市域（郊）鐵路長站臺半橫向排煙方案研究

趙超

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

0 引言

我國在“十四五”規劃和2035 年遠景目標建議中提出：“推進城市群都市圈交通一體化，加快城際鐵路、市域（郊）鐵路建設，構建高速公路環線系統，有序推進城市軌道交通發展。”市域（郊）鐵路作為一種新型軌道交通，連接都市圈中心城市城區、衛星城及周邊重點城鎮，為通勤客流提供速度快、運量大、公交化的運輸服務，上海機場聯絡線是我國首例市域與國鐵列車共線運行的市域（郊）鐵路。與此同時，市域鐵路與國鐵路網互聯互通線路特色下的長站臺排煙成為新的研究課題。基于此，文章主要對市域（郊）鐵路長站臺半橫向排煙方案進行研究，以期為相關工作提供借鑒。

1 煙氣控制性能指標及防排煙標準

煙氣是火災中造成人員傷亡的最主要因素，主要表現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、可見度，所以在分析火災對疏散的影響時，一般從這三方面進行討論。

由于地鐵隧道內通道狹窄、亮度低、人員密集等，發生火災時影響人員安全疏散速度、逃生路線選擇以及逃生時間的因素很多，情況非常復雜。因此，地鐵火災人員逃生是一個跨學科的研究內容，目前沒有權威性的數據或公認的結論。

NFPA130、PIARC 及《中國消防手冊》推薦的判定指標較為科學[1]。基于此，文章采用以下4 個指標作為站臺公共區的人員疏散環境控制指標：

第一，人員高度（站臺公共區2m 高度處）的最高溫度不超過60℃。

第二，火源30m 外對應煙氣溫度不超過180℃。

第三，人員高度處（站臺公共區2m 高度處）CO 濃度不超過250ppm。

第四，人員高度處（站臺公共區2m 高度處）能見度不小于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造條件，站臺公共區的人員疏散環境控制指標應滿足《地鐵設計規范》（GB 50157—2013）關于樓梯風速1.5m/s 的要求[2]。

2 研究方案

上海某市域鐵路車站為地下兩層側式車站，有效站臺寬度8.5m+8.5m，凈高6.75m，長度約200m。根據該站設計方案，排熱風機的風量為30m3/s，共4 臺；隧道風機的風量為120m3/s，共2 臺；大系統排煙風機風量為23.86m3/s，共4 臺。

站臺公共區采用半橫向排煙，排煙風口5、6 靠近中部，排煙風口4 布置于兩側樓梯中部，輔助排煙風口位于兩側（見圖1），煙氣由站臺公共區的排煙管及18個排煙口排出，主要由5 個樓扶梯口進行自然補風。

圖1 排煙口位置及編號示意圖（排煙口對稱布置）

3 方案模擬

結合排煙方案，利用Pyrosim 建立車站實體模型進行模擬，依據相關設計方案設置排煙道、排煙管以及頂部、側部排煙口，同時在五個樓扶梯口處設置由頂部向下延伸至3.7m 高度的擋煙垂壁，火源布置在站臺中部，建立站臺FDS 模型，火源功率為2.5MW，火災特征直徑為1.383m，對火源至兩側最近樓扶梯口區域的網格進行加密，共劃分815760 個網格。

邊界條件設置如下：

樓扶梯口，壓力自由邊界條件（Open）；站臺區排煙口，速度（排風）邊界條件，具體位置如圖1 所示，技術參數如表1 所示。

模擬火源火災規模為2.5MW，火源尺寸為1×1m，設置為快速t2火，火災增長系數ɑ=0.047kW/s2，在站臺中部近樓扶梯口位置設置單位面積火源。

3.1 溫度場分析

根據圖2 可知，在火災發生180s 內，由于火源初步開始燃燒，溫度上升較為緩慢，高溫煙氣較為集中；火災發生180s 后，火源功率逐步提高，隧道內的高溫煙氣迅速產生并蔓延，大量高溫煙氣仍聚集在火源頂部周圍并逐漸穩定，站臺中部頂部溫度較高，而人員高度（2m）處溫度較低，除火源區域外，部分溫度維持在26～38℃，未超過60℃，滿足人員疏散要求。

圖2 站臺層溫度分布云圖

3.2 CO 濃度分布

從圖3 可以看出，在火災發生180s 內，火源附近CO 濃度較高，同時煙氣自然蔓延擴散較慢，并受直梯、樓扶梯等障礙物的遮擋，在站臺中部頂部逐漸匯集，在頂部角落處煙氣CO 濃度也較高。火災發生180s 后，在排煙設備的作用下，煙氣向站臺兩端快速移動，CO 也逐漸向兩端擴散，濃度越來越低，人員高度（2m）處CO 濃度最高達100ppm，滿足人員疏散要求。

圖3 站臺層CO 濃度分布云圖

3.3 可見度分布

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

圖4 站臺層可見度分布云圖

3.4 樓扶梯口平均風速

圖5 中，由站臺經樓扶梯口流向外部的風向為正方向，反之為負方向。在火災發生180s 內，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，說明存在正向風速，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，同時受到煙羽流的卷吸作用，說明樓扶梯口1、3、4 存在負向風速。火災發生180s 后排煙系統開啟，平均風速迅速增大到2.5m/s 以上，樓扶梯口1～4 斷面面積相等，平均風速較為接近，樓扶梯口5 斷面面積較小，平均風速為所有樓扶梯口中最大值，約3.7m/s。5 個樓扶梯口均滿足規范中大于1.5m/s 的風速要求。

圖5 樓扶梯口平均風速

4 結論

第一，采用半橫向排煙，大系統排煙風口靠近中部樓梯口設置，輔助排煙風口兩側設置，發生火災時關閉所有站臺門，除火源正上方及附近煙氣溫度和濃度較高、可見度較低外，站臺其余區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境要求。

第二，排煙系統開啟后，中部樓梯可保證約3.7m/s 的風速，其余樓梯可保證2.5m/s 的風速，大于規范中1.5m/s 的風速要求，滿足人員疏散環境要求。