为提高土地利用率及经济效益,地铁停车场(车辆段)上盖开发是未来经济较发达的一、二线城市开发建设的方向 ^[1]。带上盖开发的地铁停车场(车辆段)设计较为复杂,停车场(车辆段)的运营与上盖物业开发以停车场结构顶板作为分隔界面,停车场尺度较大,其设在长300多m、宽300多m的大平台下,盖下停车场的通风与防排烟等需要详细分析,以确定符合功能和消防要求的设计 ^[2,3,4],如何设计及设计过程中需要关注的要点是本文研究的重点。本文以南宁新村停车场项目为例,对带上盖物业开发的地铁停车场通风空调及防排烟的设计思路展开详细论述。

　　 新村停车场项目是南宁市第一个带上盖物业开发的地铁停车场项目,该停车场位于南宁市五象新区,绕城高速以北、规划良玉大道以南、平乐大道以西的地块内,为南宁地铁2、3号线共址建设。停车场总建筑面积18.5万m²,建筑占地面积16.7万m²。2号线运用库建筑面积3.5万m²,3号线运用库建筑面积2.7万m²,层高9.3 m,其主要功能是用于地铁列车的停放和检修。该项目中带上盖物业开发的单体建筑包括咽喉区、2号线运用库和3号线运用库。咽喉区上盖业态为学校足球场和公园,2号线和3号线运用库上盖业态为商业和学校,商业建筑外边缘与停车场结构顶板外边缘距离大约9～10 m,空间位置关系如图1、2所示。

　　 南宁市气候炎热潮湿且盖下停车场面积较大、库内工作环境较差,停车场设计涉及设备专业较多,除风、水、电外还有工艺、供电、接触网、通信、信号等专业,库内管线较多,且库内以列车存放为主,人员较为稀少且大都短暂停留,以排风换气为主。故考虑在库内设置机械排风、自然补风。参照GB 50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》 ^[5]第6.3.8条规定,当高度大于6 m时,排风量可按6 m³/(m²·h)计算,同时也借鉴了北京市DB 11/995—2013《城市轨道交通工程设计规范》 ^[6]第13.4.1条规定,夏季采用机械通风,换气次数不宜小于1 h^-1。与此同时,兼顾风机(双速)选型时排烟量与排风量的匹配问题,库内机械排风换气次数取1.5 h^-1。排风口均匀布置在每一柱跨内,通过每一柱跨内的外墙窗户及库门自然进风,满足通风换气要求。此外,大库内每隔一跨的柱子上设置工业壁扇,用于局部降温,增加周边空气扰动,给运营人员带来凉快的感觉。为减小排风机噪声对上盖物业开发的影响,风机须设置在机房内,同时需经消声处理,采用长度为2 m的双层微穿孔板型消声器。

　　 咽喉区以轨行区为主的交通区域基本无可燃物,亦非人员长期居留场所,且空间高大,未设排烟设施 ^[7]。顶板开设洞口的数量、大小及位置需同时满足盖下采光通风及盖上学校足球场和公园的规划要求。

　　 运用库由于需要满足上盖物业(商业、学校)的使用功能需求而无法在库顶结构板上通过开设洞口的自然排烟方式解决盖下消防设计问题,需考虑设置机械排烟。对于机械排烟参数的选取,以往的停车场上盖开发工程由于没有适用的消防排烟设计规范,主要依据专业单位对各工程所做专项的特殊消防性能化报告(报告内明确各防火分区排烟参数设计标准)进行设计。该工程在设计前期阶段进行了特殊消防设计。但在设计后期阶段却恰逢住房和城乡建设部颁布GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》 ^[8],该规范自2018年8月1日起实施。通过对新版GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的解读,认为按照新版规范对防烟分区尺度的强制要求、不同功能类型及高度场所的排烟量计算标准均更加严格,因此按新版规范标准进行设计。

　　 2、3号线运用库功能类似,以2号线运用库为例进行介绍,将洗车库,停车列检库,周月检库、临修库,附属用房依次划分为第1、2、3、4防火分区。盖下2号线运用库防烟分区如图3所示。附属用房主要功能为2层办公,各房间层高较低,排烟量按60 m³/(m²·h)计算,这一点与消防性能化报告中的参数一致且是常规设计,不再占用篇幅进行介绍。排烟系统及防烟分区的具体划分情况见表1。

　　 洗车库,停车列检库,周月检库、临修库空间净高均为8.8 m,各自防烟分区内排烟量的计算方法一样,以2号线停车列检库中任一防烟分区(高大空间)为例,排烟量的计算具体如下。

　　 该工程运用库定义为丁类厂房,库内设置湿式灭火系统,且加大喷水强度、调整喷头间距,该火灾热释放速率Q按有喷淋取值。空间净高为8.8 m,储烟仓厚度(即烟层厚度)为1.5 m,即燃料面到烟层底部的高度为7.3 m。由于其属于高大空间,烟羽流在上升过程中不与墙壁接触且不受气流干扰,因而选用轴对称型烟羽流模型进行计算。根据GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》第4.6.7条及其条文说明确定Q的取值。

　　 $\begin{array}{l}Q{}_{\text{C}}=0.7Q(1)\\ {\rm Z}{}_1=0.166Q{}_{\text{C}}^{\frac{2}{5}}(2)\\ {\rm M}{}_{\text{ρ}}=0.071Q{}_{\text{C}}^{\frac{1}{3}}{\rm Z}{}^{\frac{5}{3}}+0.0018Q{}_{\text{C}}(3)\\ {\rm T}={\rm T}{}_0+\text{Δ}{\rm T}(4)\\ \text{Δ}{\rm T}=\frac{{\rm K}Q{}_{\text{C}}}{{\rm M}{}_{\text{ρ}}c{}_p}(5)\\ V=\frac{{\rm M}{}_{\text{ρ}}{\rm T}}{\rho {}_0{\rm T}{}_0}(6)\end{array}$

　　 式(1)～(6)中 Q_C为对流部分热释放速率,kW;Q为火灾热释放速率,取2.5 MW;Z₁为火焰极限高度,m;M_ρ为轴对称型烟羽流质量流量,kg/s;Z为燃料面到烟层底部的高度,m;T为烟层的平均热力学温度,K;T₀为环境的热力学温度,K;ΔT为烟气平均温度与环境温度的差,K;K为烟气中对流放热量因子,采用机械排烟时,K=1.0;c_p为空气的比定压热容,取c_p=1.01 kJ/(kg·K);V为计算排烟量,m³/h;ρ₀为环境空气密度,kg/m³。

　　 计算可得,V为97 694 m³/h。

　　 根据GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》表4.6.3计算,V=108 267 m³/h。

　　 库区内任一个防烟分区计算的排烟量取公式法与查表法计算结果中的最大值,即108 267 m³/h。

　　 在排烟量大且库尺度较大的情况下,为避免风管过长,导致风机压头不够,主风管排烟风速应控制在10 m/s左右。这样会导致单根主风管尺寸较大,为4 000 mm×800 mm,同时鉴于库内限界要求的范围及其他专业管线较多的原因,在设计上进行优化,库内(高大空间)任一防烟分区排烟均由2台单台排烟量为70 000 m³/h的排烟风机同时承担,2根主风管尺寸均为2 000 mm×800 mm,尽量减小风管所占空间及数量。排烟时需兼顾库内机械排风,故优先采用双速风机(高速排烟,低速排风)。通过计算,具体排烟系统配置见表2,排烟系统如图4所示。图4给出了排烟与排风系统大致路由走向、电动风阀及各排烟支管上排烟阀的位置。电动风阀平时呈开启状态,火灾时关闭;排烟阀平时呈常闭状态,火灾时开启。

　　 经校核计算,库内某一防烟分区内单位面积排烟量约为65 m³/(m²·h),是特殊消防性能化报告中提出的单位面积排烟量30 m³/(m²·h)的2倍之多,新规范对排烟要求标准高于特殊消防性能化报告。同时鉴于工程收尾阶段消防验收会以GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》为依据,并与当地消防部门沟通,最终确定按新规范进行设计。

　　 排烟风机均布置在库外消防车道正上方的夹层机房内,机械排烟系统风管均引向平台边缘,通过盖上竖井排出烟气。排烟补风通过外墙低处均匀设置的带防火阀的百叶自然进风,如图5所示,满足排烟补风量。在开设排风百叶风口时,需要与建筑专业沟通配合,保持外立面的美观性,如图6所示。

　　 1) 附属用房多为人员办公区域,采用多联机(VRF)+新风空调系统,VRF具有部分负荷时IPLV(综合部分负荷性能系数)比较高的优点。对每一空调房间进行逐项逐时冷负荷计算,空调冷负荷(含新风负荷)为440 kW,冷负荷指标为162 W/m²。办公房间需要夏季制冷、冬季供热,设备房间常年制冷,将VRF+新风空调系统根据人员房间与设备房间划分为不同的系统。

　　 2) 附属用房内的通信设备室及电源室、信号设备室及电源室设置风冷型机房专用空调+新风系统,室内机设置在机房内,气流组织采用上送下回。为了避免室外机散热对人员造成影响,与建筑专业沟通,最终确定室外机设在2号线运用库与3号线运用库中间消防车道附近的架空结构板上。

　　 3) 周月检库面积为2 145 m²,有2条停车线,每条线设有双层作业平台;临修库面积为2 010 m²,有1条停车线。周月检库、临修库内检修人员相对集中,检修工作量大、作业时间长,需设置空调系统。周月检库、临修库净高8.8 m,属于高大空间,库内工艺特点决定了其内部空间管线较多,同时,临修库内的吊车顶贴梁底很近,限制了各类管线所占空间高度。综合考虑,空调系统采用远程射流空气处理机组,每跨设置1台射流机组(球形喷口),标高为4.5 m,可实现无风管远距离送风至各检修平台,具体布置如图7a所示。冷源为空气源热泵(自带水力模块),放置于盖下2号线运用库与3号线运用库中间消防车道靠近上盖洞口边缘处,有利于散热。冷热源供/回水温度夏季为7 ℃/12 ℃,冬季为45 ℃/40 ℃。通过简化模型,利用Airpak3.0软件对周月检库、临修库的温度场进行了数值模拟,喷口风速设定为10 m/s,送风温度为16 ℃,模拟结果如图7b、c所示。可见工作区域温度大致在26～27 ℃之间,满足设计要求。

　　 以南宁新村停车场为例,详细介绍了带上盖物业开发地铁停车场的通风空调及防排烟的设计思路,着重阐述了排风量、排烟量参数的选定过程,同时结合GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》详述了排烟量的计算过程,以及库区内不同层高、功能房间的空调系统形式的选用,为类似工程的设计提供参考。