現行標準下地鐵車站防煙設計探討

石胡興 SHI Hu-xing

（中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司，昆明 650200）

0 引言

近年來與其相關的規范標準進行了大量更新，近十年更新替換對地鐵防排煙設計有影響的主要規范有：《地鐵設計規范（GB 50157—2013）》（以下簡稱《地鐵規》）[1]、《地鐵設計防火標準（GB 51298-2018）》（以下簡稱《防火標》）[2]、《地鐵安全疏散規范（GB/T 33668-2017）》（以下簡稱《疏散規》）[3]、《建筑設計防火規范（2018年版）（GB50016-2014）》（以下簡稱《建規》）[4]、《建筑防煙排煙系統技術標準（GB 51251-2017）》（以下簡稱《煙標》）[5]等。

其中《地鐵規》、《防火標》、《疏散規》為地鐵行業專業標準已形成相對完整體系，地鐵工程主要依據這三本規范進行設計及消防驗收；地鐵車站兼具人防功能，《人民防空工程設計防火規范（GB50098-2009）》（以下簡稱《人防規》）[6]也是主要參考依據之一；《建規》、《煙標》適用性為綜合性和常規工業與民用建筑，地鐵工程在實施過程中也進行了大量參考借鑒。

本文對地鐵防煙設計區域（消防專用通道及內部樓梯）的主要類型進行分類總結，對其正壓送風系統設置進行探討，分析《建規》、《煙標》、《人防規》中的規定對地鐵建設的影響，并結合美國消防協會標準NFPA92[7]研究觀點對疏散門開啟數量取值給出建議。

1 消防專用通道及內部樓梯的類型簡介

1.1 地鐵消防專用通道常見的類型

第一種類型封閉樓梯間：從地面到車站站廳設備區，埋深小于等于10m（如圖1所示），首層有直通室外的疏散門；滿足自然通風條件，不設置機械加壓送風系統，應配合地面建筑在封閉樓梯間最高部位設置有效面積不小于1.0m2的可開啟外窗或開口（建議設置為與地面建筑裝修風格協調的防雨百葉）。

圖1 封閉樓梯間

第二種類型防煙樓梯間：根據《建規》6.4.4條，地下2層站消防專用通道樓梯間提升高度大于10m時采用防煙樓梯間（如圖2所示）；同理地下3層及以上站消防專用通道樓梯提升高度已大大超過10m，除《建規》以外《防火標》等地鐵行業規范也明確規定采用防煙樓梯間（如圖3所示）。防煙樓梯間設置機械加壓送風系統，應配合地面建筑在防煙樓梯間頂部位設置不小于1.0m2的固定窗。

圖2 防煙樓梯間（地下2層站）

圖3 防煙樓梯間（地下3層及以上站）

1.2 地鐵管理區內部樓梯常見的類型

管理區內部樓梯同樣通常參考《建規》6.4.4條以提升高度大于10m或提升層數在3層以上為依據設置防煙樓梯間，故有封閉樓梯間（如圖4所示）和防煙樓梯間（如圖5所示）兩種類型；因無直出地面，即使是封閉樓梯間也無自然通風條件，都需要設置機械加壓送風系統；根據《防火標》第8.1.2條條文解釋可知地鐵管理區內部樓梯頂部不具備開窗條件時，不要求開設固定窗。

圖4 封閉樓梯間（地下2層站）

圖5 防煙樓梯間（地下3層及以上站）

2 消防專用通道及內部樓梯正壓送風設置探討

正壓送風系統的設置，目的是發生火災時保證正壓區與煙氣區存在一定壓差從而阻止煙氣的侵入，對樓梯間、前室、走道的防煙設計壓差《煙標》沿用原《高層民用建筑設計防火規范》（以下簡稱《高規》）[8]中所引用的公安部四川消防研究所的研究成果，即《煙標》第3.4.4條規定（如表1所示）。

表1 《煙標》對防煙設計壓差的規定

當系統余壓值超過最大允許壓力差時應采取泄壓措施。這里的最大允許壓力差是避免影響疏散門開啟，參照美國消防協會的煙氣控制系統標準NFPA92第A.4.4.2.2條文制定。

系統余壓值的最大允許壓力差的數值，現以地鐵管理用房區常用的（0.9+0.3）m*2.1m疏散門為例進行計算：

即在110N的力量推閉門器開啟力矩M為45（N·m）的門時，門內外壓差不宜超過56Pa。

2.1 地鐵消防專用通道、內部樓梯的防煙系統按《煙標》設計計算風量的探討

《煙標》結合工程實測對原《高規》條文中的正壓送風設置原則和計算方法進行了修訂；原《高規》及《建規》對不具備自然通風條件的封閉樓梯間無加壓送風系統設置要求，現在按要求是必須設置。

原《高規》在條文中對機械加壓送風系統計算方法有簡要介紹，即國內普遍使用的壓差法和門洞風速法，計算及范例在《使用供熱空調設計手冊第二版》[9]有詳細介紹；《煙標》結合工程實測表明原門洞風速法因開門其他樓層仍然有壓差而漏風達不到門洞風速要求，于是明確了樓梯間加壓送風量Lj計算公式（3）。

其中L1為門開啟時規定風速所需風量（m3/s）：

L2為門開啟時其他門縫漏風量（m3/s）：

因此采用公式（3）計算樓梯間加壓送風量Lj時，合理的設計疏散門開啟的樓層數量N1直接影響地鐵消防專用通道、內部樓梯的防煙系統的設計計算風量。

2021年12月云南省住房和城鄉建設廳發布實施的《云南省建設工程消防技術導則（建筑篇）（試行）》（以下簡稱《導則》）第6.1.11條規定了樓梯間、前室的加壓送風量采用《煙標》）的公式法計算時，N1的取值要求（如表2所示）和封閉樓梯間的門洞風速v按不小于1.0m/s取值。

表2 《導則》對N1取值規定

按照《防火標》5.1.6條規定：“電梯、豎井爬梯、消防專用通道以及管理區的樓梯不得用作乘客的安全疏散設施”；根據地鐵車站管理要求，地鐵車站的工作人員在火災時應駐守崗位；從以上規定可知地鐵內的消防專用通道、內部樓梯的疏散使用與常規工程的防煙樓梯間、封閉樓梯間的疏散使用有很大的區別，所以關于地鐵消防專用通道、內部樓梯N1直接按照《導則》取值還有待商榷。

《導則》發布前參照《煙標》規定設計防煙系統的昆明某地鐵工程業已開通運營，現以該工程為例對地鐵防煙系統設計方法做一個概述：防煙樓梯間及封閉樓梯間的加壓送風計算值采用了《煙標》的公式計算，并比較《人防規》第6.2.1條規定的控制風量（如表3所示），按兩者大值選用，其中封閉樓梯間的控制風量參照16000m3/h設置。

表3 《人防規》對加壓部位最小控制風量規定

地鐵消防專用通道有直出地面條件，地面口部門由門禁系統進行管理，依據《防火標》第9.5.4條規定在火災工況時門禁系統控制門解禁或斷電自動解禁。從文字表述上類似NFPA92第A.4.6.1條文中“加拿大系統”的描述，即外門是疏散期間最有可能長時間打開的樓梯間門，地下疏散時門均為短暫不完全開啟，按《煙標》計算方法時地鐵消防專用通道樓梯間的N1不妨取值為2，對于（0.9+0.3）m*2.1m疏散門負擔地下1~4層的計算值列于表4，所得值即使按直灌送風取1.2倍也均小于25000m3/h，取大值即為25000m3/h。

表4 消防專用通道N1取值為2加壓風量計算值

內部樓梯間無論是封閉樓梯間或是防煙樓梯間，均設置帶閉門器防火門，均不直通室外；其中防煙樓梯間具有獨立前室，相比封閉樓梯間與走道間多一道防火門，相當于多一層煙氣進入的屏障，理論上防止煙氣侵入需要的風量更小才合理；按《煙標》計算方法時地鐵內部樓梯間的N1不妨取值為1，對于（0.9+0.3）m*2.1m疏散門負擔地下2~4層的計算值列于表5，所得值即使按直灌送風取1.2倍也均小于16000m3/h，封閉樓梯間取大值即為16000 m3/h；防煙樓梯間因《人防規》最小控制風量的規定，在設計中取大值即為25000m3/h。

表5 內部樓梯間N1取值為1加壓風量計算值

因《人防規》有最小控制風量相關規定，雖然按照《煙標》計算所得值遠小于最小控制風量要求，卻也不得不采用最小控制風量；在地鐵竣工前實際調試運行時，幾乎所有設置正壓送風系統的樓梯間均處于系統余壓值超過最大允許壓力差的狀態。本文對N1的取值僅為個人建議取值，針對地鐵正壓送風系統的實驗研究亟待深入，對于采用《煙標》計算所得值和N1取值的合理性，是否能達到設計的防煙性能有待實驗論證。

2.2 地鐵消防專用通道的正壓送風系統送風方式的探討

埋深大于32m作為采用兩點部位送風方式判據合理性有待商榷，參考NFPA92第A.4.6.4.1.2條文解釋高層建筑頂樓直灌送風時，直灌點附近樓層開門時可能流失所有風量和風壓，一樓疏散門長時間處于開啟狀態，此時直灌加壓送風系統特別容易失效。

對于地鐵埋深較大時，僅地面出入口直接與地面連通，下部各層近似于封閉狀態，在地面建筑開口部位直灌加壓特別容易失效，因此不應在地面建筑開口部位直灌加壓送風；因人防防護密閉門的存在，人防門框會阻礙風管穿過，在地鐵人防門框內采用直灌送風或多點送風更加合理；它們在性能、經濟性和空間合理性上到底誰更好還有待進一步研究。

3 結語

本文對實際工作中遇到的地鐵車站設備與管理用房區的防煙系統設計按照現行標準進行了主要研究探討，闡述了部分設計新舊規范設計的異同；以美國消防協會最新防煙控制標準為對比參考，雖然研究體系方法有異，但原理相同；隨著對地鐵等類似地下封閉空間防煙控制的實驗研究的增加，未來基于性能的防火防煙設計方法更加完善，可以讓整個標準體系更加先進適用，減少或消除不同規范相互之間的沖突，系統設計與實際運行工況更加適宜，希望本文能為提高地鐵工程設計品質起到一定作用。