近几年全国进入地铁建设的大发展期,地铁站因其人流量大,设置于地下且空间相对封闭,一旦发生火灾,人员逃生困难,火灾烟气的危害性非常大,很容易造成大量的人员伤亡,故火灾时为人员逃生创造有利条件,最大程度地争取逃生时间显得尤为重要。地铁站的设计中,公共区和设备区均设计了防排烟系统,设计人员对标准站公共区的防排烟系统设置相当关注,并在多个项目实践后形成较为成熟、效果良好的系统设置方案;而对于设备管理用房区的防排烟系统不够重视,仅仅按满足规范要求设计。GB 50157—2013《地铁设计规范》 ^[1]中第28.4.8条规定:“设备与管理用房每个防烟分区的建筑面积不宜超过750 m²”。第28.4.11条规定:“地下车站的设备管理用房、内走道、长通道和出入口通道等需要设置机械排烟时,其排烟量应根据一个防烟分区的建筑面积按60 m³/(m²·h)计算,排烟区域的补风量不应小于排烟量的50%。当排烟设备负担两个或两个以上防烟分区时,其设备能力应根据最大防烟分区的建筑面积按120 m³/(m²·h)计算的排烟量配置”。第28.4.20条规定:“排烟口的风速不宜大于10 m/s”“排烟口距离最不利排烟点距离不超过30 m”。设计均满足规范的相关要求,但是实际的排烟效果却不理想。

　　 笔者参与了某线路部分车站的通风空调设计工作,并参与了2016年工程竣工前调试时设备管理用房区放烟试验。试验过程中发现走廊烟气排除缓慢,走廊排烟气流组织混乱,且无法保证2 m以下的人员逃生清晰高度,部分车站出现烟被吹至走道地面的情况。经研究提出了优化调整方案,改善了设备区走廊排烟效果。下面以某标准站为例,对放烟试验及优化整改过程进行介绍和总结,并提出一些思考。

　　 车站为地下2层标准岛式站台车站,车站总建筑面积13 841 m²,A端为主要的设备及管理用房区(设备大端)。设备大端防烟分区面积为448 m²,在走道设置有机械排烟系统和机械补风系统,设置1台排烟风机和1台补风机。设备大端共设置2个防烟楼梯间(1个由地下1层至地面的防烟楼梯间,1个连接站厅和站台设备区的防烟楼梯间),楼梯间分别设置有机械加压送风系统,在楼梯间与前室之间,前室与走道之间均设置有重锤式余压阀。加压送风量均参考GB 50016—2006 《建筑设计防火规范》第9.3.2条设计为25 000 m³/h。各系统设备参数见表1。

　　 1) 工具由施工单位提供,检测由施工员完成,检测工具为手持式热线风速仪,可直接测得风口的风速。检测风管风速时根据需要开孔,测得风管内风速,完成检测后永久封堵。

　　 2) 烟源为烟饼,无明火,为冷烟。

　　 3) 放烟点选择最不利排烟点,即排烟系统末端的排烟口(见图1的风口3)附近。

　　 4) 走道共设置3个排烟口,排烟口为不带调节装置的单层百叶。

　　 1) 排烟干管风速为18 m/s,风管风速满足规范要求,排烟风机实测风量满足设计要求。

　　 2) 3个排烟风口1、2、3风速分别为8.8、9.0、2.8 m/s,风口风速满足规范要求,但是各风口风量不均,且近端与远端相差很大。

　　 3) 由于当时施工单位无测压装置,所以未对楼梯间和前室的压力进行检测,但是对余压阀的开启情况及现场排烟效果进行了拍摄记录,如图2、3所示。

　　 现场观测时风口2和风口3之间的余压阀开度很大,角度向下,余压阀安装高度约3 m,通过烟气流动的情况可以判断泄漏风的风速非常大,现场特意将站台层楼梯间的门开启,以直观地观察对比余压阀泄漏风对走道烟气的影响。

　　 4) 烟气排除缓慢,排烟气流组织差,放烟10 min后,走道仍有烟气弥漫,且走廊放烟点附近约1 m以上均充斥着烟气,风口2和风口3之间的余压阀附近的烟气甚至被泄漏风吹到了地面,现场2 m以下的清晰高度无法保证。

　　 经过初次试验后,对测试结果进行了分析,车站排烟风机风量均满足设计要求,排烟口风速满足规范要求,防烟分区内任意一点至排烟口的距离不超30 m,排烟效果不理想总结为以下几点原因:

　　 1) 排烟系统水力失衡,系统的大部分风量由近端风口吸入,末端风口风量小;排烟口设置数量偏少,进一步导致走道内各处排烟不均匀。

　　 2) 设备区大端设置了2个防烟楼梯间,前室与走道的隔墙上设置有余压阀,走道排烟时,楼梯间加压送风系统同时开启,其中连接站厅和站台层的防烟楼梯间前室与走道的隔墙上的余压阀在排烟口附近,其大量泄风以较高速度进入走道,对排烟时的气流组织影响非常大。经估算,从楼梯间泄至走道的风量加上排烟的机械补风量超过了排烟量。

　　 由表2可以看出,走道排烟时的补风量远远大于排烟量。

　　 初次试验,被测试车站的设备区走道都存在排烟效果不理想的情况,由于现场已经处于调试阶段,车站所有设备管线基本上已经安装完毕,结合工程现场实际情况及测量数据,对某站排烟方案作了如下调整(调整后的系统示意见图4):

　　 1) 风口1由原来的800 mm×500 mm调整为500 mm×500 mm,风口带人字调节阀;

　　 2) 风口2由原来的1 000 mm×500 mm调整为500 mm×500 mm,风口带人字调节阀;

　　 3) 在风口2和风口3之间的风管中间加设风口4(500 mm×500 mm),风口带人字调节阀;

　　 4) 将站厅前室与走道的隔墙上的余压阀移到站台层前室对外安装。

　　 1) 排烟干管风速为18m/s,风管风速满足规范要求,排烟风机风量满足设计要求。

　　 2) 4个排烟口1、2、3、4的风速分别为9.0、9.2、4.2、8.5m/s,优化后4个风口风量相差不大,见表3。

　　 3) 烟气排除相对迅速,6min内烟气基本上排除完毕,排烟气流组织较好,除放烟点外,其他区域2 m以下清晰度较高,烟气大部分有序地由风口3、风口4、风口2排除。

　　 GB 51298—2018《地铁设计防火标准》 ^[3]于2018年发布并实施,GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》 ^[4]于2017年发布并于2018年实施,该工程2016年竣工,故设备区防排烟系统未能执行以上2本标准的相关条文。

　　 GB 51298—2018《地铁设计防火标准》 ^[3]第8.2.5条第4款规定,“排烟口的风速不宜大于7 m/s”;第8.2.6条规定,“排烟区应采取补风措施,并应符合下列规定:1) 当补风通路的空气总阻力不大于50 Pa时,可采用自然补风方式,但应保证火灾时补风通道畅通;2) 当补风通路的空气总阻力大于50 Pa时,应采用机械补风方式,且机械补风的风量不应小于排烟风量的50%,不应大于排烟量;3) 补风口宜设置在与排烟空间相通的相邻防烟分区内;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小于10米”。由此可以看出,标准中已经关注到补风对排烟的影响,故对补风口有位置、风速的规定。

　　 GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》 ^[4]第3.1.6条规定,“封闭楼梯间应采用自然通风系统,不能满足自然通风条件的封闭楼梯间,应设置机械加压送风系统。当地下、半地下建筑(室)的封闭楼梯间不与地上楼梯间共用且地下仅为一层时,可不设置机械加压送风系统,但首层应设置有效面积不小于1.2 m²的可开启外窗或直通室外的疏散门”。另外根据该规范第3.4节“机械加压送风系统风量计算”的相关规定,类似该项目防烟楼梯间的计算加压送风量仅为13 000 m³/h,比该项目的加压送风系统取值小很多。

　　 结合该工程的试验结果及2本规范的相关条文,提出以下建议和想法,供读者参考。

　　 1) 在设计排烟系统时,除了满足规范要求外,还应保证各排烟口的排烟均匀性与排烟量的有效性。试验调整策略中,在现有条件下调整了风口尺寸,补充了人字调节阀,并适当增加了风口数量,均是为了达到此目的,试验结果也印证了这一点的重要性。规范中对排烟口风速7 m/s的限定也在一定程度上支持了这一做法。

　　 2) 走道排烟的补风措施和楼梯间泄压措施应因地制宜、合理设计,以避免不合理气流对走道排烟系统的影响。目前地铁车站设备及管理用房区走道排烟时补风的主流做法为机械补风,防烟楼梯间泄压也大多采用余压阀。按此种系统构成,即便新标准中该类型楼梯间计算加压送风量相对该工程取值变小,估算的走道总补风量还是可能大于排烟量,其实质不符合GB 51298—2018《地铁设计防火标准》 ^[3]第8.2.6条第2款。故而建议:① 有条件的车站走道排烟时补风优先采用自然补风;② 楼梯间加压送风量应严格按规范计算并选型风机,不得随意加大;③ 楼梯间的泄压本是加压送风系统防超压措施,如果泄压阀对排烟系统有不利影响,可考虑采用其他防超压措施,如采用压差旁通装置将多余的风量直接由风机出口处旁通到新风道或室外;④ 设置余压阀的楼梯间加压送风系统,余压阀的位置应合理选择,应满足规范中对补风口的相关要求。

　　 3) 地下2层标准站的疏散楼梯间提升高度一般不超10 m,按规范不需要设置为防烟楼梯间,但目前很多城市在地铁设计中提高标准,设计为防烟楼梯间,如果按规范设计为封闭楼梯间,根据GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》 ^[4]第3.1.6条规定,不需要设置机械加压送风系统。这种提高标准的设计反而带来了其他问题,做法上值得商榷和讨论。