帶上蓋開發地鐵車輛段運用庫通風系統探討

曾雯

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

截止2019 年底，我國已有40 多個城市開通城市軌道交通運營線路，已運營車輛段和停車場達到300座以上。單座車輛段和停車場一般占地面積約5～10萬m2，占地規模較大，為有效利用城市有限的土地資源，地鐵設計人員提出在車輛段和停車場上部增加蓋板進行上蓋物業開發，蓋板上修建住宅，商場，學校，公園及其他公用設施。運用庫一般為車輛段內最大的單體建筑，增加上蓋物業開發后運用庫無法利用屋頂天窗自然通風，國內尚無對帶上蓋物業開發運用庫統一通風系統設計標準。基于上述問題，筆者結合近年來設計及實踐經驗，對帶上蓋物業開發運用庫多種通風系統方案進行探討分析。

1 帶上蓋物業開發運用庫概況

帶上蓋物業開發車輛段一般設置兩層蓋板：第一層蓋板設置在9 m 高度，蓋上為物業開發配套汽車庫，蓋下為車輛段。第二層蓋板設置在15 m 左右高度，蓋上為住宅、商場、學校等物業開發項目（圖1）。

圖1 典型帶上蓋物業開發車輛段運用庫剖面圖

地鐵車輛段運用庫臨近咽喉區設置，包含停車場列檢庫、雙周/三月檢庫、附屬用房，承擔地鐵列車的日常停車，維修及保養等（圖2）。運用庫設置在9 m 蓋板以下，運用庫火災危險類別為戊類廠房，建筑面積2～6 萬m2，庫區建筑層數一層。運用庫靠咽喉區庫前端每個列位設置一處敞開門洞，其余各側設置固定或可開啟門窗。

圖2 某車輛段總平面示意圖

2 帶上蓋物業開發運用庫通風系統方案的介紹

運用庫面積較大，層高較高，屬于高大空間建筑。帶上蓋物業開發的運用庫由于設置上蓋，但四周敞開，故一般采用機械排風，側墻外窗和靠咽喉區門洞自然進風通風系統。運用庫可按下列工業廠房熱平衡方程式[1]計算機械通風量：

式中：ΣQb為圍護結構、材料吸收的總失熱量，kW；ΣQf為生產設備、產品及采暖散熱設備的總放熱量，kW；Lp為局部和全面排風風量，m3/s；Ljj為機械進風量，m3/s；Lzj為自然進風量，m3/s；Lhx為再循環空氣量，m3/s；ρn為室內空氣密度，kg/m3；ρw為室外空氣密度，kg/m3；tn為室內排出空氣溫度，℃；tw為室外空氣計算溫度，℃；tjj為機械進風溫度，℃；ts為再循環送風溫度，℃；c 為空氣的質量比熱，其值為1.01 kJ/(kg·℃)。

運用庫雖然體積很大，但內部發熱量及人員密度很小，采用較大的換氣次數不利于運行節能，按《城市軌道交通通風空氣調節與供暖設計標準》GB/T 51357-2019 第3.1.20 條[2]：當車輛綜合基地的停車庫，列檢庫，洗車庫，月檢庫等運用和檢修生產設施庫室夏季采用機械通風時，換氣次數不宜小于1 次/h。當房間高度大于6 m 時，機械通風量可按6 m3/(h·m2)計算。故當缺少相關計算參數時，也可按不小于1 次/h計算機械通風量。

目前帶上蓋物業開發運用庫主要采用如下四種通風系統：

1）方案一：機械排煙兼機械通風系統（共用風機和風管）+壁掛式風扇

帶上蓋物業開發的運用庫不滿足自然排煙條件，需設置機械排煙系統。鑒于運用庫內已設置機械排煙系統，為節省投資，武漢[3]、徐州、鄭州等地車輛段在運用庫內設置機械排煙兼機械通風系統（共用風機和風管），風機采用雙速風機，低速用于平時通風換氣，高速用于火災時排煙。

該系統屬于橫向通風系統，運用庫空間較高，且為避免與庫內接觸網安裝位置沖突，排風口安裝高度一般在6 m 以上，造成庫內工作人員作業區域風速極低。尤其在庫房中部區域，由于離進風口較遠且無攪動氣流，該區域空氣品質較差、溫度較高。為滿足庫內各工位局部降溫需求，該方案需設置壁掛式強力風扇及移動式工業冷氣機輔助通風降溫。

2）方案二：機械排煙兼機械通風系統（共用風機和風管）+大型工業吊扇

為解決方案一人員作業區無攪動氣流的問題，溫州市域鐵路車輛段及部分高速鐵路車輛段運用庫設置大型工業吊扇增強庫內氣流運動。大型工業吊扇直徑5～7 m，攪動風量單臺可達60 萬m3/h 左右，超大的覆蓋半徑和風量可以有效帶動運用庫內氣流的有序運動和混合，結合庫內的機械通風和自然進風系統，可改善庫內的空氣品質，做到全覆蓋無死角通風。但大型工業吊扇應避開運用庫內接觸網安裝區域、上方開孔區域、柱子設置，以避免對周圍設施運行造成影響。由于帶上蓋物業開發運用庫內柱子布置較密，故大型工業吊扇適合采用接觸軌供電的運用庫。

3）方案三：機械排煙、機械通風系統（分設風機和風管）+壁掛式風扇

考慮運用庫平時通風的風量比較小，機械排煙和機械排風的風量比值可達10:1，共用風機和風管存在風量不匹配、排風不均勻問題，而且風機噪聲比較大，對上蓋物業開發會造成噪聲污染，為解決上述問題，南昌、東莞等地車輛段在運用庫內設置與機械排煙系統分設風機和風管的機械通風系統。

4）方案四：誘導通風系統+壁式強力排風機

該方案從靠近咽喉區的運用庫庫前端門洞引進室外新鮮空氣，沿列位設置的誘導推射風機攪動周圍的靜止空氣，同時帶動周圍空氣沿列位縱向接力傳送，最終通過庫尾端的壁式強力排風機排出（圖3），從而使運用庫內氣流形成連續的縱向流動，屬于典型的縱向通風系統，該方案已應用于杭州、上海、金華、洛陽等地帶上蓋物業開發的運用庫通風設計。

區別于傳統的橫向通風系統，縱向通風系統屬于無風管通風系統。誘導推射風機的風口為變風量風口，可以上下左右調節送風角度。風機自帶過濾段，具有自動過濾除塵的功能。可高效改善運用庫內工作人員作業區域的通風效果和空氣品質，工作區斷面平均風速一般可達1.5 m/s 左右，空氣齡時間最長不超過1000 s。誘導通風系統可以根據設定的溫濕度、二氧化碳、PM2.5 等參數要求控制運行臺數和調節單臺風機運行速度，也可以按股道分組運行控制。

圖3 帶上蓋物業開發的運用庫誘導風機系統示意圖

3 各通風系統方案探討分析

從經濟性方面分析：初期投資方案四＞方案三＞方案二＞方案一。誘導通風系統由于200～300 m2需要設置一臺誘導推射風機，且還需設置壁式強力排風機以及單獨的控制系統，而目前市面上用于高大空間的誘導推射風機售價約5 萬元/臺（含控制系統），故相較于傳統的橫向通風系統，該系統初期投資最高。但由于誘導通風系統控制比較靈活，可以按股道分組運行控制，也可以調節單臺風機運行速度，故該系統運行費用最低，一般10 年之內可回收相對于橫向通風系統增加的初期投資費用。

從舒適性方面分析：工作人員舒適性方案四＞方案二＞方案三＞方案一。方案一和方案三工作人員活動區域氣流擾動極小，長期直吹壁掛式風扇會帶來風扇病等健康問題，且壁掛式風扇覆蓋面積有限，需設置移動式工業冷氣機輔助通風降溫，方案三由于排風口可以均勻布置，故舒適性方面優于方案一。方案二和方案四工作人員活動區域氣流擾動極大，方案四基本可做到無死角通風、模擬自然風的均勻風速場，故舒適性方面優于方案二。

從土建設計方面分析：對土建的影響方案四＜方案一＜方案二＜方案三。方案三相較于其他三個方案，需要增加通風機房、風管穿墻或樓板的開孔，且該方案運用庫內同時存在排煙風管和排風管，將大大降低庫內的凈高。

從上蓋物業開發方面分析：目前運用庫方案一～方案三通風機房一般設置在上蓋物業開發汽車庫或庫外白地。若通風機房設置在上蓋物業開發汽車庫內：一方面影響后期的運營維護，上蓋物業開發和蓋下車輛段屬于兩個不同的單位運營，通風機房內設備附件等需要檢修維護時需要經過上蓋物業開發單位同意后方可進入，增加了檢修難度。另一方面影響上蓋物業開發區域的環境品質，由于通風風機需要長時間開啟，產生的噪聲不可避免對汽車庫造成噪音污染，且通過風井排出的運用庫污濁空氣將降低上蓋物業開發區域的空氣品質。再者通風機房將占用汽車庫有限的使用面積，通風機房頂部的排風井將影響上蓋物業開發的整體布局和美觀。故筆者認為運用庫若采用方案一～方案三通風系統，通風和排煙機房建議設置在庫外白地。

4 結語

本文對目前常用的帶上蓋物業開發運用庫通風系統方案進行了探討和分析，結合筆者近年來的設計及實踐過程中總結的經驗，提出如下建議和思考：

1）應從經濟性、舒適性、對上蓋物業開發的影響、對土建的影響等其他受限條件綜合考慮后選擇帶上蓋物業開發運用庫通風系統方案。在經濟條件允許的情況下，建議考慮設置舒適性和空氣品質最高的縱向通風系統。橫向通風系統應設置有效的輔助降溫措施。

2）橫向通風系統盡量在庫外白地外掛通風和排煙機房，以減少對上蓋物業開發的影響。如確需將機房設置在上蓋汽車庫內，應做好風機降噪措施，且機房上部的通風井應遠離上蓋物業開發建筑，并與景觀綠地結合設置，盡可能減少對上蓋物業建筑品質的影響。

3）北方地區運用庫目前一般采用高大空間供暖設備采暖（垂直送風型），該設備吊裝在運用庫上部空間，采用旋流風口送風，將處理后的空氣，通過自上而下的強制空氣對流送至地面工作區，用于滿足高大空間供暖需求。該設備也可在夏季和過渡季節用做送風機（空氣未經處理）攪動庫內的氣流，結合庫內橫向排風系統，對庫內進行通風降溫。在今后的北方地區帶上蓋物業開發運用庫通風設計中，筆者認為可考慮該方案的可行性。