网红慢行隧道通风设计初探

福建省交通规划设计研究院有限公司 陈必宙

0 引言

随着生活水平的提高，人们对精神生活的需求也日益增长。而互联网新媒体的发展，更是加速了这个进程，承载城市文化长廊和休闲长廊的网红慢行隧道正是由此而生(如图1所示)。而作为被赋予新内容、新使命的新生“事物”，它与普通隧道有明显的差别，尤其是“打卡”人员密集后的通风和消防防排烟设计，更是规范的空白。鉴于目前国内外对此并无太多研究先例，本文以笔者参与的项目为依托，借鉴目前建设好的网红慢行隧道，以人为本，综合隧道运营特点和消防疏散作设计分析，探索构建与时俱进的通风防排烟系统。

图1 某网红慢行隧道内景图

1 网红慢行隧道特点

网红慢行隧道和普通仅具有通行功能的城市下穿隧道具有明显的不同，具体如下。

1.1 美观度要求高

普通隧道一般仅考虑通行功能，基本无美观要求。网红慢行隧道具有城市文化长廊和休闲长廊的功能，经常要求具有吸引人眼球的网红气质，常规隧道通风设计中吊在隧道洞顶的通风射流风机、裸露突兀的电线线槽、灯具等(如图2所示)，往往会破坏网红气质，运营方多希望将其隐藏处理。

图2 普通隧道内景图

1.2 人员密集度大

普通隧道一般仅考虑通行功能，穿行速度快，人员密集度小。网红慢行隧道要让人慢下来、停下来，甚至成为周末或雨天、夏季家庭休闲打卡地点，人员密集度大，新风要求高。

1.3 环境噪声要求

普通隧道用于快速穿行，人员洞内停留时间短，对环境噪声要求低。网红慢行隧道人员停留时间长，对环境要求高，因此出口风速达到25～30 m/s的洞内射流风机，其噪声很难满足要求。

1.4 有装饰和电子设备

普通隧道几无装饰。网红慢行隧道经常有大面积的广告图画、图书角、电子显示屏、投影仪、3D彩绘等物品。

2 网红慢行隧道的消防定性

具有城市宣传和休闲文化长廊功能的网红慢行隧道和普通隧道有本质区别，而消防定性的关键点为“经常有人停留或可燃物较多”。普通非机动车穿行隧道几乎无火灾隐患，目前隧道规范也无排烟要求。网红慢行隧道则大不相同。以南方已建成的长1.2 km、路面宽9.5 m网红慢行隧道为例，分析如下。

2.1 人员密集场所

据该隧道管理站统计，节假日高峰期人流量约为4万人次/d。各个设备运行时间为08:30—21:30，共计13 h。则平均小时人流量为3 076人/h，高峰小时人流量按平均小时人流量的3倍(为管理人员估计数据)估算为9 228人/h。据统计，10岁儿童、妇女步行速度约为4.0 km/h，因此通过隧道的理论时间为0.3 h。隧道管理人员来回巡视一趟约需1 h。考虑参观、游玩、休息时间，单趟通行时间按0.5 h考虑比较合理。隧道内滞留人数高峰期为9 228人/h×0.5 h=4 614人，隧道面积为9.5 m×1 200 m=11 400 m2，则人员密度为0.4人/m2，与GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)[1]表5.5.21-2地上商场第4层人员密度0.30～0.42人/m2的统计区间值相仿，远超普通办公室人员密度。由于高峰时间多在节假日，骑行人员相对较少，此处统计不作细究。

根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)[1]第5.5.19条的条文解释，人员密集的公共场所主要指“营业厅、观众厅，礼堂、电影院、剧院和体育场馆的观众厅……等面积较大、同一时间聚集人数较多的场所”。

GB 35181—2017《重大火灾隐患判定方法》[2]第3.4条给出的人员密集场所的术语为“公众聚集场所，……公共展览馆、博物馆的展示厅……等”。

网红慢行隧道同时具有文化长廊和休闲长廊等类似展厅的功能，完全符合“经常有人停留”的人员密集场所定义。

2.2 可燃物较多

该隧道除了各种彩绘外，隧道两侧壁每隔30 m左右设置灯箱广告牌一处，隧道中间段近50 m的视频投影段设置20台投影仪，同时间隔配置大量城市宣传电子显示屏。运营方表示后期会考虑增设图书角、“时光隧道”、“星空隧道”等。隧道存在大量易燃的电气设备及可燃物，随着电气设备的老化，火灾隐患倍增，隧洞空间完全符合“可燃物较多”的特性。

2.3 小结

由以上分析可知，网红慢行隧道完全满足消防设计“经常有人停留或可燃物较多”2个基本特点。传统的隧道设计规范不能满足其火灾及疏散逃生要求，应参考民用建筑的展厅、营业厅等人员密集场所，立足GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)[1]对网红慢行隧道重新进行消防安全定性。合理的消防设计应包含安全疏散、火灾报警系统、灭火系统、暖通防排烟设计等方面。

3 网红运营对暖通专业的要求

3.1 保证充足的新风及良好的气流组织

暖通专业设计应根据人流量考虑充足的新风供应。同时应考虑合理的气流组织，保证隧道内各处空气均匀流动，避免出现仅洞口端至洞内300 m范围有风，而最不利的隧道中间区域无风的情况。

3.2 解决“难看”的射流风机及其平时运行噪声问题

射流风机影响隧道美观，同时高速射流风机产生的涡流噪声和旋转噪声较大，无法满足隧道噪声要求。建议采用洞顶管道通风，同时设置弧形吊顶，吊顶进行3D彩绘。

3.3 风口不能布置在洞顶中央

风口影响美观，影响洞顶彩绘效果。宜考虑隐藏风口，采用侧送或侧排形式。

3.4 满足消防安全要求，隐蔽所有防排烟风机设备

慢行隧道作为相邻机动车道的专用避难疏散通道应满足JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通风设计细则》[3]第10.4.1条疏散通道及其横通道(前室)的防烟要求。网红慢行隧道人员密集同样应满足消防排烟要求(如图3、4所示)。

图3 “网红”运营的建议

图4 疏散横通道防烟要求示意图

3.5 重视环境污染及扰民问题

隧道内风机端噪声对人员体验感影响较大，应考虑静音减振设计。同时设计于洞外的风机房应采用消声器、隔音墙、高大绿植覆盖等办法避免对附近人员活动区，尤其是居住区造成噪声及视觉污染。

4 与时俱进的隧道通风设计

以长1.5 km、路面宽7.0 m、吊顶净高4.0 m、吊顶下截面积27.0 m2的网红慢行隧道为例，通风排烟采用洞顶风道顶送顶排系统以满足观光运营要求(如图5所示)。具体设计分析如下。

图5 某网红隧道模型截面图

4.1 新风量的确定

新风量的确定应考虑热舒适性要求：

1) 根据GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[4]，商场和展厅人员密度≤0.4人/m2时，人均新风量为19 m3/(人·h)。网红慢行隧道人员高峰密度约为0.4人/m2，计算得到隧道高峰时段需要的新风量为1 500 m×7 m×0.4人/m2×19 m3/(人·h)=79 800 m3/h。

2) 根据曾石发等人的研究成果[5]，该隧道按换气次数3.2 h-1计算得到需要的新风量为129 600 m3/h。

新风换气次数频率和隧道所在城市、周边辐射区域、是否为旅游城市等有关，应根据实际情况选择合理的新风量。综合各方要素，该项目新风(排风)量确定为129 600 m3/h。

4.2 通风设计

通风设计应考虑噪声要求，管道设计风速不宜过高，也不能太低，低风速将导致风道截面积大增，影响隧洞吊顶净高。综合考虑，平时通风风道设计风速为8～10 m/s，采用机械排风方式，洞口两端自然补风。消防防排烟设计风速在15 m/s以内。通风系统的风机隐蔽设置有以下3种方案：

1) 风机房设置在隧道一端。由于管路长达1 500 m，如果只是隧道一端送排风，系统阻力较大，风机压头及产生的噪声也比较大；同时会出现风机端的风口风量较大，系统末端风口无风、少风的情况，风口风量不易平衡，洞内气流组织很难满足舒适性要求(如图6所示)。

图6 一端送排风剖面示意图

2) 风机房设置在隧道中间，考虑从隧道中部挖竖井(如图7所示)。

图7 中部送排风剖面示意图

由于隧道中部往往是海拔比较高的山峰，市区内山峰产权复杂，征迁比较困难，同时可能高达百米的竖井建设造价高，实际项目较难实现。本案例上方为人防军事构建，不能采用此方案。

3) 风机房设置在隧道两端，结合水泵房、配电房、管理房分别布置。此方案系统排风半径、阻力、风管截面积相对于第一种方案均小一半，风口风量分配容易均衡，隧道内气流组织更合理，舒适性大大提高。出口处则利用隧道端头钢结构遮光棚装饰板隐蔽出洞口到机房之间的风管。推荐采用此方案(如图8所示)。

图8 两端送排风剖面示意图

4.3 排烟设计

1) 排烟量计算。

按商场展厅无喷淋考虑，热释放速率取10 000 kW，隧道净高4 m，燃料面到烟尘底部高度4 m，按轴对称型烟羽流模型，计算得出排烟量为148 000 m3/h。

2) 排烟系统。

采用洞顶排烟道+洞外轴流风机房形式排烟，实现洞内无风机。设计考虑排烟系统和通风系统合用，平时通风，火灾时排烟。

3) 防烟分区长度确定。

JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通风设计细则》[3]第10.2.8.2条规定：采用洞顶排烟道集中排烟的系统，防烟分区长度不应大于1 000 m。GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[6]表4.2.4规定：空间净高3～6 m时，防烟分区最大允许面积为1 000 m2，长边最大允许长度为36 m；空间净高大于6 m时，防烟分区最大允许面积为2 000 m2，长边最大允许长度为60 m，具有自然对流条件时不应大于75 m。

网红慢行隧道人员密集，有别于普通机动车隧道，如采用1 000 m间距划分防烟分区，对烟气控制不利，而完全套用民用建筑，每36 m划分1个防烟分区，将导致1 500 m长的隧道防烟分区多达42个，消防火灾风口联动、切换时涉及控制点多，故障点多，稳定性差，不符合消防系统应简洁、稳定、可靠的设计宗旨。因此按公共建筑防烟分区最大的允许长度(75 m)划分防烟分区更符合实际情况，此时每个防烟分区的面积为75 m×7 m=525 m2，小于1 000 m2，防烟分区数量降为20个，系统可靠性大大增加。防烟分区分隔处设置高0.5 m的翻板式挡烟垂壁，垂壁处可采用局部平吊顶，同时配合3D彩绘构建精美壁画。

4.4 防烟设计

JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通风设计细则》[3]第10.4.1条规定：专用避难疏散通道、独立避难所的前室余压值不应小于30 Pa，专用避难疏散通道、独立避难所的余压值不应小于50 Pa。第10.4.2条规定：专用避难疏散通道的防烟设计应根据其长度和净空，选择合理适用的机械加压送风方式；其前室加压送风量和送风口尺寸，应按其入口门洞风速不小于1.2 m/s计算确定(GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[6]规定不小于1 m/s)。网红慢行隧道的疏散防烟一般可由邻近机动车左主洞的两端射流风机承担，本文暂不细论。

左主洞火灾时，左主洞和慢行隧道之间的横通道(前室)和作为左主洞疏散通道的慢行隧道的防烟设计有2种方法。

1) 方法1：洞口两端设置轴流风机(如图9所示)，采用传统对吹方式，压迫两端气流流向隧道中部，保证慢行隧道及横通道前室正压要求。图9a为在隧道入口处扩大截面积，轴流风机隐蔽安装在局部夹层中，同时设置鲸鱼嘴造型送风口向隧道中部送风。图9b则是在入口山头或附近建设风机房，设置轴流风机，通过风道送入隧道端部。防烟风机为火灾时使用，平时无需考虑噪声问题。

图9 洞口两端设置轴流风机剖面示意图

2) 方法2：采用平时的通风管道和排烟管道，左主洞火灾时，切换为防烟送风模式，送风系统向隧道中部送风；同时距离洞端150 m处的2个电动翻板挡烟垂壁(开启后距地2 m，起风阻作用)联动两端送风机开启，保证任意3个横通道开启时，门洞风速大于1.2 m/s(如图10所示)。

图10 洞口两端设置轴流风机平面图

由于通风系统复杂，建立CFD简化模型(参数如表1所示)，用Fluent软件进行模拟计算。

表1 简化模型具体参数

2) 新式疏散门的宽度及疏散距离等消防定性参数涉及建筑、隧道专业，尚有争议。本案例防火门尺寸按1.2 m×2.1 m考虑。为简化模型，送风口由20个1 000 mm×500 mm单层百叶简化为6个半径0.73 m的圆形送风口，翻板式垂壁设置在端口处。

如图11所示，6个半径0.73 m的送风口，风速为4.5 m/s。编号4、6、8的横通道开启。具体计算结果如表2所示。

图11 防烟模型风速矢量图

表2 各自由出口风速

4、6、8出口(8为最不利出口)均满足风速>1.2 m/s。此时两端总送风量为162 645 m3/h，单端送风量为81 322 m3/h。

4.5 风道设计

受车辆运行振动、活塞风及腐蚀影响，隧道内部分管道有脱落风险，且维护困难，成为严重的安全隐患。所以公路隧道通风排烟一般都采用土建风道。但混凝土风道存在牛腿植筋不易、施工困难、风道内部无法抹平、通风阻力大等缺点，更多时候是不得已的选择。通风管路采用混凝土风道和金属风道阻力相差较大，截面积2.1 m2、半程750 m风道的沿程阻力比较见表3。

表3 混凝土风道和金属风道阻力对比

网红慢行隧道里面没有高速行驶的机动车，洞内也无振动，可采用满足防火、噪声、腐蚀要求的新型材料制作风管。设计方通过多方比较和寻查，并和厂家多次交流后确定：通风排烟风管材质采用双面复合不锈钢夹芯一体化成品板，板材内外覆压304不锈钢钢板，芯材由耐火层和防火隔热层组成(无机耐火层材料为玻酸泥纤维板，防火隔热层材料为酰亚胺微晶硅)，板材为不燃材料，板材耐火极限为60 min。管道耐火极限、风管耐火完整性、隔热性应同时符合要求，并提供相关检测报告。该风管具有轻质、减振、低阻、防火、防腐、成品、宜加工等性能，满足设计环境弧形风道使用要求。

4.6 风口布置

风口布置应综合考虑气流组织和风量平衡，同时尽量减少“三合一”系统切换的复杂程度。风口平面布置如图12所示，截面如图5所示。

图12 风口平面布置

1) 通风工况：为避免空气最污浊的隧道中部空气龄偏大，设计考虑以中部为对称点，每隔75 m设置2个1 000 mm×500 mm的单层百叶排风口，共计20个，每个排风口带5挡风量调节，均设置70 ℃防烟防火调节阀，平时开启，本洞火灾时关闭。

2) 排烟工况：划分20个防烟分区，每个防烟分区长75 m，每个防烟分区均布6个280 ℃远控多叶排烟口((1 750 mm(风口)+250 mm(控制阀执行机构))×500 mm)，排烟口平时关闭，火灾时开启着火防烟分区6个排烟口。

3) 防烟工况：左主洞火灾时，切换防烟风机，平时排风口作为疏散通道防烟送风口使用。

4.7 风机选型

风机选型时考虑防烟、排烟量的安全系数为1.2，通风量的安全系数为1.1。

两端2个风机房共4台风机，每个风机房设置1台双速排风机用于平时通风和火灾时排烟，设置1台送风机用于左主洞火灾时防烟。

排风机为双速离心风机，高速排烟量88 850 m3/h、压头941 Pa、转速580 r/min、功率47 kW、A声级噪声80 dB，低速通风量72 184 m3/h、压头794 Pa、转速450 r/min、功率30 kW、A声级噪声77 dB。

送风机(防烟)为混流风机，风量104 856 m3/h、压头1 188 Pa、转速960 r/min、功率55 kW。

4.8 系统控制

1) 通风模式：当室外温度≥30 ℃时，开启两端所有排风机低速运行，特殊情况下可临时高速运行；当室外温度<30 ℃时，仅开启其中一端1台排风机低速运行。

2) 排烟模式：本洞火灾时，关闭平时通风口，开启着火防烟分区的6个排烟口及挡烟垂壁，同时两端排烟风机均切换为高速运行，全力排烟。

3) 防烟模式：左主洞火灾时，关闭所有平时排风机，开启两端翻板式垂壁及防烟送风机全力送风。

5 结语

网红慢行隧道依凭新媒体、新技术的运用，赋予了隧道新的功能和使命。隧道通风应该从美观、舒适性、噪声、消防等角度以人为本，借鉴民用建筑设计规范，综合隧道设计规范，大胆采用新技术、新材料，与时俱进。本文案例采用的非常规做法有以下3点需要注意：1) 同一风管满足通风、排烟、防烟3种功能，应注意各功能切换的调试。2) 新隧道防烟技术对挡烟垂壁的创新运用，“临时”增加进出口端的阻力，把“风”留在洞中，应注意活动挡烟垂壁和防烟系统联动的功能。3) 隧道内使用非混凝土风道的新型管材，要注意定制复合风管采用双面304不锈钢面层以满足防腐要求。

注重隧道内部设计之余，也应重视隧道外部的风机房等是否与周围环境融合，是否有噪声污染等情况，积极配合主专业，采用绿化竹、迷宫式隔音墙、消声器等措施，实现人洞和谐共存。据管理站介绍，新型隧道出入口常有人群聚集，因此有条件的隧洞宜在周边设计空旷绿化带或广场，疏导缓解洞口人流密集情况。