现行标准下地铁车站防烟设计探讨

石胡兴 SHI Hu-xing

（中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司，昆明 650200）

0 引言

近年来与其相关的规范标准进行了大量更新，近十年更新替换对地铁防排烟设计有影响的主要规范有：《地铁设计规范（GB 50157—2013）》（以下简称《地铁规》）[1]、《地铁设计防火标准（GB 51298-2018）》（以下简称《防火标》）[2]、《地铁安全疏散规范（GB/T 33668-2017）》（以下简称《疏散规》）[3]、《建筑设计防火规范（2018年版）（GB50016-2014）》（以下简称《建规》）[4]、《建筑防烟排烟系统技术标准（GB 51251-2017）》（以下简称《烟标》）[5]等。

其中《地铁规》、《防火标》、《疏散规》为地铁行业专业标准已形成相对完整体系，地铁工程主要依据这三本规范进行设计及消防验收；地铁车站兼具人防功能，《人民防空工程设计防火规范（GB50098-2009）》（以下简称《人防规》）[6]也是主要参考依据之一；《建规》、《烟标》适用性为综合性和常规工业与民用建筑，地铁工程在实施过程中也进行了大量参考借鉴。

本文对地铁防烟设计区域（消防专用通道及内部楼梯）的主要类型进行分类总结，对其正压送风系统设置进行探讨，分析《建规》、《烟标》、《人防规》中的规定对地铁建设的影响，并结合美国消防协会标准NFPA92[7]研究观点对疏散门开启数量取值给出建议。

1 消防专用通道及内部楼梯的类型简介

1.1 地铁消防专用通道常见的类型

第一种类型封闭楼梯间：从地面到车站站厅设备区，埋深小于等于10m（如图1所示），首层有直通室外的疏散门；满足自然通风条件，不设置机械加压送风系统，应配合地面建筑在封闭楼梯间最高部位设置有效面积不小于1.0m2的可开启外窗或开口（建议设置为与地面建筑装修风格协调的防雨百叶）。

图1 封闭楼梯间

第二种类型防烟楼梯间：根据《建规》6.4.4条，地下2层站消防专用通道楼梯间提升高度大于10m时采用防烟楼梯间（如图2所示）；同理地下3层及以上站消防专用通道楼梯提升高度已大大超过10m，除《建规》以外《防火标》等地铁行业规范也明确规定采用防烟楼梯间（如图3所示）。防烟楼梯间设置机械加压送风系统，应配合地面建筑在防烟楼梯间顶部位设置不小于1.0m2的固定窗。

图2 防烟楼梯间（地下2层站）

图3 防烟楼梯间（地下3层及以上站）

1.2 地铁管理区内部楼梯常见的类型

管理区内部楼梯同样通常参考《建规》6.4.4条以提升高度大于10m或提升层数在3层以上为依据设置防烟楼梯间，故有封闭楼梯间（如图4所示）和防烟楼梯间（如图5所示）两种类型；因无直出地面，即使是封闭楼梯间也无自然通风条件，都需要设置机械加压送风系统；根据《防火标》第8.1.2条条文解释可知地铁管理区内部楼梯顶部不具备开窗条件时，不要求开设固定窗。

图4 封闭楼梯间（地下2层站）

图5 防烟楼梯间（地下3层及以上站）

2 消防专用通道及内部楼梯正压送风设置探讨

正压送风系统的设置，目的是发生火灾时保证正压区与烟气区存在一定压差从而阻止烟气的侵入，对楼梯间、前室、走道的防烟设计压差《烟标》沿用原《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称《高规》）[8]中所引用的公安部四川消防研究所的研究成果，即《烟标》第3.4.4条规定（如表1所示）。

表1 《烟标》对防烟设计压差的规定

当系统余压值超过最大允许压力差时应采取泄压措施。这里的最大允许压力差是避免影响疏散门开启，参照美国消防协会的烟气控制系统标准NFPA92第A.4.4.2.2条文制定。

系统余压值的最大允许压力差的数值，现以地铁管理用房区常用的（0.9+0.3）m*2.1m疏散门为例进行计算：

即在110N的力量推闭门器开启力矩M为45（N·m）的门时，门内外压差不宜超过56Pa。

2.1 地铁消防专用通道、内部楼梯的防烟系统按《烟标》设计计算风量的探讨

《烟标》结合工程实测对原《高规》条文中的正压送风设置原则和计算方法进行了修订；原《高规》及《建规》对不具备自然通风条件的封闭楼梯间无加压送风系统设置要求，现在按要求是必须设置。

原《高规》在条文中对机械加压送风系统计算方法有简要介绍，即国内普遍使用的压差法和门洞风速法，计算及范例在《使用供热空调设计手册第二版》[9]有详细介绍；《烟标》结合工程实测表明原门洞风速法因开门其他楼层仍然有压差而漏风达不到门洞风速要求，于是明确了楼梯间加压送风量Lj计算公式（3）。

其中L1为门开启时规定风速所需风量（m3/s）：

L2为门开启时其他门缝漏风量（m3/s）：

因此采用公式（3）计算楼梯间加压送风量Lj时，合理的设计疏散门开启的楼层数量N1直接影响地铁消防专用通道、内部楼梯的防烟系统的设计计算风量。

2021年12月云南省住房和城乡建设厅发布实施的《云南省建设工程消防技术导则（建筑篇）（试行）》（以下简称《导则》）第6.1.11条规定了楼梯间、前室的加压送风量采用《烟标》）的公式法计算时，N1的取值要求（如表2所示）和封闭楼梯间的门洞风速v按不小于1.0m/s取值。

表2 《导则》对N1取值规定

按照《防火标》5.1.6条规定：“电梯、竖井爬梯、消防专用通道以及管理区的楼梯不得用作乘客的安全疏散设施”；根据地铁车站管理要求，地铁车站的工作人员在火灾时应驻守岗位；从以上规定可知地铁内的消防专用通道、内部楼梯的疏散使用与常规工程的防烟楼梯间、封闭楼梯间的疏散使用有很大的区别，所以关于地铁消防专用通道、内部楼梯N1直接按照《导则》取值还有待商榷。

《导则》发布前参照《烟标》规定设计防烟系统的昆明某地铁工程业已开通运营，现以该工程为例对地铁防烟系统设计方法做一个概述：防烟楼梯间及封闭楼梯间的加压送风计算值采用了《烟标》的公式计算，并比较《人防规》第6.2.1条规定的控制风量（如表3所示），按两者大值选用，其中封闭楼梯间的控制风量参照16000m3/h设置。

表3 《人防规》对加压部位最小控制风量规定

地铁消防专用通道有直出地面条件，地面口部门由门禁系统进行管理，依据《防火标》第9.5.4条规定在火灾工况时门禁系统控制门解禁或断电自动解禁。从文字表述上类似NFPA92第A.4.6.1条文中“加拿大系统”的描述，即外门是疏散期间最有可能长时间打开的楼梯间门，地下疏散时门均为短暂不完全开启，按《烟标》计算方法时地铁消防专用通道楼梯间的N1不妨取值为2，对于（0.9+0.3）m*2.1m疏散门负担地下1~4层的计算值列于表4，所得值即使按直灌送风取1.2倍也均小于25000m3/h，取大值即为25000m3/h。

表4 消防专用通道N1取值为2加压风量计算值

内部楼梯间无论是封闭楼梯间或是防烟楼梯间，均设置带闭门器防火门，均不直通室外；其中防烟楼梯间具有独立前室，相比封闭楼梯间与走道间多一道防火门，相当于多一层烟气进入的屏障，理论上防止烟气侵入需要的风量更小才合理；按《烟标》计算方法时地铁内部楼梯间的N1不妨取值为1，对于（0.9+0.3）m*2.1m疏散门负担地下2~4层的计算值列于表5，所得值即使按直灌送风取1.2倍也均小于16000m3/h，封闭楼梯间取大值即为16000 m3/h；防烟楼梯间因《人防规》最小控制风量的规定，在设计中取大值即为25000m3/h。

表5 内部楼梯间N1取值为1加压风量计算值

因《人防规》有最小控制风量相关规定，虽然按照《烟标》计算所得值远小于最小控制风量要求，却也不得不采用最小控制风量；在地铁竣工前实际调试运行时，几乎所有设置正压送风系统的楼梯间均处于系统余压值超过最大允许压力差的状态。本文对N1的取值仅为个人建议取值，针对地铁正压送风系统的实验研究亟待深入，对于采用《烟标》计算所得值和N1取值的合理性，是否能达到设计的防烟性能有待实验论证。

2.2 地铁消防专用通道的正压送风系统送风方式的探讨

埋深大于32m作为采用两点部位送风方式判据合理性有待商榷，参考NFPA92第A.4.6.4.1.2条文解释高层建筑顶楼直灌送风时，直灌点附近楼层开门时可能流失所有风量和风压，一楼疏散门长时间处于开启状态，此时直灌加压送风系统特别容易失效。

对于地铁埋深较大时，仅地面出入口直接与地面连通，下部各层近似于封闭状态，在地面建筑开口部位直灌加压特别容易失效，因此不应在地面建筑开口部位直灌加压送风；因人防防护密闭门的存在，人防门框会阻碍风管穿过，在地铁人防门框内采用直灌送风或多点送风更加合理；它们在性能、经济性和空间合理性上到底谁更好还有待进一步研究。

3 结语

本文对实际工作中遇到的地铁车站设备与管理用房区的防烟系统设计按照现行标准进行了主要研究探讨，阐述了部分设计新旧规范设计的异同；以美国消防协会最新防烟控制标准为对比参考，虽然研究体系方法有异，但原理相同；随着对地铁等类似地下封闭空间防烟控制的实验研究的增加，未来基于性能的防火防烟设计方法更加完善，可以让整个标准体系更加先进适用，减少或消除不同规范相互之间的冲突，系统设计与实际运行工况更加适宜，希望本文能为提高地铁工程设计品质起到一定作用。