，內部樓梯、直出地面樓梯的提升高度不足10 m，是否可以不采取任何防煙措施；是否針對提升高度超過10 m的，但又只有地下2層的情況，就不用做成防煙樓梯間的形式；雖然是地下3層車站，直出地面樓梯提升高度不足10 m，是否不需要采取任何防煙措施；作為參與的部分內走道是否應該進行防煙措施，這些疑問往往給地鐵環(huán)控專業(yè)在實際設計時造成一定程度的困擾，同時不同地方的消防部門往往在進行消防評審時也會針對此部分內容提出不同的異議。

1.3 防煙措施選擇建議

建筑中的防煙可采取機械加壓送風防煙方式或開啟外窗的自然通風方式[5]。

根據《建筑設計防火規(guī)范》的要求：當封閉樓梯間不能自然通風或自然通風不能滿足要求時，應設置機械加壓送風系統(tǒng)或采用防煙樓梯間。因此，結合地鐵地下車站的實際情況，對于主要管理用房與設備區(qū)設置的內部樓梯，屬于無法自然通風的封閉樓梯間，無論其提升高度是否超過10 m，或層數是否超過2層，都應設置機械加壓送風系統(tǒng)的防煙形式。同時針對部分內走道，由于其主要功能是連接內部樓梯和直出地面樓梯，因此建議做成封閉內走道(可與本端其他內走道采用隔墻增設防火門的形式處理)，同時也考慮機械加壓送風系統(tǒng)，確保整個部分處于正壓區(qū)域，保證防煙效果。

對于直出樓梯間部分，則可以靈活選擇防煙形式：若提升高度超過10 m，則需要將封閉樓梯做成防煙樓梯，設置機械加壓送風系統(tǒng)；若不超過10 m，則考慮直接在樓梯出地面部分側墻上采取開設自然通風窗的防煙形式,自然通風窗面積應滿足相關規(guī)范要求。

2 排煙系統(tǒng)的選擇

2.1 相關條文解讀

同樣地，針對地下車站設備與管理用房區(qū)域的排煙首先要考慮排煙區(qū)域的選擇，也就涉及防煙分區(qū)的劃分問題。

現(xiàn)行《地鐵設計規(guī)范》中針對機械排煙及防煙分區(qū)給出了相關的條文及解釋。

1) 第28.4.3條：下列場所應設置機械排煙設施：1同一個防火分區(qū)內的地下車站設備與管理用房的總面積超過200 m2，或面積超過50 m2且經常有人停留的單個房間；2 最遠點到車站公共區(qū)的直線距離超過20 m的內走道；

2) 第28.4.8條：地下車站的公共區(qū)，以及設備與管理用房，應劃分防煙分區(qū)，且防煙分區(qū)不得跨越防火分區(qū)…設備與管理用房每個防煙分區(qū)的建筑面積不宜超過750 m2；

3) 第28.4.9條：防煙分區(qū)可采取擋煙垂壁等措施。擋煙垂壁等設施的下垂高度不應小于500 mm。

4) 第28.4.11條：地下車站的設備與管理用房、內走道、長通道和出入口通道等需設置機械排煙時，其排煙量應根據一個防煙分區(qū)的建筑面積按1 m3/m2·min計算，排煙區(qū)域的補風量不應小于排煙量的50%。當排煙設備負擔兩個或兩個以上防煙分區(qū)時，其設備能力應根據最大防煙分區(qū)的建筑面積按2 m3/m2·min計算的排煙量配置。

從上述條文及后續(xù)的條文解釋中可知，規(guī)范明確機械排煙區(qū)域：面積超過200 m2的環(huán)控機房或冷水機房、長度超過20 m的內走道。而針對扣除相關區(qū)域后剩下的設備管理用房總面積超過200 m2的區(qū)域排煙如何實現(xiàn)，往往就是實際設計中爭論較多的地方。

2.2 存在爭議的焦點

同一防火分區(qū)內的地下車站設備與管理用房的總面積超過200 m2區(qū)域的房間，大多是面積小于50 m2的管理用房、設備用房，這類房間面積小，本身又達不到機械排煙的要求，但往往面積合算起來，又滿足規(guī)范指出的總面積超過200 m2的要求，這類區(qū)域按規(guī)范的條文限定，就應當設置機械排煙系統(tǒng)。而考慮到地下空間緊張，設備管理用房區(qū)域管線較多，單獨設置系統(tǒng)不利于整個管線空間布置，而區(qū)域內走道兼顧疏散通道功能，參考《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2006)第9.4.6條第4款的要求，目前最為常規(guī)的是利用設置在該區(qū)域內走道的機械排煙系統(tǒng)實現(xiàn)對此類區(qū)域的排煙。

爭議的焦點在于此時排煙風機的風量選型問題，根據規(guī)范的要求，排煙風機的煙量選型直接與所擔負防煙分區(qū)的數量有關。因此對于防煙分區(qū)數量的分析就顯得十分必要，也是爭議較多的地方。以下為目前國內的2種做法。

1) 將整個設備與管理用房區(qū)域當成一個防煙分區(qū)考慮。具體為：將此類同一個防火分區(qū)內總面積超過200 m2的地下車站設備與管理用房以及內走道均作為一個防煙分區(qū)(整個防煙分區(qū)面積要小于750m2的規(guī)范要求(一般車站均滿足這個要求))，在該區(qū)域設置一套機械排煙系統(tǒng)，排煙風機煙量則按整個防煙分區(qū)面積之和乘以1 m3/m2·min計算，此時排煙口可設置在每個房間和內走道或僅設置在內走道，但需滿足最不利點與排煙口距離小于30 m的要求。

2) 將設備與管理用房區(qū)域內每個房間以及內走道均當成一個獨立防煙分區(qū)考慮。具體為：對設備與管理用房區(qū)域而言，每個房間靠近內走道一側的墻體均為防火墻體，開設的門也為防火門，因此，也可以將區(qū)域內每個房間看成獨立的防煙分區(qū)，內走道也作為獨立的防煙分區(qū)，此時仍然設置一套機械排煙系統(tǒng)及一臺排煙風機。排煙風機相當于擔負至少2個以上防煙分區(qū)的煙量，其煙量選擇應根據《地鐵設計規(guī)范》第28.4.11條的要求進行，即按內走道面積乘以2 m3/m2·min計算，此時計算內走道的排煙面積時建議參考《建筑設計防火規(guī)范》的要求：內走道面積與不排煙最大房間面積之和考慮。

2.3 相關排煙量計算的建議

通過前述的分析可知，對于設備管理用房區(qū)域總面積超過200 m2的區(qū)域排煙往往與內走道的排煙合并設置，并將排煙口設置在內走道內，表2為國內某地鐵車站的主要設備與管理用房區(qū)域的房間要素表，扣除環(huán)控機房、氣體保護用房、規(guī)范上規(guī)定不計入總面積的一些房間(衛(wèi)生間等)等的面積，以此為例分別按前述兩種方法進行排煙量的統(tǒng)計分析(系統(tǒng)均只設置一臺排煙風機)。

表2 某地鐵車站設備管理用房區(qū)房間面積 m2

從表2可以看出，位于同一防火分區(qū)內設備管理用房區(qū)域面積之和為248.62 m2，而需要機械排煙的內走道面積為93.78 m2,按1)的做法：排煙風機計算風量應為

(248.62+93.78)×60=20 544 m3/h

按2)的做法：排煙風機計算風量應為

(93.78+43.88)×120=16 519.2 m3/h

可見按2)的做法計算的排煙量明顯小于按1)的做法計算的排煙量，因此在實際設計中建議先針對區(qū)域面積進行兩種計算的比較，并且當設備與管理用房滿足單個房間均為獨立的防煙分區(qū)的條件時，選取計算值較小的一種，以達到減小風管和風機體量的目的。

3 補風系統(tǒng)的選擇

3.1 相關條文解讀

現(xiàn)行《地鐵設計規(guī)范》第28.4.11條中針對機械排煙區(qū)域的補風量給出了定性的規(guī)定，要求不小于機械排煙量的50%，但并未對補風的具體形式給出規(guī)定，參考《人民防空工程設計防火規(guī)范》(GB 50098—2009)的要求，當補風通路的空氣阻力不大于50 Pa時，可采用自然補風形式[6]，實際設計執(zhí)行時，出現(xiàn)了2種方案。

方案1：設置機械補風系統(tǒng)，平時作為機械通風系統(tǒng)進行送風，火災時通過電動風閥切換，轉化成對走道排煙的集中補風。

方案2：利用設備管理用房與公共區(qū)相鄰隔墻上的開孔，增設引風防火閥，當設備區(qū)發(fā)生火災時進行負壓自然補風。

3.2 補風方案的分析及建議

方案1是目前使用較多的補風方案，整個機械排煙系統(tǒng)(排煙風機及排煙風管、送風兼補風風機及補風管)均處于同一防火分區(qū)內。

方案2的做法目前存在一定的爭議：補風煙氣經歷不同的防火分區(qū)，本做法的初衷是省去設備管理用房區(qū)域內走道排煙時的機械補風管路，節(jié)約空間，利用設備區(qū)與公共區(qū)隔墻上的引風孔，在內走道機械排煙時形成負壓，通過引風口，將補風由出入口通道經公共區(qū)引入。但此種做法需要在兩個不同防火分區(qū)的隔墻上開設孔洞，即使增設了引風防火閥和電動風閥，也破壞了不同防火分區(qū)的防火隔段，相關閥體的耐火極限要求還需與防火隔墻的耐火極限一致才行。

此外，針對方案2的做法應盡量征求當地消防部門的同意，確保后續(xù)消防驗收的順利通過。

4 結語

筆者對地鐵地下車站設備與管理用房區(qū)防排煙系統(tǒng)設計進行研究，從現(xiàn)行實施的規(guī)范出發(fā)，結合消防專用通道的設置(樓梯性質、是否加壓送風、如何實現(xiàn)防煙等)、設備管理用房區(qū)域總面積超過200 m2的排煙設計、排煙補風的選擇等方面進行分析，希望起到拋磚引玉的作用，共同完善地鐵地下車站設備與管理用房區(qū)域的防排煙系統(tǒng)設計。

[1] 曾飛輪.地鐵空調通風設計問題探討[J].鐵道工程學報， 1997(1): 27-28.

[2] 地鐵設計規(guī)范：GB 50157—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[3] 城市軌道交通技術規(guī)范：GB 50490—2009[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[4] 李曉江.城市軌道交通技術規(guī)范實施指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

[5] 建筑設計防火規(guī)范：GB 50016—2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[6] 人民防空工程設計防火規(guī)范：GB 50098—2009[S].北京：中國計劃出版社，2009.

(編輯：王艷菊)Discussion on Smoke Prevention and Exhaustion Design of Equipment and Management Zone in Metro Station

Wu Wei Gao Huixiang Peng Jinlong

(Design and Research Institute of Metro, China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031)

Based on some provisions of the design codes, the problem whether pressurized air should be supplied for fire channel is analyzed and suggestions are put forward. Smoke-proof pressurized air supply is suggested focusing on the internal staircase hall between the main equipment management district and the connection station. For stairs straightening out of the ground, flexible choice can be made in accordance with its hoisting height. For the selection of smoke proof partitions in the area of equipment and management, exhaust fan selection, and the form of wind supply, relevant analysis and advice in practical design are given. For specific equipment management area in station, we should firstly calculate the area of the zone, and then determine the type of the exhaust fan after the comparison of the two algorithms.

metro station; equipment and management zone of station; fire channel; smoke bay; smoke extraction fan; air supply type

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.04.019

2015-08-17

2015-09-15

吳煒，男，工學碩士，高級工程師，從事地鐵環(huán)控設計工作，wu22wei@163.com

U231.4

A

1672-6073(2016)04-0085-04