新标准下地铁车站防排烟设计若干问题探讨

姚富宏

(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)

引言

伴随着城市轨道交通工程的快速发展及国家工程建设规范、标准体系的逐步完善，给地铁建设者们带来更多发展机遇的同时，也带来了诸多需要面临新的问题和挑战。

目前，与地铁防排烟设计相关的国家现行规范、标准主要有：GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》[1]、GB 50157—2013《地铁设计规范》[2]、GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[3](以下简称“烟规”)、GB 51298—2018《地铁设计防火标准》[4](以下简称“火规”)等。以上规范及标准因发布时间、编制背景等不同，使设计人员在理解及执行条文的过程中，带来了一些困惑。本文根据以上几本规范，并结合工程实际，对部分设计工作常见问题进行分析、探讨，供同行参考，不妥之处望不吝指正。

1 关于“烟规”是否适用于地铁工程的问题

GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》是我国第一本内容全面、体系科学合理、具有较强可操作性的建筑防烟排烟系统技术标准，是在总结我国建筑防烟排烟经验和科研成果的基础上，参考国际上相关的技术标准，结合建筑的特性和火灾烟气发展规律等进行编制的[5]。2018年8月1日起该规范正式实施，其是否适用于地铁工程的防排烟设计，成为设计师们面临的首要问题。

“烟规”第1.0.2条规定[3]，“本标准适用于新建、扩建和改建的工业与民用建筑的防烟排烟系统的设计、施工、验收及维护管理。对于有特殊用途或特殊要求的工业建筑和民用建筑，当专业标准有特别规定时，可从其规定”。笔者认为，地铁工程属有特殊用途的交通建筑，除专业规范有明确条文规定外，“烟规”中非个性化、普遍适用的通用性条文(如防烟排烟管道材质、防烟排烟管道风速、管道的耐火极限、排烟口位置、排烟防火阀设置及控制要求等)应参照执行[5]。

2 关于防烟分区划分的问题

“烟规”第4.2.4条[3]，对公共建筑防烟分区的最大允许面积及其长边最大允许长度的规定见表1。

表1 “烟规”对防烟分区最大允许面积及其

“火规”第8.1.5条，对地铁车站站厅公共区、站台公共区、设备管理区的防烟分区最大允许面积的规定见表2。

表2 “火规”对地铁车站防烟分区最大面积的规定

2.1 防烟分区最大允许面积

(1)标准地下车站站厅、站台公共区的空间净高为：一般情况下均小于6.00 m，根据“烟规”，此种情况下防烟分区的最大允许面积不应超过1 000 m2。而根据“火规”，站厅公共区内每个防烟分区的最大允许建筑面积不应大于2 000 m2，站台层公共区可划分为一个防烟分区。可见二者存在明显不一致的情况，设计时建议按《地铁设计防火标准》的要求执行。

(2)地下车站设备及管理用房区因吊顶形式不同，一般情况下其空间净高为2.50～6.00 m不等。“烟规”根据空间净高不同，规定防烟分区的最大允许面积为500 m2或1 000 m2，而根据“火规”，设备管理区内每个防烟分区的最大允许建筑面积不应大于750 m2，二者亦存在明显不一致的情况，设计时建议按《地铁设计防火标准》的要求执行。

2.2 防烟分区长边最大允许长度

(1)地铁车站的长度由车辆类型、编组数量、设备用房布置及地面条件等因素综合确定，一般标准地下车站有效站台的长度为120，140，186 m不等，车站宽度为20～25 m不等，以上车站结构尺寸决定了地铁车站公共区是一个“窄而长”的建筑空间。以站厅公共区长140 m、宽20 m的某车站为例，执行“烟规”、“火规”时该区域的防烟分区划分示意分别见图1、图2。

图1 “烟规”下某车站站厅层防烟分区划分示意(单位：m)

图2 “火规”下某车站站厅层防烟分区划分示意(单位：m)

由图1、图2可见，若严格执行“烟规”中对防烟分区长边最大允许长度的规定，上例中的站厅公共区需划分为4个防烟分区数量，对排烟管路布置、系统控制等均提出了更高要求，增加了综合管线的布置难度及控制点。同时，对于站台公共区来说，防烟分区的最大长边尺寸达120 m以上，也远远超过了“烟规”对防烟分区长边最大允许长度的要求。

根据以上分析，考虑到地铁建筑的结构特点，建议车站公共区防烟分区划分时严格执行“火规”，有条件时尽量使各防烟分区面积相近且形状方正，不必受防烟分区长边最大允许长度的限制。

(2)对于地铁设备管理区，与常规公共建筑别无两样，其防烟分区的长边最大允许长度可严格按“烟规”要求执行。需要说明的是，地铁设备管理区走道的宽度一般小于2.5 m，其防烟分区的长边最大允许长度可放宽到60 m。

2.3 排烟口与挡烟垂壁的安装高度

防烟分区确定后，排烟口与挡烟垂壁的相对安装高度也是“烟规”、“火规”实施后带来的一个新话题，两个规范都明确规定排烟口必须设置在储烟仓内。

“烟规”第4.2.2条指出[3]，“当吊顶开孔不均匀或开孔率≤25%时，吊顶内空间不得计入储烟仓厚度”，言外之意是此种情况下挡烟垂壁应设置在吊顶面以下，吊顶内相应位置也应采用不燃烧体进行防烟分隔。因地铁车站公共区为大空间，其吊顶形式多为开孔率>25%的镂空吊顶，故挡烟垂壁应从顶板面开始计算。“火规”第8.2.5条第3款规定[4]，“排烟口底边距挡烟垂壁下沿的垂直距离不应小于0.5 m”，设计时应严格执行，以保证储烟、排烟效果。实际工程中常见的排烟口与挡烟垂壁设置高度如图3所示。

图3 排烟口与挡烟垂壁设置示意(单位：mm)

3 关于排烟风机风量选择的问题

3.1 车站公共区排烟风机风量的选择

对于层高<6 m的地铁车站公共区，GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》、GB 50157—2013《地铁设计规范》、GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》等现行规范对其排烟量的计算方法基本一致，当排烟设备同时负担(GB50157—2013用词为“需要同时排除”)多个防烟分区时，系统排烟量都是按同时排除2个最大防烟分区的烟量计算。而GB 51298—2018《地铁设计防火标准》第8.2.4条第4款规定[4]，“排烟风机的风量应按所负担的防烟分区中最大一个防烟分区的排烟量、风管(道)的漏风量及其他防烟分区排烟口或排烟阀的漏风量之和计算”。由此可见，当排烟设备同时排除2个或2个以上防烟分区的烟量时，二者计算排烟量差别较大。根据工程实践，同时考虑到现行GB 50490—2009《城市轨道交通技术规范》为强制性条文，为安全起见，笔者建议，地铁车站公共区的排烟量暂按同时排除2个最大防烟分区的烟量计算，每个防烟分区的排烟量按建筑面积≮60 m3/(h·m2)分别计算。

3.2 设备管理区排烟风机风量的选择

(1)排烟量计算标准选择

“烟规”第4.6.3条规定[3]，对于空间净高≤6 m场所，其排烟量按≮60 m3/(h·m2)计算，与“火规”、《地铁设计规范》、《城市轨道交通技术规范》的计算方法一致。

当空间净高>6 m时，其每个防烟分区的排烟量应根据热释放速率及规范规定计算确定，并不应小于表6.6.3中的数值，按此方法计算的排烟量远远大于“火规”要求的排烟量。下面以建筑层高为7 m、面积为280 m2的通风空调机房为例，两种规范要求的计算排烟量对比见表3。

表3 某车站通风空调机房排烟量计算对比 m3/h

由此可见，对于空间净高>6 m的场所，按“烟规”、“火规”计算得出的排烟量相差达10倍之多，对设备及管道布置、动力配电等均提出了更高要求，使设计极不合理。笔者建议，地铁车站设备管理区的排烟量设计标准按地铁类专业规范执行。

(2)风机选型风量确定

“烟规”对排烟风机的最小排烟量有明确要求，其中走道排烟风机的风量≮13 000 m3/h，其余区域排烟风机的风量≮15 000 m3/h。“火规”要求排烟风机的风量不应低于7 200 m3/h。二者存在不一致之处。结合工程实践，从系统设计的可实施性出发，为提高消防安全，建议地铁车站排烟风机的风量按“烟规”要求执行。

需要指出的是，“烟规”实施前，考虑到风管、设备的漏风，防排烟风机的选型风量附加系数参照GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第6.5.1条取1.1～1.2。“烟规”以强制性条文的形式要求该选型系数不应<1.2，设计时应注意严格执行。

4 关于补风口与排烟口间距的问题

根据规范要求，设置排烟系统的场所应设置补风系统，补风可采用自然补风、机械补风两种方式。“烟规”、“火规”对防排烟系统的室外进风口与排烟出口及室内补风口与排烟口均有相应规定。

4.1 室外进风口与排烟出口的要求

(1)“烟规”第3.3.5条规定[4]，当机械进风口与排烟出口竖向布置时，两者边缘的最小垂直距离不应小于6.0 m，且进风口应在排烟出口的下方；水平布置时，两者边缘最小水平距离不应小于20.0 m。

(2)“火规”第3.1.3、3.1.4条规定[5]，当采用高风亭时，排风口应高于进风口且二者的最小水平距离不应<5 m，同时不宜位于同一方向；当采用敞口低风井时，进风井与排风井的最小水平距离不应小于10 m。

可见，“烟规”对防排烟系统进风口与排烟出口的距离要求高于“火规”，考虑到地铁工程属于特殊用途的建筑，且其专业规范中对以上风口间距已有明确规定，建议设计按“火规”要求执行即可。

4.2 室内补风口与排烟口的要求

(1)“烟规”第4.5.4条规定[4]，当补风口与排烟口设置在同一防烟分区内时，补风口应设于储烟仓下沿以下，补风口与排烟口的水平距离不应<5 m。

(2)“火规”第8.2.6条规定[5]，当补风口与排烟口设置在同一防烟分区内时，补风口应设置在室内净高1/2以下，水平距离排烟口不应<10 m。

可见，对室内补风口与排烟口的布置而言，“火规”明显高于“烟规”的要求，因“火规”为地铁防火类专业规范，设计时应严格执行。

5 关于防排烟管道耐火极限问题

“烟规”对防烟、排烟系统管道的耐火极限提出了新的要求，设置在吊顶内的防排烟管道耐火极限不应低于0.5 h，未设置在吊顶内的防排烟管道耐火极限不应低于1.0 h。跨越防火分区的补风管道耐火极限不应低于1.5 h。“火规”要求，穿越前室、楼梯间的排烟管道耐火极限不应低于2.0 h。在新规范下，如何满足管道的耐火极限，成为摆在设计师面前的一个棘手问题。工程设计中的做法也多种多样，以下为国内部分城市的做法及要求。

(1)钢板风管+满足规范耐火极限要求的防火板。

(2)钢板风管+满足规范耐火极限要求的防火板+40 mm厚保温玻璃棉(如吊顶内无可燃物可不加玻璃棉)。

(3)钢板外刷防火涂料、外包混凝土或砌体等。

之所以工程中会有以上多种做法，究其原因主要有以下几方面。

(1)普通钢板风管的耐火极限无权威部门的检测报告。

(2)市场上大多数防火板厂家普遍可以提供针对防火板自身耐火极限的检测报告(完整性报告)。

(3)仅有少数厂家可以提供钢板风管与保温隔热材料及防火板组合后的整体耐火极限的检测报告(完整性、隔热性报告)。

“烟规”第4.4.8条规定[4]，“排烟管道及其连接部件应能在280 ℃时连续30 min保证其结构完整性”，该条条文说明中指出，“对于管道的耐火极限的判定必须按照GB/T 17428—2009《通风管道耐火试验方法》[6]的测试方法，当耐火完整性和隔热性同时达到时，方能视作符合要求”。对比规范正文及条文说明可以看出，条文说明中增加了“隔热性”的要求，其引用的GB/T 17428《通风管道耐火试验方法》最新版本为2009年版，其适用范围明确指出“不适用于排烟管道”。由此可见，目前急需针对建筑防排烟管道耐火极限的测试标准出台，用以在规范层面指导防排烟系统管道耐火极限的设计及施工。

6 关于防排烟风机设置专用机房问题

为避免火灾工况下排烟风机与加压送风机、补风机间相互影响，现行国家规范均要求排烟风机应设置在专用机房内。

“烟规”第4.4.5条，明确规定了排烟机房内不得设置加压送风机和排烟补风机，当排烟机房内设置自动喷水灭火系统后，可与火灾工况下不参与消防工况的通风空调机房合设。“火规”第8.4.1条根据地铁建筑的工程特点，对条件困难无法将排烟风机与补风机、加压送风机分别设置在不同机房内的情况进行了适当放宽，允许此三类风机共用机房，但应对机房内的排烟管道及其连接件的耐火极限提高至不低于1.5 h。因此，地铁工程设计时，应优先考虑将排烟风机设置在独立的专用机房内，加压送风机、补风机可与其他送风机、排风机、空调机组、回/排风机等共用机房。

7 关于防火阀、防排烟风机连锁控制问题

“烟规”、“火规”均要求在排烟风机入口处应设置排烟防火阀，当该阀关闭时，排烟风机应能停止运转。因为当管道内烟气温度超过280 ℃时，烟气中已经带火，此时如继续排烟的话则会导致烟火蔓延至其他部位造成新的危害。本条工程中的常用做法是将该排烟防火阀的关闭信号通过硬线连接至风机控制柜，即不通过火灾自动报警系统就可实现关闭对应排烟风机的功能，提高了系统的可靠性。

此外，以上规范要求在排烟管道的其他部位也应设置排烟防火阀，如：垂直风管与每层水平风管交接处的水平管段上、一个排烟系统负担多个防烟分区的排烟支管上、穿越防火分区处、穿越有隔墙的变形缝处等。“烟规”第5.2.2条第5款要求，“排烟防火阀在280 ℃时应能自行关闭，并应连锁关闭排烟风机和补风机”。由此可以理解为，除设置在排烟风机入口处的排烟防火阀外，排烟管道上其他部位的排烟防火阀熔断关闭时，也应连锁关闭对应的排烟风机。以地铁标准车站每端的公共区排烟系统为例，管路中的排烟防火阀数量为5～6个不等，若都将其关闭信号通过硬线接至风机控制柜，明显不经济合理。笔者建议，除排烟风机入口处的排烟防火阀采用硬线连锁外，排烟管路上其他部位的排烟防火阀熔断时，可将其关闭信号接入火灾自动报警系统，由火灾自动报警系统控制对应系统的排烟风机关闭，同时关闭相应的补风机。

8 结语

(1)地铁工程属有特殊用途的交通建筑，除专业规范有明确条文规定外，“烟规”中非个性化、普遍适用的通用性条文应参照执行。

(2)考虑到地铁建筑“窄而长”的结构特点，车站公共区及设备管理区防烟分区最大允许面积应严格执行GB 51298—2018《地铁设计防火标准》；防烟分区划分时应尽量使各防烟分区面积相近且形状方正，其长边最大允许长度不必受GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的限制。

(3)地铁车站公共区的排烟量按同时排除两个最大防烟分区的烟量计算，每个防烟分区的排烟量按建筑面积≮60 m3/(h·m2)分别计算；地铁车站设备管理区的排烟量设计标准按地铁类专业规范执行；排烟风机的最小风量应满足GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的要求。

(4)因地铁工程属于特殊用途的建筑，其室外进风口与排烟出口的距离、室内补风口与排烟口的距离等按GB 51298—2018《地铁设计防火标准》执行。

(5)建议国家有关部门尽快出台关于建筑防排烟管道耐火极限的测试标准，以指导防排烟系统管道耐火极限的设计及施工。

(6)地铁工程设计时应优先考虑将排烟风机设置在独立的专用机房内，加压送风机、补风机可与其他送风机、排风机、空调机组、回/排风机等共用机房。

(7)除排烟风机入口处的排烟防火阀采用硬线连锁外，排烟管路上其他部位的排烟防火阀熔断时，可将其关闭信号接入火灾自动报警系统，由火灾自动报警系统控制对应系统的排烟风机关闭，同时关闭相应的补风机。