軌道交通地下停車(chē)場(chǎng)防排煙設(shè)計(jì)探討

陳 霖，閆樹(shù)龍，葉 雷

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，北京 100055)

引言

地鐵停車(chē)場(chǎng)及車(chē)輛段作為列車(chē)停放和檢修的區(qū)域，其建設(shè)需占據(jù)大量城市用地。為減少土地資源的占用及對(duì)城市整體規(guī)劃的影響，往往結(jié)合地面物業(yè)開(kāi)發(fā)，將軌道交通停車(chē)場(chǎng)按全地下模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，如成都、深圳、武漢等地區(qū)[1-4]。現(xiàn)已建設(shè)完成的軌道交通地下停車(chē)場(chǎng)有成都崔家店停車(chē)場(chǎng)、武漢中山北路停車(chē)場(chǎng)、深圳筆架山停車(chē)場(chǎng)、南寧新村停車(chē)場(chǎng)、青島靈山衛(wèi)停車(chē)場(chǎng)、深圳中心公園停車(chē)場(chǎng)等工程。

防排煙系統(tǒng)作為建筑消防設(shè)計(jì)必不可少的部分，可為火災(zāi)早期人員疏散創(chuàng)造安全的環(huán)境。然而，軌道交通停車(chē)場(chǎng)不同于商業(yè)辦公樓、地鐵車(chē)站公共區(qū)等其他場(chǎng)所，其火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)及人員規(guī)模均較小，且場(chǎng)內(nèi)人員對(duì)工作環(huán)境熟悉，無(wú)論是自救還是等待消防救援均有更好的條件。

目前，關(guān)于軌道交通地下停車(chē)場(chǎng)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則無(wú)明確統(tǒng)一的規(guī)定，普遍采用消防性能化評(píng)估方法進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性評(píng)價(jià)[5-7]。在GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[8]及GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》[9]頒布前后，各地區(qū)做法也不盡相同[10-13]。因此，有必要針對(duì)地下停車(chē)場(chǎng)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，以便后續(xù)更好地開(kāi)展類(lèi)似工程設(shè)計(jì)。

1 工程概況

以某地鐵地下停車(chē)場(chǎng)為對(duì)象，分析各區(qū)域防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該停車(chē)場(chǎng)為地下兩層，上蓋業(yè)態(tài)為市政綠化公園，主要承擔(dān)地鐵列車(chē)停放、檢修、清洗及定期消毒等日常保養(yǎng)工作，可同時(shí)停放16列車(chē)。總建筑面積約6萬(wàn)m2，其中，停車(chē)、列檢庫(kù)區(qū)域建筑面積約1.8萬(wàn)m2，咽喉軌行區(qū)面積約0.52萬(wàn)m2，洗車(chē)線(xiàn)軌行區(qū)面積約0.23萬(wàn)m2，地下生產(chǎn)配套用房區(qū)建筑面積約1.45萬(wàn)m2，消防車(chē)道等其他區(qū)域面積約2萬(wàn)m2。空間位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 地下雙層停車(chē)場(chǎng)建筑空間分布示意

停車(chē)場(chǎng)車(chē)庫(kù)按戊類(lèi)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)，地下部分建筑耐火等級(jí)為一級(jí)，內(nèi)部裝修材料的耐火等級(jí)均為A級(jí)，建筑內(nèi)設(shè)置有室內(nèi)消火栓、滅火器、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、防火分隔水幕系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、疏散指示系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警以及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等消防設(shè)施。

2 環(huán)形消防車(chē)道設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目停車(chē)場(chǎng)地下二層庫(kù)區(qū)四周設(shè)置環(huán)形消防車(chē)道，如圖2所示。東西兩端均設(shè)消防車(chē)出入口，坡度8%；消防車(chē)道寬6 m(局部位置寬4.5 m)，凈高6.6 m，距頂板凈高15.5 m，距地面19.5 m。庫(kù)房四周消防車(chē)道正上方均勻布置自然采光通風(fēng)井，最大尺寸為26.5 m×5 m，最小尺寸為17.5 m× 2.5 m，風(fēng)井中心間距≯42.5 m，通風(fēng)井總開(kāi)孔面積占消防車(chē)道總面積的33.6%，車(chē)道內(nèi)任一點(diǎn)距最近的通風(fēng)井不超過(guò)30 m。當(dāng)車(chē)道相鄰防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)且失控時(shí)，煙氣蔓延至消防車(chē)道后可迅速排出地面。

圖2 環(huán)形消防車(chē)道示意

針對(duì)環(huán)形消防車(chē)道，建筑設(shè)計(jì)參照下沉式廣場(chǎng)的做法，用于防火分隔。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[14]規(guī)定，下沉式廣場(chǎng)本身就被定義為室外開(kāi)敞空間，且停車(chē)場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)滿(mǎn)足其相關(guān)要求：

(1)消防車(chē)道頂部開(kāi)口均勻布置，且開(kāi)口面積達(dá)33.6%，大于25%；

(2)該區(qū)域內(nèi)不存在其他可能導(dǎo)致火災(zāi)蔓延的設(shè)施或可燃物；

(3)環(huán)形消防車(chē)道內(nèi)設(shè)置11部直通地面的疏散樓梯。

另外，環(huán)形消防車(chē)道已進(jìn)行消防加強(qiáng)措施設(shè)計(jì)，如配置噴淋系統(tǒng)。在消防性能化評(píng)審時(shí)，專(zhuān)家也一致認(rèn)可該區(qū)域?yàn)榘踩臻g，可作為人員疏散通道。顯然，消防車(chē)道設(shè)計(jì)無(wú)論從規(guī)范角度還是實(shí)際安全性能方面而言，均滿(mǎn)足室外安全空間條件。

為減少地面風(fēng)井?dāng)?shù)量，機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)、排煙補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)等可從消防車(chē)道取風(fēng)，且采光通風(fēng)井可兼做其他區(qū)域排煙系統(tǒng)的排煙口或排風(fēng)口，但不能直接向環(huán)形消防車(chē)道內(nèi)排煙。為避免火災(zāi)時(shí)串煙，進(jìn)排風(fēng)口設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

(1)取風(fēng)口位置盡量靠近通風(fēng)天井投影底部；

(2)一處通風(fēng)天井不應(yīng)同時(shí)作為排煙口和進(jìn)風(fēng)口；

(3)各區(qū)域排煙管對(duì)外部分應(yīng)延伸至車(chē)道頂部自然通風(fēng)風(fēng)井處；

(4)任一進(jìn)風(fēng)口與排煙風(fēng)井水平間距應(yīng)保持20 m以上。

當(dāng)部分區(qū)域無(wú)法滿(mǎn)足以上條件時(shí)，其排煙井應(yīng)單出地面設(shè)置。

3 庫(kù)區(qū)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

停車(chē)列檢庫(kù)空間凈高為6.6～7.7 m，共劃分8個(gè)防火分區(qū)，每個(gè)防火分區(qū)面積為2 218 m2，同時(shí)作業(yè)人員不超過(guò)20人。其主要火災(zāi)特點(diǎn)如下。

(1)庫(kù)房按戊類(lèi)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)，火災(zāi)荷載主要為地鐵列車(chē)，車(chē)輛部位基本無(wú)可燃物，且不存在人為縱火，火災(zāi)危險(xiǎn)性很小。

(2)庫(kù)區(qū)內(nèi)設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，可有效滅火或降低列車(chē)火災(zāi)熱釋放速率。

(3)人員密度小且對(duì)工作場(chǎng)所熟悉，疏散所需時(shí)間短；同時(shí)，蓄煙空間較一般場(chǎng)所大，疏散路徑安全環(huán)境更容易保證。

GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定[9]，“地下車(chē)輛基地庫(kù)房等場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置排煙系統(tǒng)”，但未明確給出防煙分區(qū)劃分原則以及排煙量計(jì)算方法。鑒于其特點(diǎn)，庫(kù)區(qū)防排煙系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合土建規(guī)模、控制模式復(fù)雜程度、安全疏散條件等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.1 防煙分區(qū)劃分

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》雖已規(guī)定工業(yè)建筑防煙分區(qū)劃分面積及長(zhǎng)邊要求[8]，但也明確了汽車(chē)庫(kù)防煙分區(qū)的劃分及其排煙量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范GB 50067—2014《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定[15]。與汽車(chē)庫(kù)相比，地鐵停車(chē)場(chǎng)有相同之處，但其發(fā)生火災(zāi)的概率反而較小，主要表現(xiàn)為：汽車(chē)庫(kù)內(nèi)的車(chē)輛有自燃的可能，且公共停車(chē)場(chǎng)還存在人為縱火的風(fēng)險(xiǎn)。考慮到汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)一般設(shè)置噴淋系統(tǒng)，場(chǎng)內(nèi)人員僅在進(jìn)出車(chē)庫(kù)期間短暫停留，即使發(fā)生火災(zāi)，對(duì)人員造成的危害也較小，所以汽車(chē)庫(kù)防煙分區(qū)劃分及排煙量要求較其他公共場(chǎng)所低。顯然，軌道交通地下停車(chē)場(chǎng)防排煙設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)明顯高于汽車(chē)庫(kù)場(chǎng)所。

GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》均未明確戊類(lèi)廠(chǎng)房應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施，若地鐵停車(chē)場(chǎng)庫(kù)房直接套用GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于防煙分區(qū)長(zhǎng)邊的規(guī)定，相當(dāng)于提高了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不符合工程經(jīng)濟(jì)建設(shè)要求。考慮到地鐵列車(chē)一般為6輛或8輛編組，一列車(chē)貫穿整個(gè)防火分區(qū)，且任一車(chē)廂均有可能發(fā)生火災(zāi)，控制防煙分區(qū)長(zhǎng)邊已無(wú)意義，建議按一列車(chē)長(zhǎng)劃分防煙分區(qū)。實(shí)際上，庫(kù)區(qū)內(nèi)火災(zāi)主要發(fā)生在車(chē)廂內(nèi)部，僅部分煙氣從列車(chē)疏散門(mén)及車(chē)窗(高溫破裂后)蔓延至庫(kù)房?jī)?nèi)，剩余煙氣仍在車(chē)廂內(nèi)縱向蔓延，火源分布及煙氣擴(kuò)散具有縱向特征，防煙分區(qū)劃分為狹長(zhǎng)型是合理的。

本項(xiàng)目停車(chē)場(chǎng)規(guī)模較小，單個(gè)防火分區(qū)僅包含2股軌道，可直接劃分為1個(gè)防煙分區(qū)，寬度為11.2 m，面積約2 200 m2。根據(jù)GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第4.5.4條規(guī)定[9]，“當(dāng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積不限”。對(duì)于建筑防火分區(qū)內(nèi)包含3股及以上軌道的情況，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)縱向設(shè)計(jì)的下翻梁(凸出高度約1.2 m)將自然形成擋煙作用，建議結(jié)合工藝布置及土建專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，防煙分區(qū)面積按≯2 500 m2進(jìn)行控制，相應(yīng)的防煙分區(qū)寬度約12 m。

當(dāng)庫(kù)區(qū)高度<9 m時(shí)，防煙分區(qū)之間應(yīng)設(shè)置擋煙設(shè)施(超過(guò)9 m，可不設(shè))。建議充分利用庫(kù)區(qū)蓄煙空間高大特點(diǎn)，適當(dāng)提高儲(chǔ)煙倉(cāng)高度，即擋煙垂壁向下凸出高度不宜<2 m(工藝受限時(shí)不應(yīng)<1.5 m)，且應(yīng)優(yōu)先利用結(jié)構(gòu)下翻梁進(jìn)行防煙分隔，高度不足部分可采用防火板、防火玻璃及刷防火涂料的鋼板等作為擋煙設(shè)施。

3.2 排煙量計(jì)算

石家莊某地鐵停車(chē)場(chǎng)庫(kù)房防煙分區(qū)排煙量按6次/h的換氣次數(shù)計(jì)算[10]，其主要參考早期地下汽車(chē)庫(kù)的普遍做法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

成都崔家店停車(chē)場(chǎng)庫(kù)區(qū)排煙量按照防煙分區(qū)面積乘以60 m3/(h·m2)進(jìn)行計(jì)算[11]，該計(jì)算方法是參考車(chē)站公共區(qū)等區(qū)域的常規(guī)做法作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

南寧新村停車(chē)場(chǎng)按照GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中煙羽流公式計(jì)算結(jié)果及表4.6.3規(guī)定[8]，“取二者最大值作為庫(kù)區(qū)防煙分區(qū)排煙量的計(jì)算依據(jù)”。

DB11/995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第24.4.11條規(guī)定[16]，“車(chē)輛綜合基地的戊類(lèi)廠(chǎng)房設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)時(shí)，最小機(jī)械排煙量應(yīng)根據(jù)一個(gè)防煙分區(qū)的建筑面積按0.5 m3/(min·m2)計(jì)算”，福州竹岐停車(chē)場(chǎng)庫(kù)房區(qū)域排煙量設(shè)計(jì)參照了該規(guī)定[13]。

顯然，關(guān)于軌道交通停車(chē)場(chǎng)庫(kù)區(qū)排煙量的計(jì)算，以上做法均有參考依據(jù)，但是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并不完全統(tǒng)一，需進(jìn)一步討論。

GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第8.2.4條已經(jīng)明確[9]，防煙分區(qū)包含軌道區(qū)且采用管道排煙時(shí)，排煙系統(tǒng)的排煙量應(yīng)基于列車(chē)火災(zāi)規(guī)模和發(fā)生地的空間特點(diǎn)來(lái)確定，但國(guó)內(nèi)目前無(wú)直接可用的公式，而給出了日本提出的一種方法供參考，其排煙量的計(jì)算公式如下

Cs=21[1-e(-Ve·t/V)]/Ve

(1)

V=20(A0-Av)

(2)

Cs≤0.1

(3)

式中，Cs為空間內(nèi)允許的煙氣濃度，m-1；Ve為火源區(qū)段排煙設(shè)備的排煙量，m3/min；V為火源區(qū)段的有效容積，m3；t為疏散結(jié)束時(shí)間，min；A0為垂直線(xiàn)路方向的有效面積(扣除柱子、樓梯或扶梯等)，m2；Av為列車(chē)橫斷面積，m2。

表1列出了停車(chē)庫(kù)區(qū)域防煙分區(qū)分別按照DB11/995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及日本公式兩種不同方法計(jì)算得出的排煙量結(jié)果。從表1可以看出，參考日本公式得出的結(jié)果小于DB11/995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算結(jié)果，且隨著蓄煙空間的增大差異越明顯。

表1 停車(chē)庫(kù)排煙量計(jì)算結(jié)果

日本提出的計(jì)算方法主要是針對(duì)小規(guī)模火災(zāi)，即排煙量計(jì)算與熱釋放速率無(wú)關(guān)。火源區(qū)段(20 m范圍)排煙量通過(guò)對(duì)空間內(nèi)允許煙氣濃度(減光系數(shù))的規(guī)定來(lái)進(jìn)行確定，而整個(gè)防煙分區(qū)的排煙量需根據(jù)其長(zhǎng)度按火源區(qū)段排煙量進(jìn)行等比計(jì)算，火源區(qū)段的排煙量還應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足≮83.3 m3/min的要求。該方法是基于疏散時(shí)間控制在7 min以?xún)?nèi)得出的，強(qiáng)調(diào)總排煙量與疏散時(shí)間、火源段蓄煙空間體積、疏散路徑煙氣濃度、防煙分區(qū)長(zhǎng)度有關(guān)，這種理念是合理的。GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》作為軌道交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已給出排煙量參考公式，結(jié)合公式背景及地鐵停車(chē)庫(kù)火災(zāi)早期熱釋放速率較小的特點(diǎn)，為體現(xiàn)不同蓄煙空間排煙差異，建議地鐵停車(chē)庫(kù)排煙量參考日本公式計(jì)算。

3.3 排煙機(jī)房及風(fēng)管布置

為減小土建規(guī)模、充分利用建筑既有空間，在地下一層庫(kù)區(qū)周邊靠通風(fēng)天井處設(shè)置夾層排煙機(jī)房，各防煙分區(qū)獨(dú)立設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)。對(duì)外排煙風(fēng)管延伸至頂部通風(fēng)天井處，對(duì)內(nèi)排煙風(fēng)管布置于庫(kù)區(qū)中部正上方。采用自然補(bǔ)風(fēng)方式，補(bǔ)風(fēng)口靠近天井投影底部，如圖3所示。

圖3 車(chē)庫(kù)排煙機(jī)房、風(fēng)管及補(bǔ)風(fēng)口布置示意(單位：m)

4 咽喉區(qū)、洗車(chē)線(xiàn)軌行區(qū)排煙問(wèn)題

GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第8.2.7條規(guī)定[9]，“車(chē)輛基地的地下停車(chē)庫(kù)、列檢庫(kù)、停車(chē)庫(kù)、運(yùn)用庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)、鏇輪庫(kù)、工程車(chē)庫(kù)等場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置排煙系統(tǒng)”，并未明確咽喉區(qū)、洗車(chē)線(xiàn)是否必須設(shè)置排煙系統(tǒng)。結(jié)合條文解釋?zhuān)俺＼?chē)庫(kù)、列檢庫(kù)等大面積場(chǎng)所外，其他庫(kù)外以軌行區(qū)為主的交通區(qū)域基本無(wú)可燃物，亦非人員長(zhǎng)期居留場(chǎng)所，且空間高大，因此未要求設(shè)排煙設(shè)施”。考慮到咽喉區(qū)及洗車(chē)線(xiàn)并沒(méi)有劃分防火分區(qū)，基本無(wú)可燃物且無(wú)人員長(zhǎng)期停留，同時(shí)滿(mǎn)足空間高大要求，從經(jīng)濟(jì)建設(shè)角度出發(fā)，該區(qū)域可不設(shè)置排煙系統(tǒng)。

5 生產(chǎn)配套區(qū)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)配套區(qū)共劃分20個(gè)防火分區(qū)，全部位于地下。主要包括弱電設(shè)備、變配電、會(huì)議室、檢修班組、司機(jī)休息室、消防控制室等用房，其建筑特點(diǎn)及房間功能與地下車(chē)站設(shè)備區(qū)相似。但除電氣房間外，各區(qū)域均設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，其火災(zāi)危險(xiǎn)性低于車(chē)站設(shè)備區(qū)。因此，建議生產(chǎn)配套用房區(qū)域防排煙系統(tǒng)按GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[17]及GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》要求執(zhí)行，未明確部分參考GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定開(kāi)展設(shè)計(jì)。

設(shè)備區(qū)共劃分為25個(gè)防煙分區(qū)，采用機(jī)械排煙、自然補(bǔ)風(fēng)方式，對(duì)外排煙口及補(bǔ)風(fēng)口優(yōu)先利用環(huán)形消防車(chē)道自然通風(fēng)井。由于整個(gè)設(shè)備區(qū)域房間布置較分散，為減少風(fēng)管長(zhǎng)度，避免過(guò)多管線(xiàn)交叉，排煙專(zhuān)用機(jī)房盡量布置于兩個(gè)防火分區(qū)中部，如圖4所示。

圖4 設(shè)備區(qū)排煙機(jī)房、風(fēng)管及補(bǔ)風(fēng)口布置示意

6 火災(zāi)數(shù)值模擬分析

為驗(yàn)證停車(chē)庫(kù)區(qū)域采用日本公式計(jì)算排煙量的合理性，進(jìn)一步采用數(shù)值模擬方法，建立三維火災(zāi)場(chǎng)景，對(duì)火災(zāi)煙氣擴(kuò)散以及人員疏散可利用安全時(shí)間進(jìn)行分析。

6.1 人員安全疏散時(shí)間

根據(jù)GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第5.5.4條規(guī)定[9]，“庫(kù)區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)一點(diǎn)至最近安全口的疏散距離按≯60 m進(jìn)行設(shè)計(jì)”。未考慮列車(chē)中部火災(zāi)且人員剛好處于兩列車(chē)之間的極端情況，如圖5所示。從圖5可以看出，人員疏散至安全區(qū)域的最長(zhǎng)距離為97.5 m。參考GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》關(guān)于廠(chǎng)房疏散設(shè)計(jì)原則[14]，疏散速度取1 m/s(人正常行走速度)，求得庫(kù)內(nèi)行走所需疏散時(shí)間為97.5 s。考慮火災(zāi)報(bào)警、人員反應(yīng)、安全裕量等時(shí)間，保守確定人員必需疏散時(shí)間為200 s。

圖5 疏散設(shè)計(jì)示意

6.2 模型建立及參數(shù)設(shè)置

(1)模型建立

選取凈高為6.6 m的車(chē)庫(kù)，長(zhǎng)195 m，寬11.2 m，按單個(gè)車(chē)庫(kù)內(nèi)同時(shí)停放兩列車(chē)，建立1∶1的物理模型，如圖6所示。車(chē)庫(kù)中間頂部布置排煙風(fēng)管，縱向均勻布置排煙口，共計(jì)8個(gè)，單個(gè)風(fēng)口排煙量7 285 m3/h，排煙風(fēng)速約5 m/s，補(bǔ)風(fēng)從消防車(chē)道自然引風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)口風(fēng)速≯3 m/s。

圖6 車(chē)庫(kù)三維模型示意

(2)參數(shù)設(shè)置

按最不利火災(zāi)場(chǎng)景考慮，火源位于列車(chē)中部。根據(jù)GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》給出的參考值[9]，忽略噴淋系統(tǒng)對(duì)熱釋放速率的影響，火災(zāi)峰值取7.5 MW。火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中，熱釋放速率與時(shí)間的平方成正比，保守按快速火災(zāi)考慮，即火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)取0.046 9[18]。火災(zāi)發(fā)生90 s后，啟動(dòng)機(jī)械排煙系統(tǒng)。

計(jì)算軟件為STAR-CCM+，采用多面體網(wǎng)格進(jìn)行模型劃分，網(wǎng)格總數(shù)約80萬(wàn)個(gè)。圖7為相關(guān)研究[19]給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比。由圖7可見(jiàn)，模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得較好，表明該軟件用于火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性以及溫度分布模擬可行。

圖7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果對(duì)比

(3)火災(zāi)安全控制指標(biāo)

火災(zāi)發(fā)生后，一般需將人員高度處能見(jiàn)度(煙氣濃度)、煙氣溫度等參數(shù)控制在一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。由于列車(chē)火災(zāi)實(shí)際燃燒過(guò)程極其復(fù)雜，且關(guān)于有害氣體標(biāo)準(zhǔn)缺乏可靠數(shù)據(jù)參考，對(duì)煙氣濃度及車(chē)庫(kù)內(nèi)的能見(jiàn)度進(jìn)行定量模擬意義不大，這里僅對(duì)煙氣溫度進(jìn)行控制。實(shí)際上除火源位置外，火災(zāi)早期煙氣溫度高的地方濃度必然也高。在借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)[18-20]的基礎(chǔ)上，考慮一定安全余量，對(duì)煙氣溫度確定以下控制指標(biāo)：

①疏散路徑人員高度(距疏散地面2.4 m)煙氣溫度不超過(guò)60 ℃；

②火源區(qū)段以外對(duì)應(yīng)的煙氣層最高溫度不超過(guò)180 ℃。

另外，車(chē)庫(kù)所在防火分區(qū)兩端采用水幕分隔，當(dāng)煙氣蔓延至分隔處，受水幕阻擋及降溫作用，煙氣會(huì)迅速下沉，從而影響人員疏散。因此，工作人員在車(chē)庫(kù)內(nèi)疏散過(guò)程中，還需同時(shí)確保煙氣不蔓延至防火水幕分隔處。

6.3 模擬結(jié)果分析

不同模擬時(shí)刻，車(chē)庫(kù)內(nèi)煙氣濃度及溫度三維分布見(jiàn)圖8～圖11。

圖8 120 s時(shí)刻煙氣濃度三維分布示意

圖9 230 s時(shí)刻煙氣濃度三維分布示意

圖10 120 s時(shí)刻煙氣溫度三維分布示意

圖11 230 s時(shí)刻煙氣溫度三維分布示意

由圖8～圖11可見(jiàn)，庫(kù)區(qū)著火后，當(dāng)工作人員未有效實(shí)施滅火時(shí)，煙氣將集中沿縱向擴(kuò)散(人員疏散方向)，并不斷卷吸冷空氣，在接近230 s時(shí)刻時(shí)蔓延至防火水幕分隔處。顯然，在火災(zāi)早期，庫(kù)房?jī)?nèi)煙氣濃度及煙氣溫度并不高，且煙氣分層明顯，應(yīng)迅速組織救援。

圖12、圖13為疏散路徑煙氣溫度分布情況，由圖12、圖13可知，在最不利火災(zāi)場(chǎng)景下，當(dāng)煙氣從火源區(qū)段擴(kuò)散至車(chē)庫(kù)兩端的防火分隔處期間，庫(kù)內(nèi)人員高度處溫度及煙氣層最高溫度均滿(mǎn)足安全控制要求。

圖12 人員高度處煙氣溫度分布

圖13 煙氣層最高溫度分布

綜上所述，人員疏散環(huán)境危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)刻為230 s，大于必需安全疏散時(shí)間200 s。在疏散過(guò)程中，庫(kù)內(nèi)人員始終是處于安全的環(huán)境，表明庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)排煙量是合理的。

7 結(jié)論

通過(guò)規(guī)范對(duì)比，采用理論分析及三維數(shù)值模擬方法，對(duì)某軌道交通地下雙層停車(chē)場(chǎng)防排煙設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，相關(guān)結(jié)論及建議如下。

(1)當(dāng)環(huán)形消防車(chē)道采用自然通風(fēng)時(shí)，停車(chē)場(chǎng)內(nèi)防排煙系統(tǒng)的進(jìn)、排風(fēng)口應(yīng)優(yōu)先利用車(chē)道上方天井設(shè)置，但設(shè)計(jì)應(yīng)避免出現(xiàn)串煙問(wèn)題，確保排煙口高于進(jìn)風(fēng)口、水平間距保持20m以上。

(2)咽喉軌行區(qū)、洗車(chē)線(xiàn)區(qū)域基本無(wú)可燃物且無(wú)人員長(zhǎng)期停留，可不設(shè)置排煙設(shè)施。

(3)庫(kù)區(qū)火源分布以及煙氣擴(kuò)散具有縱向特征，建議按1列車(chē)長(zhǎng)控制防煙分區(qū)長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，且防煙分區(qū)面積不宜>2 500 m2。

(4)庫(kù)房區(qū)域火災(zāi)時(shí)，人員必需疏散時(shí)間短，所需排煙量參考GB 51298-2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》給出的日本公式計(jì)算結(jié)果可行。

軌道交通地下停車(chē)場(chǎng)庫(kù)區(qū)空間高大，火災(zāi)危險(xiǎn)性較小，有其自身特點(diǎn)，探討思路及分析結(jié)論可為類(lèi)似工程的防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。建議后續(xù)設(shè)計(jì)充分理解規(guī)范原理以及建筑消防設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從工程經(jīng)濟(jì)建設(shè)角度出發(fā)，合理開(kāi)展防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。