市域铁路地下站站台公共区排烟方案研究

王 康



市域铁路地下站站台公共区排烟方案研究

王 康

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

结合市域铁路地下车站的特点，分析市域铁路地下车站站台层排烟系统设计中存在的难点。以某市域铁路地下车站为例，采用CFD模拟的方法，通过对不同的火灾排烟系统设计方案的模拟研究，提出能确保此类地下车站站台消防安全的排烟系统设计方案。

市域铁路；地下车站；排烟系统；消防安全

0 前言

随着我国社会发展水平的提高，城市化速度不断提高，城市交通发展问题日益突出。城市轨道交通以其客运量大、速度快、污染少等特点在公共交通中占有相对优势，备受世界各大城市青睐[1-3]。市域铁路是近年来随着经济发展和人们对于快速出行需求不断渴望而出现的新的铁路形式，国内尚没有与之相对应的设计规范，目前暖通专业防排烟系统具体设计参考的是《地铁设计规范》[4]。笔者以某市域铁路地下车站的排烟系统设计进行数值模拟研究，探讨市域铁路地下车站的消防安全设计。

1 工程概况

某市域铁路地下车站为地下二层侧式站台车站，本车站标准段外包总长268m，宽34.8m。总建筑面积16945.5m2，其中站厅建筑面积6283m2，设备及管理区建筑面积4431m2，站台面积2050m2。公共区利用单层排烟口控制排烟区域，其中站厅、站台层公共区划分为4个防烟分区，设置2套机械排烟系统，最大两个防烟分区面积分别为1940m2和1880m2，排烟风机按照排除最大两个防烟分区的烟量配置，按1m3/m2·min计算排烟量，排烟风机风量为132000m3/h，排烟风机分别设置于1#空调机房和2#空调机房。图1为车站公共区排烟系统原理图。

图1 车站公共区排烟系统原理图

2 防排烟设计难点

根据文献[4]第28.4.10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能够有效阻止烟气向上蔓延的气流，且向下气流速度不应小于1.5m/s”。车站防排烟设计中，单个站台面积1025m2，排烟量按1m3/m2·min计算为61500m3/h，设计取62000m3/h，单个站台楼梯开口面积和为85.5m2，再无其他辅助排烟措施的条件下，向下气流速度仅为0.2m/s，远远达不到规范要求。

3 车站站台公共区排烟方案

为满足站厅到站台的楼梯和扶梯口处的向下气流速度不小于1.5m/s，本论文研究内容是开启隧道风机、排热风机[5]、屏蔽门以及屏蔽门上方设置的排烟口做为辅助排烟措施的可行性。

3.1 理论计算

本工程项目隧道通风机房设置2台风量为70/50m3/s，压头为1100/1000Pa的排热风机（兼排烟风机）和4台风量为70m3/s，压头为1100Pa的隧道风机，当站台发生火灾时，为了能使排热风机和隧道风机发挥作用，站台和轨行区之间必须存在通路，目前比较普遍的做法是打开火灾侧屏蔽门端门，端门尺寸为2000mm×1000mm，但是区间隧道洞口（5500mm×6500mm）此时也会对排风产生影响。站台火灾时仅开启排热风机或者隧道风机作为辅助手段时，仅从计算角度，站厅到站台的楼梯和扶梯口处的向下气流速度=（70×2＋62000/3600）/（85.5＋5.5×6.5×2）=1.0m/s，且隧道洞口尺寸很大，并更靠近隧道排风风孔，大量气流会来自区间隧道，实际风速要小于1.0m/s；当同时开启排热风机和隧道风机时，仅从计算角度，站厅到站台的楼梯和扶梯口处的向下气流速度=（70×4+62000/3600）/（85.5+5.5×6.5×2）=1.89m/s，计算值虽然满足了规范要求，但是此辅助手段同样有大量气流会来自区间隧道，此时需要模拟研究站厅到站台的楼梯和扶梯口处的实际向下气流速度，并且研究是否还需要其他辅助方案。

3.2 站台防排烟设计方案

本文将对五种站台防排烟方案进行模拟研究，具体方案设置情况详见表1。

表1 防排烟方案表

注： √—开启，X—关闭

4 模型建立及优化

4.1 车站站台模型

本文利用CFD技术进行模拟计算，CFD软件核心的计算方程是纳维－斯托克斯方程，其中包含了能量、动量以及连续性的关系[6]，通过求解纳维－斯托克斯方程来解决质量、动量和能量的传输问题[7]。在根据实际方案利用CFD技术进行建模过程中，在保证模拟结果可靠性的前提下进行以下适当的简化：

（1）因为整个车站及隧道尺寸较大，根据站台区域模型对称的特点，为了提高计算速度，在不影响计算结果的前提下，将其作简化处理：计算四分之一站台层，通过设置镜像墙来完成整个计算，在CFD技术中镜像墙的设置不影响室内的气流组织情况[8]；轨顶排热风道每组排热风孔合并为一个大的风孔，总面积保持不变；模型整体长度取10倍的车站长度。

（2）为了简化计算，提高计算精度，站台设备区的房间，均简化为整个模块。

通过以上简化，根据站台实际尺寸所建立的模型如图2所示。

图2 车站站台层模型

4.2 模型边界条件

车站排烟系统排烟风机、排烟风口以及站台屏蔽门设计参数：

（1）车站公共区排烟系统设置2台风量为132000m3/h，全压为1000Pa的排烟风机，排烟风机分别设置于1#空调机房和2#空调机房；

（2）隧道通风机房设置2台风量为70/50m3/s，压头为1100/1000Pa的排热风机（兼排烟风机）和4台风量为70m3/s，压头为1100Pa的隧道风机；

（3）每个侧式站台各设置4个1000mm×1000mm的单层百叶排烟风口，设计风量15500m3/h；

（4）车站屏蔽门端门尺寸按2000mm×1000mm考虑，屏蔽门尺寸按4000mm×2000mm考虑；

（5）轨顶排热风道每条风道设置2组风孔，每组风孔包含5个2000mm×500mm风孔；

（6）屏蔽门上方辅助排烟口尺寸1000×500mm，风口底标高分别为4.15m和5.2m，风口间距15m；

（7）每侧站厅楼梯和扶梯口处至站台开口面积85.5m2。

5 模拟结果

5.1 统计计算结果

统计计算结果如表2所示。

从表2可以看出，当站台发生火灾进行排烟时，方案一除了开启站台层公共区排烟口进行排烟外，同时辅助开启排热风机，隧道风机和站台屏蔽门端门，模拟计算结果为楼梯口LTK-1和LTK-2向下气流速度分别仅为0.47m/s和0.46m/s，分析原因为站台屏蔽门端门门洞尺寸远小于区间隧道洞口尺寸，排热风孔和隧道风孔排走的风量大部分来自区间隧道洞口，对于增加楼梯口向下气流速度的效果并不明显；为了增强站台火灾排烟时排热风机和隧道风机的开启对楼梯口向下气流速度增加的效果，方案二增开了与屏蔽门端门最近的屏蔽门1，模拟计算结果为楼梯口LTK-1和LTK-2向下气流速度分别为1.08m/s和0.98m/s，相比较于方案一楼梯口向下气流速度有大幅度的提高，但是未满足楼梯口向下气流速度不小于1.5m/s风速的要求；方案三相比较于方案二增加开启了相邻的屏蔽门2，模拟计算结果为楼梯口LTK-1和LTK-2向下气流速度分别为1.40m/s和1.31m/s，仍未满足楼梯口向下气流速度不小于1.5m/s风速的要求；方案四相比较于方案三增加开启了相邻的屏蔽门3，模拟计算结果为楼梯口LTK-1和LTK-2向下气流速度分别为1.32m/s和1.42m/s，楼梯口的向下气流速度仍未达到1.5m/s以上，未满足规范要求，并且相比较于方案三，楼梯口向下气流速度基本变化不大，可以看出站台火灾利用隧道风机和排热风机辅助排烟时，站台中间部位屏蔽门的开启或关闭对楼梯口向下气流风速的影响较小。方案五中为了增大公共区与车站隧道之间的通路，相比较于方案三在轨顶排风道和屏蔽门上方增加设置排烟口PYK，此工况中楼梯口LTK-1和LTK-2向下气流速度分别为1.72m/s和1.78m/s，气流速度达到1.5m/s以上，满足了规范要求。

表2 楼梯口向下风速表

5.2 推荐方案五气流流场分析

图3为方案五速度矢量场的剖面图，典型截面一为Z方向=2m剖面，典型截面二为X方向=33m剖面，典型截面三为Y方向=3m剖面。

图3 推荐方案五中3个典型截面速度场

图4 典型截面一速度矢量场

图5 典型截面二速度矢量场

图6 典型截面三速度矢量场

站台公共区发生火灾时，启用方案五进行排烟，由图3可以看出，站厅通向站台的楼梯口形成向下气流，但从剖面中可以看出站台公共区排烟口对站厅对站台向下气流速的的影响较小，由图4至图6可以看出，隧道通风系统和车站排热系统开启后，大量空气通过站厅和站台之间的楼梯口进入站台公共区，使楼梯口形成满足规范速度要求的向下气流，然后通过站台公共区与车站隧道之间开启的联通通路进入车站隧道，同时区间隧道也有空气进入车站隧道，两股气流通过活塞风孔和排热风孔排出车站。

6 结论

通过CFD技术对市域铁路地下站站台层排烟系统方案进行模拟研究，分析模拟及计算结果得到以下结论：

（1）站台公共区发生火灾时，仅开启车站排烟风机不能满足站厅到站台的楼梯和扶梯口处的向下气流速度不小于1.5m/s的要求，必须辅助开启排热风机和隧道风机。

（2）站台公共区发生火灾时，除了辅助开启排热风机和隧道风机，应尽量增大站台公共区与车站隧道之间的联通面积，具体措施有开启屏蔽门和在屏蔽门上方设置排烟口；

（3）站台公共区发生火灾进行排烟时，开启中间部位屏蔽门对楼梯口向下气流速度的影响较小；

（4）站台公共区发生火灾进行排烟时，开启屏蔽门上方设置的排烟口对楼梯口向下气流速度的增加作用明显。

[1] 邓保顺.城市轨道交通地下车站公共区排烟系统分析[J].制冷与空调,2009,23(6):9-11.

[2] 沈建明.枢纽闲置铁路发挥城市轨道交通功能研究[J].铁道标准设计,2012,(1):10-11.

[3] 杨舟.我国市域轨道交通发展策略研究[J].铁道标准设计,2013(5):27-28.

[4] GB50157-2013,地铁设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

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[8] 李安桂.空气射流、浮力尾流和浮力射流的统一性[J].暖通空调,1998,28(5):55-58.

Study of Purging System for Platform Public Area in the Underground Station of Commuter Rail

Wang Kang

( China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd, Wuhan, 430063 )

According to the characteristics of the underground station of commuter rail, the paper analysis of difficulties existing in the purging system of platform. the paper takes some underground station of commuter rail as an example, studys different purging system designs with CFD simulation, propounds the safe purging system of platform.

Commuter Rail; The underground station ; purging system; fire safety

1671-6612（2018）01-046-04

TU834

A

王 康（1987.2-），男，硕士研究生，工程师，E-mail：wkdhy2428@163.com

2017-06-03