某地鐵控制中心大樓防煙與排煙系統設計

譚旖琳TAN Yi-lin

（中交（廣州）鐵道設計研究院有限公司，廣州 510290）

0 引言

隨著現代社會的發展速度逐漸加快，建筑行業獲得了巨大發展，在此背景之下，火災事故頻發，調查諸多火災事故后發現，造成人員傷亡的主要原因在于煙氣，因此建筑的防煙、排煙系統越來越被重視。

1 防煙系統研究

建筑大樓中主要有兩種防煙方式，一種為自然防煙，另一種為機械加壓送風防煙。通常來說，由于建筑大樓發生火災時，防煙樓梯間和疏散走道都是至關重要的疏散通道，防煙樓梯間和前室需要設置完善的防煙設施，消防電梯間的前室或合用的前室區域也需要進行同樣的配置。發生火災時可以將外窗開啟，通過自然排煙的系列設施排出室內的煙氣，也可以通過機械加壓送風進行防煙，其能夠提高疏散通道中的空氣壓力，使其空氣壓力高于周圍氣壓，進而達到阻止煙氣的作用。

1.1 自然通風系統

高于50m的一類公共建筑不適用自然通風系統，同時，整體建筑高度高于100m的用于居住的建筑也不適用該系統。當使用自然通風系統時，需要保證防煙樓梯間的前室擁有大于2.0m2的開窗面積，消防電梯間的前室同理，同時其合用前室需要確保大于3.0m2的開窗面積。臨近建筑外墻位置的防煙樓梯間需要保證其每5層能夠順利開啟的排煙窗面積大于2.0m2。如圖1所示。

1.2 機械加壓送風系統

圖1某地鐵控制中心大樓地下車庫樓梯間和合用前室機械加壓送風系統圖

當建筑大樓中的防煙樓梯間與樓梯間的前室無法在火災中運用自然通風系統進行自然排煙時應采取機械加壓送風的方式，消防電梯間的前室以及其合用前室同理。國內當前加壓送風主要采取三種方法。第一，僅在防煙樓梯間中實施加壓送風的措施，而不對其前室送風。第二，在防煙樓梯間內和樓梯間前室設置互相單獨的系統，使其各自獨立完成加壓送風工作。第三，在防煙樓梯間內實施加壓送風，并在其和前室連接的墻面上配置余壓閥，進而把樓梯間中超壓的部分從余壓閥傳輸到前室。僅在防煙樓梯間內配置加壓送風系統而不在其前室配置送風系統，此類系統的設置相較于其他兩種方法而言較為簡單。從理論上來說，當防煙樓梯間中的空氣被加壓后，空氣氣流將會從其和前室相連的門縫中向著前室流動，當疏散過程中門洞開啟后，加壓空氣也會流入前室，同樣能夠對前室起到加壓空氣的作用，也因此受到了一定保護，因此僅在防煙樓梯間配置加壓送風系統的方法具有一定合理性并且配置成本較低，但就其防煙效果而言不如其他兩種方法。在國外大多數建筑采取的防煙系統設計中，都采取對防煙樓梯間、樓梯間前室以及消防電梯間的前室或者其合用前室配置單獨的加壓送風系統方法，其擁有非常顯著的防煙效果。因此最好在防煙樓梯間內和合用前室中設置互相單獨的系統，使其各自獨立完成加壓送風工作。利用機械加壓送風此類防煙系統的時候必須要關注防煙樓梯間、樓梯間前室以及合用前室顯示的正壓值。從防煙角度出發，送風的正壓值越高，則其送風效果越好，送風正壓值越低，則其送風效果越差。但在實際情況中，疏散門的朝向一般和疏散方向保持一致，加壓作用力的作用方向則和疏散方向恰好相反，當壓力過高時，極有可能出現疏散門打開困難的情況，甚至有可能出現在火災緊急情況下打不開門的困境，為火災疏散帶來較大困擾。為了避免此類情況發生，消防規范對此作出了明確的規定，要求防煙樓梯間的正壓值應當保持在40Pa到50Pa之間，樓梯間以及消防電梯間的前室與合用前室中的正壓值需要控制在25Pa到30Pa范圍之內[1]。

2 排煙系統研究

建筑大樓中能夠采取的排煙系統主要有兩種，一種是開啟建筑外窗進行自然排煙，另一種為機械排煙方式。兩種方式各有其適用的環境，具有不同的排煙效果和特征。例如高層建筑中需要根據其建筑類型配置合適的排煙設置。對于一類高層建筑而言，當內走道的長度長于20m時需要安裝排煙系統，建筑面積大于100m2并且人群停留時間較長或擁有較多可燃物的房間也需要進行排煙系統的安裝，除此之外，中庭以及人群停留時間較長或擁有較多可燃物的地下室也需要配置相關系統，二類高層建筑中高度高于32m的建筑需要配置排煙系統的區域與其一致。

2.1 自然排煙系統

當建筑內發生火災后，自然排煙系統可以對火災造成的熱壓加以利用，開啟建筑外窗或者配置的排煙窗將室內的煙氣向室外排出。自然排煙系統對外窗的設置要求較高，對于內走道而言，其總長度大于60m時，需要配置的外窗面積需要大于內走道總面積的2%。對于配置自然排煙系統的房間而言，其火災中可以開啟的外窗面積需要占據該房間總面積2%以上，只有達到以上面積要求，才能夠保證自然排煙系統具有一定效果。對于中庭而言，當其凈空高度不高于12m時，火災中能夠開啟的天窗或者高處側面窗戶面積在中庭地面面積中占據的比例應當大于5%。此時應當注意一點，對于室內建筑而言，其室內中庭具有12m的限制高度，當其高度大于12m時，火災發生時將會由于煙氣的上升產生煙氣層化，即煙氣高于一定高度時，空間溫度將會下降，煙氣將會產生回落，不再上升，而是向水平方向延伸，導致煙氣無法通過窗戶向外排出[2]。在防煙分區之中，排煙口會處于關閉狀態，其需要配置與其配套的手動開啟裝置與自動開啟裝置，并且其和最遠點之間的水平距離需要保持在30m之內。

2.2 機械排煙系統

當需要配置排煙系統的建筑并不擁有自然排煙條件的情況下，無法配置自然排煙系統時，需要進行機械排煙設施的設置。配置機械排煙設施時需要注意走道排煙面積的計算，其需要將走道地面的面積加上和走道連接的沒有窗戶的房間面積或者安裝了固定窗戶的房間面積，但并不包括安裝了能夠開啟的外窗房間面積。對于配置了機械排煙設施并且建筑室內的凈高不大于6m的場所需要進行防煙區域的劃分，劃分后的每個分區需要保證其建筑面積小于500m2，此類區域不能夠跨越防火分區。防煙分區進行分隔時利用的結構梁和不燃物體需要保證隔墻與頂棚下的凸出大于500mm，頂棚或者吊頂之下的凸出大于500mm。防煙分區的設置可以保證火災發生一定時間后，現場造成的高溫煙氣不會發生隨意擴散的現象，便于排除工作的開展。對于配置了機械排煙設施的區域需要對其排煙風機工作的風量進行明確規定，當其擔負整個防煙分區的排煙工作或沒有進行防煙分區劃分的房間但其凈高高于6.00m時，其每平方米面積的風量應當滿足60m3/h。當其需要負擔兩個或超過兩個防煙分區的排煙工作時，則需要以其擔負的最大分區計算，即每平方米面積應當滿足120m3/h風量。設置機械排煙系統時需要滿足以下規定：橫向時應當按照防火分區進行機械排煙設置，豎向時應當將垂直排煙的管道設置于管井中，當排煙管道需要穿越防火分區時，需要將排煙的防火閥設置在穿越位置，設置的排煙防火閥需要與相關文件中地規定相符。通常情況下，排煙支管之上需要設置排煙防火閥，此類防火閥應當具備溫感功能，當煙氣的溫度比280攝氏度高時可以自動關閉。選用機械排煙風機時既可以選取離心風機，也可以選擇排煙軸流風機，機房的入口處同樣需要設置具有煙氣的溫度比280攝氏度高時可以自動關閉功能的排煙防火閥。當任意一個排煙口開啟或者排煙閥處于開啟狀態時，排煙風機應當自動啟動。機械排煙系統中使用的排煙管道必須由不燃材料進行制作，對于安裝在吊頂之中的排煙管道而言，其隔熱層也必須使用不燃燒材料，其和可燃物之間的距離必須保持在150mm之外[3]。

3 相關問題探討

某地鐵控制中心大樓位于TOD地塊東北角，北部位置與魁奇二路相臨近，東部位置與規劃路相臨近，本工程控制中心由多個部分組成，分別為二號線路控制中心和線網指揮中心預留設計，其中，前者包括線網運營管理調度指揮中心、線網清分中心等。在通風空調和防排煙設計中，充分貫徹落實有關規范，故取得了良好的成效。本章節接下來會分析相關問題，具體內容如下所述：

3.1 擋煙垂壁的設置

設置擋煙垂壁，是地鐵控制中心暖通設計中防排煙系統的重要組成部分，為充分發揮擋煙垂壁的作用，在設置過程中，應遵循以下幾方面的要點：第一，擋煙垂壁的有效下降高度不得低于500m；第二，如果所設置的擋煙垂壁類型為卷簾式，其單節寬度應小于6m；第三，如果所設置的擋煙垂壁類型為翻板式，其單節寬度應小于2.4m；第四，卷簾式擋煙垂壁，其大小應超過0.1m，翻板式大小應超過0.02m；第五，擋煙垂壁邊沿與建筑表面之間的距離，應該以最小距離為宜，盡量不要超過0.02m；第六，在設置擋煙垂壁時，還要對其下降高度、單節寬度進行有效的把控，其中，前者不得低于0.5m，后者視類型而設置，其中，卷簾式不得超過6m，翻板式不超過2.4m。

如果單節擋煙垂壁寬度，與防煙分區要求不符時，可以對多節垂壁進行使用，通過搭接的方式，使垂壁寬度增加，同時保證其寬度滿足以下要求：第一，卷簾式的寬度應超過0.1m，翻板式的寬度應該超過0.02m。此外，其邊沿和建筑結構表面的距離應該達到最小。地鐵車站內使用的擋煙垂壁，其材質應該為不燃材料，在設置時，需要以頂棚為起始點，通過下垂的方式，完成擋煙設施的固定，其中，擋煙設施的下垂長度不得低于0.5m。在設置擋煙垂壁時，還要對高精度激光水準儀、水平尺進行利用，其目的在于保證擋煙垂壁的垂直精度與要求相符。

3.2 自然排煙窗的設置

自然排煙窗設置的好壞，與防排煙系統運行效果息息相關，為此，該地鐵中心在設置自然排煙窗時，遵循了以下方面的要點：第一，自然排煙窗需要在排煙區域頂部和外墻處設置。如果在外墻上設置，應確保其口底標高超過室內高度的50%，同時，還要設置便于開啟的裝置。究其原因，主要是這種設置方式，可以提高人群疏散的效率。第二，如果自動排煙窗設置位置為外墻，還要依據下述規定，對排煙面積加以明確：

①如果開窗角度超過70度，需要將窗的面積作為依據，準確計算排煙面積；②如果開窗角度低于70度，需要按照計算排煙面積。

3.3 風管材料的選取

在查閱資料后得知，鍍鋅鋼板風管是地鐵控制中心中應用最為普遍的風管，此類風管的主要材質為鍍鋅鋼板，在經過咬口和機械加工后方可成形，可以現場制作，同時具備較高的設計價值。為保證風管的質量，建議地鐵單位在選擇風管時，對其材料質量、出廠合格證明和質量鑒定文件進行檢查，如果不具備上述文件，應檢查風管外觀，確保其外觀與下述要求相符：第一，板材表面不能存在缺陷，應該保持平整，厚度適中，不得存在凹凸、裂紋和結疤等現象；第二，型鋼需要等型，不能存在缺陷，比如：氣泡、裂紋等；第三，其他材料不能存在缺陷，避免影響風管的使用性能；第四，如果將鍍鋅金屬管作為排煙管道，則排煙風速應低于20m/s。

4 設計優化措施

4.1 加強走道管線密集區的管線合理化布置

結合上文可知，地鐵工程機電安裝設備眾多，設備管線也較為集中，尤其是走道管線密集區更是如此，如果管線布置不合理，不僅會影響各類設備的使用性能，還容易引發火災風險。為此，加強走道管線密集區的管線合理化布置，具有十分重要的意義。本文針對管線合理化布置，提出了以下幾點建議：

第一，圖紙會審：首先，應該將設計單位提供的管線圖作為依據，同時與其他系統合作共同審核圖紙，比如：照明系統、動力系統等，如果發現圖紙存在不足之處，可以提出相應的意見，最后由設計單位重新審核。

第二，圖紙優化：由于地鐵控制中心綜合管線圖紙涉及到眾多專業，且圖紙數量較多，并且，這些圖紙只能對干道、干管路徑進行反映，再加上施工現場復雜程度較高，故要求設計單位做好圖紙優化。在優化圖紙的過程中，還要對以下原則加以遵循：①將通風空調圖作為優化圖紙的前提條件，有關單位在安裝設備和敷設管線時必須遵循合理的順序，具體為通風空調-給排水消防-動力照明-供電系統，對于存在管線觸碰的位置，需要及時調整，調整原則為小讓大、軟讓硬和弱讓強。②在布置管線的過程中，需要將電纜橋架和水系統進行區分，其目的在于降低管道泄漏所造成的危害。如果不能分開布置，應使用保護套對電纜進行保護[4]。③將重力流管道作為首要布置對象，并使其坡度滿足要求，從而使水流通暢的要求被有效滿足。④對施工順序進行把握，將需要先施工的管線放置到里邊，同時在易施工的位置處放置需要保溫的管線。⑤視管線管徑的大小，確定布置順序，管徑大的管線應優先布置，而管徑小的管線，應后布置。

第三，綜合管線布置：由于走道空間較為狹窄，且需要通過眾多專線，在布置管線的過程中，必須重視布置順序、安裝操作距離的把控，同時預留足夠的空間，用于維修和支架吊架放置。

4.2 合理設計外窗

合理設計外窗，對于地鐵控制中心消防排煙水平提升而言，可以起到十分重要的作用。具體設計要求如下：第一，在結構工程完工后，且通過驗收，方可進行外窗的設計；第二，將圖紙中的尺寸作為依據，對門窗預留尺寸和標高加以明確，如果尺寸不符，需要及時處理；第三，檢查原始結構施工過程中，門窗兩側所預留的鐵件，看其位置是否合理，是否會影響后續施工；第四，對門窗規格、尺寸和開啟方向進行檢查，確保其與圖紙要求相符；第五，檢查門窗是否存在缺陷，如果發現問題應及時維修。

4.3 科學設置排煙防火閥

排煙系統管道是排煙防火閥安裝的位置，在通常情況下，其始終保持開啟的狀態，在發生火災后，管道內氣體溫度超過280℃后，該閥會自動關閉，并且，在一定時間內，與耐火穩定性和完整性要求相吻合，能夠起到阻隔煙火的作用。其在地鐵控制中心防排煙設計中所起到的作用如下所述：防火閥屬于送風排煙系統的一種，其管路的復雜程度較高。在送風期間，風和煙會以主管為切入點，朝著其他支管移動，最終由排風機統一排出。

本工程的排煙防火閥主要設置在通風和空調系統的管道上，其目的為在火災發生后，利用該裝置防止高溫有毒煙氣傳輸，有利于保證人員的人身健康。此外，在設置防火墻時，應遵循以下方面的原則：

第一，排煙防火閥應該設置在風管穿越防火分區處；

第二，風管如果穿越空調機房樓板，需要設置排煙防火閥；

第三，排煙防火閥的材質應該為不燃材料；

第四，對于設置在排煙風機口處的排煙防火閥，其在280℃的條件下應自動關閉；

第五，防煙排火閥應該與抽風機相連，在排火閥停止運轉后，風機同步停止運行。

5 結論

總而言之，當前大多建筑采取自然通風系統與機械加壓送風系統的設計，自然排煙和機械排煙兩類系統具有其各自的優勢，在運用防煙、排煙系統時需要注意擋煙垂壁、自然排煙窗的設置與風管材料的選取，可以通過加強走道管線密集區的管線合理化布置、合理設置外窗以及科學設置排煙防火閥的措施以對防煙、排煙系統的設計進行優化。