基于FDS的地鐵車站內走道排煙方案研究

王繼坡

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

0 引言

隨著我國經濟社會的發展，軌道交通越來越普及。地鐵作為一種高效、快捷的交通方式，得到越來越多城市的認可，并在我國發展迅速。然而地鐵車站位于地下，一旦發生火災，煙氣不易排出，人員不好疏散，往往會造成重大災害。在地鐵車站公共區，一般情況會設置3個或4個出入口，用來疏散乘客；公共區一般面積較大，蓄煙倉體積也較大，發生火災時，煙氣需要較長時間才能填滿蓄煙倉再逐漸下沉，能夠為人員提供較長疏散時間。但是對設備區，尤其是內走道，一旦發生火災，煙氣會迅速填滿內走道，火災煙氣影響人員視線，高溫、CO等都會對人員疏散產生嚴重影響。對內走道排煙的設置，是一個值得研究的問題。

1 項目概況

新生路站為武漢5號線一標準車站，其大端設備區內走道面積260㎡，最長內走道65m，內走道在中間位置和靠近機房側設置連通，層高4.9m，設備區大端不排煙房間總面積275㎡，右端設通風空調機房，設置一個直出地面的疏散樓梯間。設備區大端布置如圖1所示。該文將對設備區大端火災情況進行模擬，并對排煙方案進行研究。

圖1 設備區大端布置圖

2 規范規定及現行方案

2.1 規范規定

根據《地鐵設計防火標準》（下稱“火標”）規定，排煙量應按各防煙分區的建筑面積≥60m3/（m·h）分別計算，排煙風機的風量，應按照所負擔防煙分區中最大一個防煙分區的排煙量、風管的漏風量和其他防煙分區排煙口漏風量之和計算。對補風，火標要求補風口應位于層高1/2以下。

根據《建筑防煙排煙系統技術標準》（下稱“火標”）規定，當公共建筑房間內與走道或回廊均需設置排煙時，其走道機械排煙量可按照60m3/（m·h）計算且≥13000m3/h。當負擔2個防煙分區時，應按照同一防火分區中任意2個相鄰防煙分區的排煙量之和計算。同時煙標規定，當層高為3m～6m時，內走道劃分防煙分區，長邊長度不應超過36m，對寬度不大于2.5m的內走道，可按照不超過60m劃分防煙分區。

該文將結合兩本規范相關要求，根據目前常規做法，對各種情況下的排煙效果進行模擬，結合工程實踐經驗，對排煙效果進行分析。

2.2 模擬條件設定

在火災工況模擬時，假定火災當量為1MW，火災位置位于上側走道中間位置，火災燃燒時間300s，總計模擬900s。上、下側內走道各設置800m×500m（4.2m）排煙口4個，上側靠近機房隔墻上，設置1250m×1600m（0.2m）補風口一個（4.2和0.2是指設置高度）。火災在開始時即達到最大，排煙口和補風口不再延遲，在火災時同時開啟。清晰高度為1.6+0.1（為房間高度），即2.1 m。衛生間通過門洞和內走道相通。

在實際情況中，內走道管線非常密集且排布非常密實，煙氣在上升和蔓延過程中，會受到管線的較大影響。本次模擬暫不考慮管線對煙氣的影響，僅考慮在自由狀態下煙氣蔓延路徑及排煙設置對煙氣的影響。模型如圖2所示。

圖2 內走道火災模型

3 火災模擬分析

3.1 模擬方案

內走道不劃分防煙分區，內走道排煙量按照內走道面積260m×60m，即15600m3/h，補風量按照不小于排煙量的一半，選用8000m3/h。當火災發生時，內走道上側和下側的排煙口全部打開，同時打開靠近機房的補風口，執行通排模式。

內走道不劃分防煙分區，內走道排煙量按照內走道面積與不排煙房間面積之和乘以60，即32100m3/h，補風量為16000m3/h。當火災發生時，內走道上側和下側的排煙口全部打開，同時打開靠近機房的補風口，執行通排模式。與方案一相比，該方案增加了排煙風機的風量，雖然有利于迅速排除煙氣，但是同時也增加了排煙口吸穿的風險。

內走道按照不大于60m劃分防煙分區（擋煙垂壁位置見圖1），單個防煙分區按照13000m3/h計算，排煙量按照兩個防煙分區面積之和，即26000m3/h，補風量按照15000m3/h。執行單排模式，即發生火災時，僅開上側內走道排煙口。該方案設置擋煙垂壁，對一個防煙分區執行大風量排煙，更加具有針對性。

內走道按照不大于60m劃分防煙分區，排煙量為內走道面積與不排煙房間面積之和×60，即32100m3/h，補風量為16000m3/h。執行單排模式，當發生火災時，僅開上側內走道排煙口。與方案三相比，風量更大，其所需要的風管尺寸也更大。

4種方案均為目前工程中常用方案，下面將對150s、300s、900s模擬結果進行分析，如圖3～圖5所示。

圖3 150 s時各方案煙氣圖

圖5 900 s時各方案煙氣圖

3.2 排煙模擬方案研究

從圖中可以看出，火災發生時，煙氣迅速向走廊兩側蔓延，由于補風口的吹風作用，煙氣會更加快速地向另一側蔓延。

方案一中，煙氣已基本充滿內走道，上下側內走道能見度都已經很低。下側走道煙氣已下沉，部分煙氣已通過門洞向衛生間蔓延。方案二中，火源至補風口處清晰度尚可保證，而火源至公共區門處已布滿煙氣。方案三和方案四中，雖然設置了擋煙垂壁，但是煙氣碰到擋煙垂壁后下沉，越過擋煙垂壁后依然向另一個防煙分區蔓延。下側走道雖然有較大煙氣，但是基本可以保證清晰度。

圖4 300 s時各方案煙氣圖和2.1 m清晰高度圖

300s時，煙氣達到最大，從圖中可以看出，煙氣已基本充滿走道。煙氣下沉，通過門洞侵入房間，排煙系統雖然一直運行，卻無法及時將煙氣排出。

方案一雖然是通排，但是上下側走道均充滿煙氣，衛生間通過門洞侵入大量煙氣。從清晰高度圖可以看出，僅火源附近位置和補風口附近可保證，其余位置可見度均在0.5m～1m。方案二較方案一略好，排煙口可排除大部分煙氣，排煙口附近基本可保證清晰高度。雖然部分房間侵入煙氣，但是總體可控。

方案三和方案四中雖然設置了擋煙垂壁，模式為單排，但是大量煙氣遇到擋煙垂壁后，迅速下沉，繞過擋煙垂壁后，繼續向下側走道蔓延，并侵入房間。方案三中緊挨機房的內走道清晰高度尚可滿足，方案四的清晰高度在1m左右。

從圖中可以看出，排煙系統運行900s后，內走道煙氣已基本被排出。最不利點、侵入房間內的煙氣，排出較為困難，但是內走道已基本恢復使用功能。

方案一和方案二相比，方案二比方案一略好，但總體相差不大。方案三和方案四受擋煙垂壁和單排影響，對蔓延至另一個防煙分區的煙量，排出效果并不好，下側內走道內，仍有部分煙氣。

3.3 內走道排煙方案

對內走道排煙，采用哪種方案，并沒有確切定論。方案一和方案二相比，方案二好于方案一，在發生火災時，方案二可基本保證內走道的清晰高度，方案一無法保證。但是方案二排煙量是方案一的2倍，管線布置困難，對其他專業影響較大。

對方案三和方案四，方案四的煙量加大沒有太大效果，反而過大的排煙量導致煙氣快速向機房左側內走道蔓延。清晰高度反而不及方案三好。方案三和方案四采用擋煙垂壁劃分防煙分區，雖然在火災初期可以更加有效的控制煙氣流動，但是對后期排煙時，擋煙垂壁反而成為障礙，不利于煙氣的迅速排除。對此種情況，可考慮火災初期，采用分區排煙，火災結束后，則調整模式為通排，更加有利于迅速排除煙氣。

補風口對煙氣的流動有很大影響。補風口的位置、高度非常重要，補風口風速大且送風口影響范圍大，煙氣很難侵入，可保證足夠的清晰高度。因此補風口應設置在對疏散重要的路口、節點，以保證在關鍵位置的可見度，并且在疏散時，人員有迎面風速。補風口可略高于地面設置，使其射流更遠。

排煙口的設置應在煙氣積聚區域。雖然規范規定排煙口距離最遠點不大于30m即可，但是其排煙效果卻不佳。從圖中可以看出，補風口的斜對角為排煙最不利點，其次為對角。對這些區域，有條件應設置排煙口，最大限度地排出煙氣。

清晰高度。對內走道來說，一旦發生火災，很難實現在任何時間、任何地點均能滿足清晰高度的要求。在煙氣聚集區，煙氣冷卻并迅速下沉、低區域蔓延，阻擋逃生路線。且模擬中并未考慮內走道管線因素，一般內走道上管線所占空間接近2m，因此實際中煙氣下沉會更加迅速。

選取最佳方案。對地下封閉內走道，在火災初期，劃分防煙分區、采用較大排煙量的排煙方案，能夠有效排除煙氣，最長時間地保證內走道的清晰高度，保證人員疏散，因此在設計時采用方案三、方案四效果均較佳。但是在火災后期，即火源熄滅后，煙氣已蔓延至整個內走道時，再采用單排模式，不利于排煙，此時應通過模式控制，同時打開內走道上側和下側排煙口，執行通排模式，能夠迅速地將內走道內煙氣排出。

對防災和疏散的參考。地鐵車站內均為不燃或難燃材料，即使發生火災，也不會產生太多煙氣；內走道均為運營人員，一旦發生確認發生火災，須考慮在3min內盡量疏散至公共區或通過疏散口直通地面。如果煙氣太大，就可以考慮就近躲入房間，緊閉門體，防止煙氣侵入，等待救援。一般情況下，排煙系統15min內可保證人員基本通行，30min內，可排除全部煙氣。

4 結語

對地下封閉內走道來說，防排煙措施具有及時排出煙氣、保證人員疏散的重要作用。如何合理地選擇防排煙方案，合理設置排煙風口，是每位設計師應認真思考的問題。該文以新生路站大端內走道為例，研究了內走道火災時，不同排煙方案的排煙效果。通過調整排煙量設置、排煙口設置等，研究不同防排煙方案對煙氣流動、清晰高度等的影響，為后續設計提供一定參考。