市域鐵路地下站站臺公共區排煙方案研究

王 康

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市域鐵路地下站站臺公共區排煙方案研究

王 康

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063）

結合市域鐵路地下車站的特點，分析市域鐵路地下車站站臺層排煙系統設計中存在的難點。以某市域鐵路地下車站為例，采用CFD模擬的方法，通過對不同的火災排煙系統設計方案的模擬研究，提出能確保此類地下車站站臺消防安全的排煙系統設計方案。

市域鐵路；地下車站；排煙系統；消防安全

0 前言

隨著我國社會發展水平的提高，城市化速度不斷提高，城市交通發展問題日益突出。城市軌道交通以其客運量大、速度快、污染少等特點在公共交通中占有相對優勢，備受世界各大城市青睞[1-3]。市域鐵路是近年來隨著經濟發展和人們對于快速出行需求不斷渴望而出現的新的鐵路形式，國內尚沒有與之相對應的設計規范，目前暖通專業防排煙系統具體設計參考的是《地鐵設計規范》[4]。筆者以某市域鐵路地下車站的排煙系統設計進行數值模擬研究，探討市域鐵路地下車站的消防安全設計。

1 工程概況

某市域鐵路地下車站為地下二層側式站臺車站，本車站標準段外包總長268m，寬34.8m。總建筑面積16945.5m2，其中站廳建筑面積6283m2，設備及管理區建筑面積4431m2，站臺面積2050m2。公共區利用單層排煙口控制排煙區域，其中站廳、站臺層公共區劃分為4個防煙分區，設置2套機械排煙系統，最大兩個防煙分區面積分別為1940m2和1880m2，排煙風機按照排除最大兩個防煙分區的煙量配置，按1m3/m2·min計算排煙量，排煙風機風量為132000m3/h，排煙風機分別設置于1#空調機房和2#空調機房。圖1為車站公共區排煙系統原理圖。

圖1 車站公共區排煙系統原理圖

2 防排煙設計難點

根據文獻[4]第28.4.10條規定：“當車站站臺發生火災時，應保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不應小于1.5m/s”。車站防排煙設計中，單個站臺面積1025m2，排煙量按1m3/m2·min計算為61500m3/h，設計取62000m3/h，單個站臺樓梯開口面積和為85.5m2，再無其他輔助排煙措施的條件下，向下氣流速度僅為0.2m/s，遠遠達不到規范要求。

3 車站站臺公共區排煙方案

為滿足站廳到站臺的樓梯和扶梯口處的向下氣流速度不小于1.5m/s，本論文研究內容是開啟隧道風機、排熱風機[5]、屏蔽門以及屏蔽門上方設置的排煙口做為輔助排煙措施的可行性。

3.1 理論計算

本工程項目隧道通風機房設置2臺風量為70/50m3/s，壓頭為1100/1000Pa的排熱風機（兼排煙風機）和4臺風量為70m3/s，壓頭為1100Pa的隧道風機，當站臺發生火災時，為了能使排熱風機和隧道風機發揮作用，站臺和軌行區之間必須存在通路，目前比較普遍的做法是打開火災側屏蔽門端門，端門尺寸為2000mm×1000mm，但是區間隧道洞口（5500mm×6500mm）此時也會對排風產生影響。站臺火災時僅開啟排熱風機或者隧道風機作為輔助手段時，僅從計算角度，站廳到站臺的樓梯和扶梯口處的向下氣流速度=（70×2＋62000/3600）/（85.5＋5.5×6.5×2）=1.0m/s，且隧道洞口尺寸很大，并更靠近隧道排風風孔，大量氣流會來自區間隧道，實際風速要小于1.0m/s；當同時開啟排熱風機和隧道風機時，僅從計算角度，站廳到站臺的樓梯和扶梯口處的向下氣流速度=（70×4+62000/3600）/（85.5+5.5×6.5×2）=1.89m/s，計算值雖然滿足了規范要求，但是此輔助手段同樣有大量氣流會來自區間隧道，此時需要模擬研究站廳到站臺的樓梯和扶梯口處的實際向下氣流速度，并且研究是否還需要其他輔助方案。

3.2 站臺防排煙設計方案

本文將對五種站臺防排煙方案進行模擬研究，具體方案設置情況詳見表1。

表1 防排煙方案表

注： √—開啟，X—關閉

4 模型建立及優化

4.1 車站站臺模型

本文利用CFD技術進行模擬計算，CFD軟件核心的計算方程是納維－斯托克斯方程，其中包含了能量、動量以及連續性的關系[6]，通過求解納維－斯托克斯方程來解決質量、動量和能量的傳輸問題[7]。在根據實際方案利用CFD技術進行建模過程中，在保證模擬結果可靠性的前提下進行以下適當的簡化：

（1）因為整個車站及隧道尺寸較大，根據站臺區域模型對稱的特點，為了提高計算速度，在不影響計算結果的前提下，將其作簡化處理：計算四分之一站臺層，通過設置鏡像墻來完成整個計算，在CFD技術中鏡像墻的設置不影響室內的氣流組織情況[8]；軌頂排熱風道每組排熱風孔合并為一個大的風孔，總面積保持不變；模型整體長度取10倍的車站長度。

（2）為了簡化計算，提高計算精度，站臺設備區的房間，均簡化為整個模塊。

通過以上簡化，根據站臺實際尺寸所建立的模型如圖2所示。

圖2 車站站臺層模型

4.2 模型邊界條件

車站排煙系統排煙風機、排煙風口以及站臺屏蔽門設計參數：

（1）車站公共區排煙系統設置2臺風量為132000m3/h，全壓為1000Pa的排煙風機，排煙風機分別設置于1#空調機房和2#空調機房；

（2）隧道通風機房設置2臺風量為70/50m3/s，壓頭為1100/1000Pa的排熱風機（兼排煙風機）和4臺風量為70m3/s，壓頭為1100Pa的隧道風機；

（3）每個側式站臺各設置4個1000mm×1000mm的單層百葉排煙風口，設計風量15500m3/h；

（4）車站屏蔽門端門尺寸按2000mm×1000mm考慮，屏蔽門尺寸按4000mm×2000mm考慮；

（5）軌頂排熱風道每條風道設置2組風孔，每組風孔包含5個2000mm×500mm風孔；

（6）屏蔽門上方輔助排煙口尺寸1000×500mm，風口底標高分別為4.15m和5.2m，風口間距15m；

（7）每側站廳樓梯和扶梯口處至站臺開口面積85.5m2。

5 模擬結果

5.1 統計計算結果

統計計算結果如表2所示。

從表2可以看出，當站臺發生火災進行排煙時，方案一除了開啟站臺層公共區排煙口進行排煙外，同時輔助開啟排熱風機，隧道風機和站臺屏蔽門端門，模擬計算結果為樓梯口LTK-1和LTK-2向下氣流速度分別僅為0.47m/s和0.46m/s，分析原因為站臺屏蔽門端門門洞尺寸遠小于區間隧道洞口尺寸，排熱風孔和隧道風孔排走的風量大部分來自區間隧道洞口，對于增加樓梯口向下氣流速度的效果并不明顯；為了增強站臺火災排煙時排熱風機和隧道風機的開啟對樓梯口向下氣流速度增加的效果，方案二增開了與屏蔽門端門最近的屏蔽門1，模擬計算結果為樓梯口LTK-1和LTK-2向下氣流速度分別為1.08m/s和0.98m/s，相比較于方案一樓梯口向下氣流速度有大幅度的提高，但是未滿足樓梯口向下氣流速度不小于1.5m/s風速的要求；方案三相比較于方案二增加開啟了相鄰的屏蔽門2，模擬計算結果為樓梯口LTK-1和LTK-2向下氣流速度分別為1.40m/s和1.31m/s，仍未滿足樓梯口向下氣流速度不小于1.5m/s風速的要求；方案四相比較于方案三增加開啟了相鄰的屏蔽門3，模擬計算結果為樓梯口LTK-1和LTK-2向下氣流速度分別為1.32m/s和1.42m/s，樓梯口的向下氣流速度仍未達到1.5m/s以上，未滿足規范要求，并且相比較于方案三，樓梯口向下氣流速度基本變化不大，可以看出站臺火災利用隧道風機和排熱風機輔助排煙時，站臺中間部位屏蔽門的開啟或關閉對樓梯口向下氣流風速的影響較小。方案五中為了增大公共區與車站隧道之間的通路，相比較于方案三在軌頂排風道和屏蔽門上方增加設置排煙口PYK，此工況中樓梯口LTK-1和LTK-2向下氣流速度分別為1.72m/s和1.78m/s，氣流速度達到1.5m/s以上，滿足了規范要求。

表2 樓梯口向下風速表

5.2 推薦方案五氣流流場分析

圖3為方案五速度矢量場的剖面圖，典型截面一為Z方向=2m剖面，典型截面二為X方向=33m剖面，典型截面三為Y方向=3m剖面。

圖3 推薦方案五中3個典型截面速度場

圖4 典型截面一速度矢量場

圖5 典型截面二速度矢量場

圖6 典型截面三速度矢量場

站臺公共區發生火災時，啟用方案五進行排煙，由圖3可以看出，站廳通向站臺的樓梯口形成向下氣流，但從剖面中可以看出站臺公共區排煙口對站廳對站臺向下氣流速的的影響較小，由圖4至圖6可以看出，隧道通風系統和車站排熱系統開啟后，大量空氣通過站廳和站臺之間的樓梯口進入站臺公共區，使樓梯口形成滿足規范速度要求的向下氣流，然后通過站臺公共區與車站隧道之間開啟的聯通通路進入車站隧道，同時區間隧道也有空氣進入車站隧道，兩股氣流通過活塞風孔和排熱風孔排出車站。

6 結論

通過CFD技術對市域鐵路地下站站臺層排煙系統方案進行模擬研究，分析模擬及計算結果得到以下結論：

（1）站臺公共區發生火災時，僅開啟車站排煙風機不能滿足站廳到站臺的樓梯和扶梯口處的向下氣流速度不小于1.5m/s的要求，必須輔助開啟排熱風機和隧道風機。

（2）站臺公共區發生火災時，除了輔助開啟排熱風機和隧道風機，應盡量增大站臺公共區與車站隧道之間的聯通面積，具體措施有開啟屏蔽門和在屏蔽門上方設置排煙口；

（3）站臺公共區發生火災進行排煙時，開啟中間部位屏蔽門對樓梯口向下氣流速度的影響較小；

（4）站臺公共區發生火災進行排煙時，開啟屏蔽門上方設置的排煙口對樓梯口向下氣流速度的增加作用明顯。

[1] 鄧保順.城市軌道交通地下車站公共區排煙系統分析[J].制冷與空調,2009,23(6):9-11.

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Study of Purging System for Platform Public Area in the Underground Station of Commuter Rail

Wang Kang

( China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd, Wuhan, 430063 )

According to the characteristics of the underground station of commuter rail, the paper analysis of difficulties existing in the purging system of platform. the paper takes some underground station of commuter rail as an example, studys different purging system designs with CFD simulation, propounds the safe purging system of platform.

Commuter Rail; The underground station ; purging system; fire safety

1671-6612（2018）01-046-04

TU834

A

王 康（1987.2-），男，碩士研究生，工程師，E-mail：wkdhy2428@163.com

2017-06-03