地下車庫聯絡道通風系統的設計分析

施孝增

上海市政設計研究總院（集團）有限公司

地下車庫聯絡道通風系統的設計分析

施孝增

上海市政設計研究總院（集團）有限公司

地下車庫聯絡道作為一種新型的地下交通道路，其通風系統設計日益受到關注。本文通過對地下車庫聯絡道的火災危險性分析，對地下車庫聯絡道方面研究的綜述，提出了地下車庫聯絡道的通風系統設計原則，通風方式及設計思路。

地下車庫聯絡道 通風系統 煙氣控制

地下車庫聯絡道路（Underground Parking Link，簡稱UPL）是近幾年出現的一種新型的城市地下交通道路，用于連接各地塊車庫而修筑的位于道路下方的并布有獨立出入口的地下公共通道。地下車庫聯絡道有很多種叫法，諸如地下聯系道路、地下環路、地下車行環廊等，這里以在編的行業標準《城市地下空間基本術語規范》中的術語及解釋為準。

圖1　北京中關村地下車行通道總體布置

圖2　北京金融街地下車行通道總體布置

國內建成的地下車庫聯絡道有北京中關村UPL（圖1），北京金融街UPL（圖2），北京奧林匹克公園UPL，蘇州火車站UPL等工程，如圖2所示。

地下車庫聯絡道的主通道通常呈環形，且聯絡道的形狀通常是不規則的，一旦發生CO、NOX等有毒氣體無組織擴散，其后果非常嚴重。因此，考慮車道通風方面的優化問題具有重要的意義[1]。康曉龍等認為，地下車庫聯絡道與地面或者車庫相接的出入口、交叉口較多，相比于傳統的一入一出的長直型，其火災排煙系統更為復雜[2～4]。然而，相比于傳統的隧道，地下車庫聯絡道的設計行車速度通常為20km/h，火災發生概率與火災危險性級別都需要進一步研究。目前，行業內對地下車庫聯絡道還沒有一個確切的定義，既不能簡單地看作大型地下車庫的車行通道，也不能完全按照城市公路隧道進行設計。此外，現行的相關規范中提供的可參考的設計依據較少或者比較籠統，不能完全滿足地下車庫聯絡道通風系統設計要求[5～6]。因此，有必要對地下車庫聯絡道的火災危險性進行分析，明確地下車庫聯絡道的通風系統設計原則，通風方式設計思路。

1　地下車庫聯絡道火災危險性研究

地下道路火災主要指汽車火災，汽車火災與地下道路的功能、車速、流量等密切相關[7～8]。工程實踐過程中，地下車庫聯絡道與地下車庫容易被混為一談，誤認為地下車庫聯絡道與地下車庫的車行通道類似，可參考地下車庫的慣例進行工程設計；有的則“一刀切”，認為地下車庫聯絡道的設計標準應該高于城市道路隧道。為了化解誤區，下面對城市道路隧道（圖3）、地下車庫聯絡道（圖4）、地下車庫車行通道（圖5）在交通功能、道路等級、通行車種等方面進行比較，如表1所示。

圖3　城市道路隧道

圖4　地下車庫聯絡道

圖5　地下車庫的車行通道

表1　功能、形態對比表

由表1可以看出，從交通功能來看，地下車庫聯絡道服務于區域車庫群的到發交通，其通行功能介于城市道路隧道和地下車庫的車行通道之間。行車速度是地下道路通風系統設計所考慮的關鍵參數之一，地下車庫聯絡道的設計車行速度高于地下車庫通行道路，同時又低于城市道路隧道。城市道路隧道服務于過區域、過境交通，其車行流量通常較大，而對于地下車庫聯絡道，由于服務的是區域車庫群，其車行流量高于地下車庫的車行通道。綜上可知，從車輛碰撞引發火災的角度看，地下車庫聯絡道的火災危險性低于城市道路隧道，同時要比地下車庫車行通道高。但是從消防疏散角度來說，火災危險性還需要考慮地下車庫聯絡道道路形態的復雜程度對火災煙氣控制的影響。具體地說，主通道的形狀、匝道的設置都將改變隧道或者聯絡道的消防疏散模式。工程實踐中，聯絡道形式多種多樣，沒有確定的形態，在進行通風系統設計時，如果地下車庫聯絡道的主通道與匝道設置與城市道路隧道相似，可綜合聯絡道的功能特點、道路參數等，考慮適當降低地下車庫聯絡道的火災煙控級別，相關專業如給排水、電氣等，可相應調整消防等級，由此可在滿足安全使用的前提下，顯著節約整個消防系統的投資。

2　地下車庫聯絡道通風系統選擇與設計

目前，對地下車庫聯絡道通風系統的研究主要在實驗和數值模擬兩個方面。在實驗研究方面，王偉等對北京市的2條地下道路進行了實體通風實驗并得出結論[9]。余后從等通過1/10的小尺寸模型實驗對采用“分段自然通風+半橫向機械通風”的復合通風系統的某地下車庫聯絡道進行了研究分析[10]。

在數值模擬方面的研究主要在火災控煙方面，李磊等對北京金融街地下車庫聯絡道進行了煙氣流動預測仿真模擬，認為聯絡道所采用的“分段全橫向通風系統”能夠控制煙氣的擴散，滿足安全疏散要求[11]。華高英等對北京市CBD地下車庫聯絡道進行了Fluent火災數值模擬，對CBD地下車庫聯絡道5種典型火災場景下的煙氣控制方案進行了優化，認為“分段射流風機+軸流風機誘導送排風”的通風方式可避免火災煙氣在整個隧道中蔓延，為人員的疏散創造有利環境[12～13]。錢曉彬，Guo等采用FDS對武漢某地下車庫聯絡道進行了火災模擬，發現在軸流風機排煙量滿足需求的前提下，采用“分段半橫向集中式機械通風系統”可使大部分火災煙氣通過隧道頂部排煙道排出，煙氣被控制在火源上下游430m范圍內，大大提高了人員疏散的安全性[14～15]。姜學鵬等針對地下車庫聯絡道的構造與功能特點，提出了地下車庫聯絡道火災通風排煙設計的一般方法，并利用Fluent對其火災煙氣控制方案進行模擬驗證，認為“分段射流風機+豎井軸流風機送排式”通風系統可有效保證火源下游車輛和火源上游人員的逃生安全[16]。

從以上對地下車庫聯絡道通風系統的實驗和數值模擬研究可以看出，地下車庫聯絡道通風系統的設計相對靈活，自然通風、機械通風、以及二者相結合的復合通風都得到了驗證。需要注意的是，當地下車庫聯絡道主通道的形狀是環狀時，需要對地下車庫聯絡道通風系統分段考慮，即將地下車庫聯絡道的主通道按照通道形狀劃分成若干區段，考慮風機性能、通風效果等，并結合工程實踐，單個區段長度控制在200～250m以內，每個區段在考慮整體通風效果的前提下分段通風。

為了更好地研究地下車庫聯絡道的通風系統，筆者對國內地下車庫聯絡道進行了匯總，如表2所示。

表2　國內地下車庫聯絡道通風方式匯總

從表2可以看出，地下車庫聯絡道的通風系統多采用射流風機+軸流風機送排式、全橫向式、半橫向式等三種通風方式，其中，射流風機+軸流風機送排式通風系統是通過將地下車庫聯絡道的主通道分段，每段通道兩端設置送排風設備與井道，中間通道設置射流風機實現通風。全橫向式和半橫向式統稱橫向式，全橫向式通風系統投資費用較大，應用較少。半橫向式是在全橫向式的基礎上發展起來的，在聯絡道頂部或者側部設置排風口，聯絡道出入口自然補風。對于全射流的通風方式，由于車行主隧道通常為環形或者矩形，聯絡道在堵塞情況下，廢氣在環形車道內部將形成循環流動，不能夠及時有效的排出[17]；此外，火災工況下，單一的縱向通風將造成聯絡道內煙氣的無組織蔓延，威脅疏散逃生。需要說明的是，地下車庫聯絡道采用何種通風方式，不僅與隧道的建設規模，如聯絡道長度、車行流量、車種比例密切相關，還與聯絡道的建設模式和聯絡形式有關。要進行地下車庫聯絡道通風系統的研究，需要對地下車庫聯絡道的建設模式和聯絡形式進行歸納總結。通過工程實例的總結，地下車庫聯絡道的建設模式和聯絡形式可分為以下三種，即單建式（圖6）、鄰建式（圖7）、合建式（圖8），這三種形式的功能核心都是為所聯絡的地下空間的到發交通服務。如表3所示。

圖6　單建式

圖7　鄰建式

圖8　合建式

表3　地下車庫聯絡道歸納表

對于合建式地下車庫聯絡道，由于聯絡道是地下空間的一部分，因此通風系統可以統籌考慮，靈活管理?？煽紤]地下車庫聯絡道利用地下空間二層的車庫通風系統，采用半橫向通風方式進行聯絡道的通風排煙，既滿足聯絡道的通風排煙要求，又可以高效利用地下空間的設備和管道，顯著降低投資，簡化通風系統。

對于鄰建式地下車庫聯絡道，由于投資、權屬及運營管理一般由政府承擔，地塊代建，因此聯絡道在通風系統設計時，需要考慮聯絡道建成后的設備系統運營管理?？煽紤]地下車庫聯絡道統籌利用地下空間的出地面通風井道進行送排風，通風系統機房獨立設置。鄰建式聯絡道優先采用半橫向式，以減少出地面風井對地面景觀的影響，在條件允許情況下，也可采用射流風機+軸流風機送排式。

對于單建式地下車庫聯絡道，由于其建設、權屬及運營管理均由政府承擔，系統相對獨立，可根據通風機房、送排風井道位置，采用半橫向式或者射流風機+軸流風機送排式。

3　結語和展望

本文對地下車庫聯絡道的火災危險性進行了分析，對學術界、工程界在地下車庫聯絡道方面的研究進行了綜述。通過研究分析認為：1）當地下車庫聯絡道的道路形態與城市道路隧道相似時，可綜合聯絡道的功能特點、道路參數等，適當降低地下車庫聯絡道的火災煙控級別。2）環狀地下車庫聯絡道通風系統作分段考慮，通風系統不僅與隧道的建設規模相關，還與聯絡道的建設模式和聯絡形式有關。

對地下車庫聯絡道通風系統的研究還需更深入一步，如果條件允許，建議在建成的地下車庫聯絡道內進行通風和火災實驗測試，完善通風和排煙設計。此外，分段射流風機+軸流風機送排式與分段半橫向式通風系統雖然已經在工程實踐中得以應用，但是對分段原則以及分段合理性的研究尚無定論。

致謝

感謝城交地下院高工王曦在交通分析方面的協助。

[1]趙紅莉,徐志勝,姜學鵬.蘇州火車站地下環形車道通風安全及火災煙控技術研究[J].中國安全科學學報,2008,18(12):172 -176

[2]康曉龍,王偉,趙耀華,等.城市地下交通隧道性能化防火設計探討[J].建筑科學,2007,23(8):4-8

[3]Hua Gaoying,Wang Wei,Zhao Yaohua,et al.A study of an optimal smoke control strategy for an urban traffic link tunnel fire[J]. Tunneling and Underground Space Technology,2011,26(2):336-344

[4]華高英,李磊.城市地下交通聯系隧道煙控設計研究初探[J].暖通空調,2013,43(6):104-108

[5]北京市規劃委員會.北京市地下聯系隧道規劃設計導則[S]. 2011

[6]李引擎.建筑防火性能化設計[M].北京:化學工業出版社,2005

[7]中華人民共和國交通部.公路隧道交通工程設計規范[S].2004

[8]PIARC.Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels[S].Committee on Road Tunnels,2007

[9]王偉,華高英,趙耀華,等.城市地下交通隧道實體通風測試與數值模擬[J].北京工業大學學報,2010,36(2):193-198

[10]余后從,郭修紀.地下交通環廊通風排煙試驗研究[J].消防科學與技術,2012,31(9):922-925

[11]李磊,劉文利,肖澤南,等.金融街地下車行系統消防安全性能化設計評估[J].消防技術與產品信息,2004,(1):4-7

[12]華高英.城市地下交通聯系隧道性能化防火設計研究[D].北京:北京工業大學,2009

[13]華高英,王偉,趙耀華,等.北京市CBD地下交通聯系隧道火災煙氣控制研究[J].暖通空調,2010,40(12):75-79

[14]錢曉彬,黃求喜,王曉剛.武漢CBD地下交通環廊火災煙氣控制[J].中華建設,2012,(6):210-211

[15]Guo Xiu-ji,Yuan Jian-ping,Fang Zheng,et al.Study on Smoke Control of Wuhan CBD Urban Traffic Link Tunnel[J].Procedia Engineering,2013,52:124-130

[16]姜學鵬,付維綱,袁月明,等.城市地下聯系隧道火災通風排煙設計方法[J].科技導報,2013,31(12):15-20

[17]莊煒茜,徐志勝,趙紅莉,等.豎井在蘇州火車站地下空間環形車道中的應用[J].鐵道標準設計,2008,(增刊):53-55

Design Analysis on Ventilation System of Underground Parking Link

SHI Xiao-zeng
Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group)Co.,Ltd.

As a new underground traffic road,the design of ventilation system of underground parking link has

more and more attention.The fire risk of underground parking link is analyzed in this article,together with the research on underground parking link in academic and engineering field is reviewed.This article proposes the design principle and method of ventilation system of underground parking link.

underground parking link,ventilation system,smoke control

1003-0344（2015）06-101-4

2014-5-8

施孝增（1986～），男，碩士，工程師；上海市楊浦區國權路98號國陽大廈709室（200433）；E-mail:s-x-z@126.com