地铁车站轨顶排热系统协同站台排烟技术试验研究

王小飞，车轮飞，蔡崇庆，邱少辉，刘宇圣

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

地铁车站是一个狭长且密闭的地下空间，通常人员密度大，而站台公共区相较站厅，空间更为狭小，火灾时对排烟系统效率要求高。根据《地铁设计规范》的要求，火灾时为防止烟气通过楼扶梯口向站厅蔓延，楼扶梯口处向下气流速度不应小于1.5 m/s[1]。结合地铁车站楼扶梯口部面积，要形成向下1.5 m/s风速所需的风量远大于站台层自身排除烟气所需的通风量，因此仅靠站台排烟系统无法满足规范要求，往往需要开启车站两端隧道风机和排热风机，同时开启车站端部的屏蔽门，对站台公共区进行协同排烟，以加大通风量。

然而火灾发生时开启屏蔽门会带来诸多安全隐患。首先应确认无列车越行才能打开站台门；其次当火灾发生时，乘客有可能因为慌张、拥挤或烟气阻挡视线而意外跌落入轨行区；再次，根据地铁运营部门的反馈，站台火灾时，需安排专门的工作人员协助开启屏蔽门并维持开门处的秩序，这无形中增加了应急协同的工作量，同时也严重威胁到工作人员的生命安全。

新实施的《地铁设计防火标准》第8.1.3条及条文解释进一步明确了需要充分利用屏蔽门的封闭性来提高站台烟气排除的效率，减少烟气受列车活塞效应的扰动影响[2]。为满足新要求，目前某些车站的做法是从站台两端的排热风室分别引出站台专用排烟管道至站台公共区内，站台火灾时通过开启排热风机经此排烟管协助站台排烟。但此方案的适用性有待验证。此外，由于专用排烟管道尺寸较大，对站台管线排布影响较大。综上，相关研究提出一种新型站台排烟技术——轨顶排热系统协同站台排烟技术，既能满足规范要求，又能避免屏蔽门开启所造成安全隐患，同时不占同站台管线布置空间。本文针对此新技术，在武汉某地铁车站进行现场试验，以验证该技术的可行性。

1 试验对象简介

1.1 车站概况

本次试验对象为武汉市某地铁车站，车站为地下两层单柱岛式换乘车站，总建筑面积38604 m2，站台宽12 m，净高4.7 m，采用全高站台门制式。8A列车编组，站后设置折返线及停车线(长度约450 m)。车站公共区有3个出入口，如图1所示。共设有5组楼扶梯联通站厅与站台楼扶梯位置，如图2所示。

图1 站厅平面示意 Figure 1 Station plan

图中左端为车站小里程端，右端为大里程端。根据现场测量，每组楼扶梯口部面积(最小开口处)如表1所示。

根据以上参数，为满足所有楼扶梯口部向下1.5 m/s风速，站台层需要的总排风量不小于75.9 m3/s (273240 m3/h)。

1.2 车站通风设备布置情况简介

本站两端设置双活塞风道，每个风道配置一台隧道风机，风量60 m3/s(216000 m3/h)，共4台。车站轨行区设置轨顶排热风道，风道两端各设置一台排热风机，风量50 m3/s(180000 m3/h)，共2台。站台层排烟系统设置有2台排烟风机，风量76900 m3/h，各负担一半的站台公共区排烟量。站厅层设置有2台组合式空调器，风量分别为51500 m3/h、64500 m3/h。具体参数如表2所示。

表2 车站通风设备参数表(站台排烟相关设备)Table 2 Parameters of station ventilation equipment (platform smoke exhaust equipment)

1.3 站台排烟系统设置

为综合比较各种站台排烟模式的效果，本次试验在站台层设置了多种排烟系统，包含了公共区排烟系统(大系统)、站台专用排烟管道辅助排烟系统、轨顶排热系统协同站台排烟系统。

公共区排烟系统(大系统)设置有站台排烟管，与公共区回风管共用管道，风管排烟口集中设置在站台中部。为减小试验对车站的影响，站台专用排烟管道辅助排烟系统在站台公共区端部从轨顶风道引出站台专用排烟管，并通过电动阀与既有的排热风道进行转换。以小里程端右线一侧为例，D-1关闭，D-2打开时，轨顶风道正常使用，站台专用排烟管关闭；反之则关闭轨顶风道，排热风机通过专用排烟管道抽排站台内空气。站台每端左右线各一组专用排烟管道，共4组。轨顶排热系统协同站台排烟系统在车站轨顶排热风道侧边设置常闭电动排烟口，尺寸为2000 mm× 800 mm。以小里程端一侧右线为例，靠近站台门端部设置2个排烟口，间距1 m，靠近站台中部设置1个排烟口，整个站台层共12个排烟口，当需要依靠此排烟口排烟时，打开轨顶风道转换风阀D-2，同时关闭风阀D-1(以小里程右线为例)。站台排烟系统设置如图2所示。

图2 站台公共区排烟系统设置示意图 Figure 2 Smoke exhaust systems in the public area of the platform

2 试验方案

2.1 测试工况设置

本次试验将站台排烟方案分为3大类别，分别为大系统排烟风机独立排烟模式、站台专用排烟风管辅助排烟模式、轨顶排热系统协同排烟模式。大系统排烟风机独立排烟模式仅开启站台公共区排烟风机，通过站台大系统排烟管道对公共区进行排烟。

站台专用排烟风管辅助排烟模式是在开启大系统排烟风机的基础上，通过打开站台专用排烟风管且关闭轨顶排热风道转换风阀，排热风机通过专用排烟管辅助站台排烟，提升站台排烟量。

轨顶排热系统协同排烟模式则是通过打开轨顶侧部设置的排烟口(关闭站台专用排烟管)，排热风机经侧排烟口协同站台排烟，同时为减小轨顶风道既有的底部排热风口漏风影响，开启车站两端的隧道风机，使轨行区形成负压，以削弱排热风口的漏风影响，诱导排热风机更多地对轨顶风道侧排烟口进行抽排。为分析隧道风机开启方式及轨顶风道侧排烟口开启的不同组合形式对站台排烟效果的影响，在此模式基础上，又根据隧道风机开启台数、侧排烟口开启数量及位置、站厅补风形式的不同组合细分为6种不同的工况。具体工况如表3所示。

表3 试验测试工况模式Table 3 Test modes

2.2 测试方法及工具

本次试验测试数据采用现场多次测量取平均值方法记录，使用风速测量工具为天建华仪WWFWZY-1型万向风速测量仪。

楼扶梯口部风速测量点选取为各组楼扶梯最窄断面且风速最大处，风口风速测量点选取为风口中心点，风管风速测量点选取为风管横截面中心点。为模拟真实的火灾烟雾，测试采用了消防演习专用烟雾弹，每次测试在站台中部(站台排烟最不利点)同时释放2罐烟雾弹。

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

本次测试过程中车站及相邻区间无列车运行，楼扶梯口部风速测量结果如表4所示。

表4 车站楼扶梯口部风速测量结果汇总 Figure 4 Summary of anemometer results of the wind speed at escalators opening m/s

3.2 结果分析

本次试验结果以楼扶梯口部风速高于1.5 m/s为合格。

从工况1结果可以直接看出，仅依靠站台大系统排烟风机排烟，无法满足所有楼扶梯口部向下风速的 要求。即便对于标准车站2组楼扶梯+1组垂直电梯及转角楼梯的组合形式，站台大系统排烟风机也很难满足风量要求。

从工况2 结果可以看出，此方案下所测试楼扶梯口部风速除1号楼梯满足风速要求以外，其余4部楼扶梯断面风速均低于1.5 m/s，不满足要求。

从工况3、工况4测量结果可以看出，楼扶梯口部风速均满足要求，开启车站两端共4台隧道风机辅助轨行区形成负压，关闭站厅公共区送风机，进行自然补风时，梯口风速略低于机械补风的工况，下降率约为15%，可认为在类似本站(出入口较少，风阻较大)的车站站台排烟时，站厅采用机械补风对提升站台排烟效果作用较小，从减少设备开启数量、提高排烟系统可靠性的角度出发，可采用自然补风形式。

从工况4~7的结果可以看出，随着车站两端隧道风机开启数量逐步减少，站台楼扶梯口部风速也呈下降趋势，说明隧道风机开启后通过站台门的缝隙抽排了站台层的空气，这些站台门漏风量客观上有助于站台楼扶梯口风速的提升，隧道风机开启越多，这种额外的抽排风量越大。当隧道风机仅开启1台时(活塞风道左右线转换风阀开启，隧道风机同时作用于左右线)，在轨行区形成的负压较小，不足以削弱排热风口的排风量，造成轨顶风道侧排烟口排烟量偏小，站台层总排烟量达不到楼扶梯口向下1.5 m/s风速所需的风量。

从工况6、8、9测量结果可以看出，在其他条件相同的情况下，通过轨顶风道侧排烟口不同开启形式，楼扶梯口部风速均能满足要求，且风速基本一致。但站台层烟气排除效果却存在差异，工况6由于所有侧排烟口均打开，楼扶梯口部风速相较另外2个工况稍高一些，同时由于靠近站台中部的4个轨顶侧排烟口排烟量较为可观，能够有效提升站台中部烟气的排出效率，约4 min整个站台烟气排除完毕。而工况8关闭中部4个轨顶侧排烟口后，在站台中部释放的模拟烟气仅靠站台大系统排烟口进行排除，排烟速度缓慢一些，大约在放烟后6 min左右烟气才基本排除完毕，排烟效率有所降低。工况9相较工况6，烟气排除效率基本一致，仅楼扶梯口部风速略微下降。

4 结论

根据本次在地铁车站进行的站台排烟测试结果分析，可以得到如下结论：

1)轨顶排热系统协同站台排烟技术可行，车站楼扶梯口部风速可满足向下1.5 m/s风速要求。类似于本次试验的8A编组等大型车站，仅开启一台隧道风机时，在轨行区形成的负压较小，不足以削弱足够的排热风口排风量，造成轨顶风道侧排烟口排烟量偏小，最终可能导致楼扶梯口风速不达标。而开启2台或更多隧道风机时，均可满足楼扶梯口风速要求，且开启的隧道风机数量越多，楼扶梯口部风速越大。

2)站厅自然补风与机械补风两种模式对站台楼扶梯口部风速影响差异较小。但机械补风是由车站新风井进入，虽然新、排风井间距均超过10 m以上，但室外风向变化莫测，存在因风向变化导致风亭排出的烟气被吹向新风井，进而被机械补风系统重新送入车站内，严重影响车站内的人员疏散安全，同时从减少设备开启数量、提高排烟系统可靠性的角度出发，建议优先采用自然补风模式。

3)在站台中部区域设置一定数量的轨顶侧排烟口，可以有效提高站台中部烟气的排除，解决站台最不利排烟区域烟气排除效率低的问题。

4)轨顶排热系统协同站台排烟技术仅需在轨顶风道侧边设置一定数量的排烟口，方案适用性较强。对于新建车站而言，在设计阶段直接确定好侧排烟口位置、数量即可，对于已建成车站，仅需根据顶风道实际情况，经结构专业验算，对侧排烟口开孔位置和尺寸进行协调优化，确保开孔面积不小于1.6 m2即能满足协同排烟要求，车站其他土建结构无需进行任何改动。

5)采用在站台公共区端部设置专用排烟风管(从轨顶风道接出)辅助站台排烟模式能够在一定程度上提升站台排烟量，但对于此次所测试的车站，公共区设有5部楼扶梯，开孔面积相较普通的标准车站明显增加，采用此模式仍不足以确保所有楼扶梯口部风速均满足要求。同时，站台专用排烟管尺寸较大，且只能布置在车站端部靠近站台门处，严重影响了该区域的管线布置。