地铁车站防排烟设计探讨

摘要地铁车站大部分位于地下，具有规模大，人员密集，疏散困难等特点。因此作为火灾情况下人员疏散的重要辅助手段，防排烟设计合理与否就显得非常重要。本文结合地铁设计规范及地铁车站防排烟设计中经常遇到的一些问题对地铁车站的防排烟模式进行了研究。并对地铁车站防排烟设计中会产生分歧的一些问题发表了自己的看法。

关键词地铁环控系统 防排烟 公共区 设备区 防烟分区

随着国民经济的快速发展，交通成为了制约城市发展的一个瓶颈。而城市轨道交通在解决城市交通方面具有快速、准时、不占用地面土地等独特的优势。但是由于大部分城市轨道交通线路均位于地下，这就对防排烟设计提出了更高的要求。本文主要对地下轨道交通防排烟设计中常遇到的几个问题进行探讨，希望能够起到抛砖引玉的作用。

常规地铁防排烟系统主要分为区间隧道防排烟系统及地下车站防排烟系统。下面笔者主要就车站防排烟设计中的几个问题发表一些浅见。

一、 站厅公共区的防排烟设计

《地铁设计规范》第19.1.34条规定地下车站的站厅和站台应设置机械防烟、排烟设施，同时第19.1.37条规定“地下车站站厅、站台的防火分区应划分防烟分区，每个防烟分区的建筑面积不宜超过750m2,”。在划分站厅防烟分区及排烟风机的设置上国内地铁模式基本相同，如图一所示

图一

但在排烟运行模式上大家理解不同方法各异。目前国内地铁站厅排烟模式主要有两种，第一种将站厅作为一个整体来考虑，只考虑一个运行模式，即只要站厅发生火灾，防烟分区A和防烟分区B同时开启排烟模式。第二种模式是在防排烟设计时将两个防烟分区分开考虑，即防烟分区A范围内发生火灾，那么只开启本区的排烟风机进行排烟，反之亦然。常规地铁车站站厅公共区长度约为90米左右，面积约为1500~2000m2。如此规模又位于地下，发生火灾时仅通过出入口进行疏散是非常困难的。通过对《地铁设计规范》的解读我们发现第19.1.37条就是为了保证在发生火灾时尽量延缓烟气的蔓延速度，为乘客及工作人员的疏散赢得宝贵的时间。第一种排烟模式在这方面存在这明显的缺陷，假如A区发生火灾，同时开启A区和B区的排烟风机进行排烟，那么将助长A区的烟气从A区向B区蔓延导致烟气迅速弥漫整个站厅，从而丧失火灾初期宝贵的疏散时间。第一种模式的缺点在这里就成了第2种模式的优点，防烟分区A发生火灾只启动本区的排烟风机进行排烟。因为有挡烟垂壁的阻挡作用，在火灾初期烟气一时难以弥漫至B区，那么乘客及工作人员就可以最大化的利用B区进行疏散。

在站厅排烟的补风设计上也存在两种主要的设计模式，一种是利用站厅公共区空调送风系统进行机械补风，一种是利用出入口通道进行自然补风。

根据空气流动的原理，需要排除某一区域的空气，同时也需要有另一部分的空气来补充。对于地铁车站来说，其周边处在封闭的条件下，只有有限的出入口通往地面，因此可靠稳定的补风就很重要。利用空调送风系统进行机械补风能够满足排烟工况下对风量的要求，但是送风口是均匀布置在整个站厅层，不能形成有效的引导气流帮助乘客疏散。那么利用出入口通道能否进行自然补风呢？一个标准车站有四个出入口，每个出入口宽度约为4.5m,高度约为3m。此外应该扣除人员疏散时占据的截面积，我们估算乘客平均高度为1.7m。四个出入口所能提供的通风面积计算如下：A=4.5x(3-1.7)x4=23.4m2在这里我们分两种情况来考虑所需的补风量，第一种情况下站厅整体排烟，按照规范要求补风量应为50%~80%。假设站厅公共区面积为1500m2,那么排烟量为1500x60=90000m3/h。所需的最小补风量为45000 m3/h。再来计算每个出入口的风速为：

45000÷23.4=1923m/h=0.534m/s。

也就是说在考虑自然补风的情况下每个出入口风速为0.534m/s。远小于人体所能感觉到的2m/s的风速。因次自然补风也可以满足排烟工况对补风量得要求，但是尚难以起到形成引导气流帮助乘客疏散的作用。我们再来考虑这两种补风模式对第二种站厅排烟模式的影响。如图一所示假设防烟分区A发生火灾，启动排烟风机进行排烟，所需的排烟量为45000 m3/h，所需的最小补风量为22500 m3/h。

利用出入口进行自然补风的情况下每个出入口得平均风速约为

22500÷23.4=961.54 m/h=0.267m/s。

也难以起到形成形成引导气流帮助乘客疏散的作用。那么我们再来考虑机械补风的情况如何。假设A区发生火灾，A区排烟风机启动排烟，同时开启B区空调送风系统进行补风。这时B区对A区就形成了正压，在阻止烟气从A区向B区蔓延的同时又满足了排烟补风量的要求。

通过对这两种补风方式的对比我们发现，两者都能够为排烟风机形成有效的补风。通过出入口自然补风可以使出入口通道对整个站厅形成相对的正压。同时应该考虑到因地面建筑及道路的限制，各出入口长短不一，有的甚至达到70多米。补风效果就受到很大影响。此外这种补风方式对站厅区域的气流基本无影响，因此对于烟气在站厅的流动不能形成很好的压制作用。而第二种补风模式可以使站厅公共区非火灾区域对火灾区域形成相对的正压，阻止烟气从火灾区域向非火灾区域蔓延。同时考虑到乘客最终需要通过出入口疏散至地面安全区域，因此补风量就不宜太大，以免影响乘客通过出入口通道的疏散，经过计算分析笔者以为机械补风的补风量限制在30%~50%左右为宜，其余的补风量通过出入口通道来满足。这样既可以使两个防烟分区形成相对的压差，又可以使出入口通道对站厅公共区形成相对的压差，以利于阻止烟气的蔓延速度。

综合以上分析，在站厅防排烟模式的选择上笔者以为分区排烟、另一端补风的模式要优于其它组合。

二、站台公共区的防排烟设计

防排烟设计的目的主要是为了便于人员疏散及为消防人员扑救火灾提供帮助。从这两个主要作用出发我们就能够更深入的了解防排烟设计的重点在哪里。

站台防排烟的设计重点就应该放在帮助乘客及工作人员从站台通过站厅迅速到达地面安全区域。为此现行《地铁设计规范》第19.1.39条规定“当车站站台发生火灾时，应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于具有1.5m/s的向下气流。”。在站台防排烟设计中这一条经常让设计人员难以满足。我们以120m长，10米宽的标准岛式站台为例来进行分析（如果是侧式站台的话更加难以满足该项规定）。《地铁设计规范》根据规范对人员疏散的要求，标准岛式站台最少需要设置两组楼扶梯，宽度为4.5m。高度取2.4m。那么总的面积是A=4.5x2.4x2=21.6m2。如果要保证站厅到站台的口部具有不小于1.5m/s的气流所需要的总风量为；L=1.5x21.6=32.4m3/s。而站台的一个防烟分区的排烟量则为120x10x1÷60÷2=10 m3/s。站台的总排烟量小于满足口部风速1.5m/s所需的风量。在这里就产生了一个问题，采取什么样的措施来满足站厅到站台楼扶梯口部1.5m/s的风速要求。下面我们就来分析所能采取的措施及各种措施的优缺点。

按照规范计算排烟量不能满足站厅到站台楼扶梯处口部风速，那么第一种选择就是加大排烟风机的排烟量来满足口部风速。因为地铁车站空间有限，各种管线错综复杂，公共区排烟风管通常与通风空调风管合用，排烟风口与空调回风口合用，排烟风口的设计通常需要同时满足空调回风和排烟工况下对风口的风速要求，在两者风量差距如此之大的情况下通常是难以兼顾的，此时排烟风口风速就会急速升高，在排除烟气的同时也会大量排除周围的空气，为了满足排烟风口风速的要求就需要增设单独的排烟风口，以便在火灾工况下开启来满足排烟风口风速的要求。此种方式的缺点主要是经济代价太大，因为排烟风机风量需要比实际所需增大2~3倍，同时还需要考虑增设专用排烟风口，也增加了系统控制的复杂性。

第二种方式是利用现有条件来满足该项规定。地铁车站通常设有为区间隧道通风及事故工况服务的隧道风机，还有为车站隧道排热服务的排热风机。在车站站台排烟量不能满足口部风速的情况下可以采用这两种风机来帮助排烟，这也是国内地铁目前通用的方法。区间隧道风机的风量通常约为60m3/s,车站隧道排热风机的风量通常为503m/s。在站台排烟工况下可以开启站台屏蔽门端门利用这两种风机同时参与排烟来满足站厅到站台楼扶梯口部1.5m/s的风速要求。

在上文中已经论述了根据防烟分区分区排烟的优点，在这里我们也将站台火灾分成两个防烟分区来分别考虑。那么如果站台一端的防烟分区发生火灾是否需要将车站所有的隧道风机和排热风机都启动参与排烟呢。这需要从两个方面来分析，一、风机全部启动对于乘客疏散的气流组织是否有利。二、如果全部启动对于站台疏散的气流组织不利，那么部分启动即只启动发生火灾那一端的风机能否满足楼扶梯开口部位风速的要求。根据烟气流动的规律我们知道如果将车站两端的隧道风机和排热风机都启动将助长烟气弥漫至整个站台区域，因此这两种风机全部启动参与排烟对于组织烟气的蔓延是不利的。通常一座地下车站每端各有两台隧道风机和一台排热风机，总的排风量为170m3/s。但是受到隧道通风系统及排热风机系统设计原理的限制，隧道风机和排热风机开启后并不能全部用来排除站台区域的烟气。经深圳地铁实际测试表明，分区排烟，同时开启火灾发生端隧道风机及车站排热风机来辅助排烟是可以满足站厅到站台楼扶梯开口部位向下1.5m/s风速的要求。

因为站台排烟受到《地铁设计规范》第19.1.39条的限制排风量是非常大得，因此补风量也就非常大。利用前文的假设及结论我们可以计算出一个拥有4个宽度为4.5m，高度为3m的地下两层标准岛式站台火灾排烟模式下所需的补风量最少需要16.2m3/s。利用出入口自然补风，理想情况下每个出入口的平均风速为0.7m/s。考虑到实际设计中每个出入口的长度及宽度均有差异，这个值是很不稳定的。并且因为补风路径过长会对排烟风机的运行工况产生一定影响。通过计算机模拟实验并结合现场测试我们发现如果出入口自然补风结合站厅层机械送风共同补风对于补风情况有极大的改善。但是站厅机械补风风量也不宜过大，如果风量太大就会对出入口通道的气流组织产生不利影响，经测试发现如果只开启站厅一端的公共区空调系统进行补风既可以有效改善补风气流组织，又对出入口的补风气流不会造成太多不利影响。

三、 设备管理用房区的防排烟设计

《地铁设计规范》第19.1.34条规定了“同一个防火分区内的地下车站设备管理用房的总面积超过200m2，或面积超过50m2且经常有人停留的单个房间；”应设置机械防烟、排烟设施。但是由于实际设计情况比较复杂，要做到即能满足实际情况又遵守规范大家理解不同做法各异。

规范规定同一防火分区内设备管理用房超过200m2，应设置防排烟措施。大家在计算面积时经常遇到的一个共同问题是到底什么房间面积要算，什么可以不算。一种笼统的做法是只要是房间都算面积，笔者以为不可，盲目的增大排烟量及排烟范围并不能做到更安全，甚至有可能造成不利影响。那么需要扣除什么房间呢，对此我们应做到两点；1、深刻理解规范对防排烟设置思路的理解。2、结合地铁实际情况来考虑设置了防排烟能否更有效的帮助人员疏散辅助灭火。

首先地铁内重要的设备房间均设置了气体灭火系统。这些房间在发生火灾后将迅速启动气体灭火系统进行灭火，如果在此时启动了排烟模式将对气体灭火系统造成很不利的影响。既然不需要排烟那就不必计入统计面积。

其次《地铁设计规范》及《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范 》都规定了消防泵房、污水泵房、厕所、盥洗室、茶水间、清扫室等无可燃物，不易发生火灾的房间在划分防火分区时，其房间面积可不计入。那么在划分防烟分区时可以不计入，是否需要考虑排烟呢。我们知道设置防排烟的目的是为了疏散及便于消防人员扑灭火灾。这些房间平时基本无人，也不作为火灾疏散安全区考虑，其本身也不会发生火灾。因此在统计面积时可以不必计入，也可以不必考虑设置机械排烟。但是有一种情况例外，如果这些房间相邻的走廊需要设置排烟设施，因为除消防泵房设置了防火门外，其它房间均为非防火门。因此如果相邻的走廊设置了排烟设施，那么在计算走廊排烟量时应该将非防火门的房间面积计入。

对于环控机房要不要设置排烟设施，如果设置，什么条件下设置大家争议较大。有些地方环控机房面积超过50m2就设置了机械排烟系统，有些地方面积超过200m2才设置机械排烟系统。根据规范要求同一个防火分区内的地下车站设备管理用房的总面积超过200m2，或面积超过50m2且经常有人停留的单个房间都需要设置机械排烟系统。那么毫无疑问，面积超过200m2是肯定要设的，但是面积超过50 m2不到200m2的环控机房怎么处理。《高层民用建筑设计防火规范》和《地铁设计规范》均规定了面积超过50m2的单个房间设置机械排烟的条件是经常有人停留，或可燃物较多。而环控机房除了设备检修时间外是无人值守的，且房间设备及材料均为不燃或难燃材料，从这两点考虑，超过50 m2不到200m2的环控机房是可以不设置机械排烟系统的。

《地铁设计规范》第19.1.34条规定了 “最远点到地下车站公共区的直线距离超过20m的内走道；连续长度大于60m的地下通道和出入口通道。” 应设置机械防烟、排烟设施。根据规范要求建筑专业通常会在设备管理用房比较多的一端设置一个直通地面的疏散楼梯。有的疏散楼梯和疏散走道单独设置，有的结合设备区走廊设置。在对这个走道的理解上大家经常产生分歧，有的设计者认为这个疏散楼梯直通室外，与之相连的走道可以理解为一个地下通道或者出入口通道，因此在判定是否设置排烟措施时采用连续长度是否大于60m。有的设计者直接套用规范原文“最远点到地下车站公共区的直线距离超过20m的内走道”根据最远点到公共区的距离是否超过20m来判断是否设置排烟措施。根据《地铁设计规范》第19.1.34条的条文解释我们知道，规范制定者在制定这条规定时的依据是考虑到设备管理用房区工作人员的疏散路径从内走道到达车站公共区再经由出入口疏散至地面。在实际设计工作中设计了直通地面疏散楼梯的设备管理区的人员疏散是可以既从公共区疏散又能从设备管理用房区疏散楼梯疏散至地面的。因此笔者以为，规范这一条应该改为“最远点到地下车站公共区或者直通地面的安全出口处的直线距离超过20m的内走道”设置机械排烟措施。这也与试验观测人在浓烟中低头掩鼻最大行走距离为20~30m的结果是相一致的。以免引起设计人员的争议。

五、结束语

地铁火灾具有危害大，人员疏散困难的显著特点。因此防排烟设计应该慎重考虑。在有必要的条件下应该对多种设计模式进行现场试验，以帮助设计人员选择更加合理的防排烟模式。从而保证我国地铁建设更快更好的发展。