關于地鐵車站熱煙測試的幾點思考

許巍，張潔，呂珍余

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，南京 210000）

1 引言

地鐵車站一般為地下封閉空間，主要通過出入口與外界聯(lián)系，人流量大，人員密集，相較于地面建筑發(fā)生火災危險性更強，因此，地鐵車站防災系統(tǒng)的可靠性決定了在發(fā)生火災時，能否最大限度地挽救乘客的生命，減小地鐵火災帶來的損失。其中，地鐵通風排煙系統(tǒng)是地鐵防災系統(tǒng)的一個重要組成部分，地鐵通風排煙系統(tǒng)的作用是在火災發(fā)生后及時動作，有效排除煙氣，控制煙氣流向或減緩煙氣沉降的速率，為人員疏散爭取足夠的時間。

2 地鐵工程熱煙測試評價標準

地鐵工程熱煙測試是參照國際上通用的熱煙測試標準AS4391-1999 Smoke Management Systems,Hot Smoke Test，在地鐵車站內(nèi)利用受控的火源與煙源模擬真實的火災場景而進行的煙氣測試。具體而言，在車站站廳以及站臺公共區(qū)中部分別選取實驗點，采用熱煙實驗裝置產(chǎn)生預設火災功率的熱煙氣，通過熱煙測試驗證火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、通風排煙、事故照明、站臺門、閘機等系統(tǒng)以及設備能夠按照預設的防災模式進行聯(lián)動，并且觀測站廳、站臺內(nèi)溫度場變化以及煙氣的擴散情況，以確保乘客能夠在正確的指引下，在規(guī)定時間內(nèi)安全撤離車站。

根據(jù)AQ 8007—2013《城市軌道交通試運營前安全評價規(guī)范》（以下簡稱《安全評價規(guī)范》）要求，熱煙測試的具體指標見表1。

表1 熱煙測試指標

以上熱煙測試標準中，第5項針對區(qū)間防排煙模式的驗證，第6~11項為其他系統(tǒng)聯(lián)動相關要求，不在本次討論范圍內(nèi)。本文主要針對車站通風排煙系統(tǒng)運行效果相關的測試標準進行討論。

1）第1、2項指標主要反映車站火災情況下，人員在1.5 m疏散高度之上的溫度場對人員疏散產(chǎn)生不利影響的程度。一般而言，只要通風排煙系統(tǒng)正常運行可通過排煙系統(tǒng)將火源產(chǎn)生的熱量部分排出，除近火源處局部區(qū)域外，車站內(nèi)各溫度測點處的溫度基本可以達標。

2）第3項指標反映車站火災情況下煙氣層的高度對人員疏散產(chǎn)生的不利影響的程度。地鐵車站通風排煙系統(tǒng)采用半橫向排煙模式，其機理就是通過排煙系統(tǒng)排除儲煙倉中的煙氣，減緩煙氣沉降的速率，在規(guī)范所規(guī)定的6 min疏散時間內(nèi)保證人員在1.5 m疏散高度范圍內(nèi)煙氣濃度以及可見度滿足疏散要求。對于1.5 m疏散高度范圍的能見范圍，《安全評價規(guī)范》并沒有給出量化指標，但是參照人員掩鼻情況下能夠走行的距離，個人建議此能見度范圍宜不小于30 m。

3）第4項指標特指在站臺層公共區(qū)火災工況下，防止煙氣蔓延到站廳層公共區(qū)，樓梯口部斷面所需要達到的疏散迎面風速，GB 50157—2013《地鐵設計規(guī)范》（以下稱《地鐵設計規(guī)范》）對此的要求是不小于1.5 m/s。這項指標對于站臺層發(fā)生火災時乘客的疏散尤為重要。樓梯口部斷面風速要求對應站臺發(fā)生火災時所投入的實際排煙量的大小，此處的實際排煙量并不能和車站配備的車站排煙風機額定風量相等。由于排煙管路實際阻力與設計計算阻力存在偏差，以及全封閉站臺門并非完全密閉等因素，實際排煙量往往有可能小于所配置的車站排煙風機的額定風量，從而導致樓梯斷面風速不達標。一般而言，站臺層火災模式下，車站排煙風機配合排熱風機、區(qū)間事故風機聯(lián)合運行，樓梯口部風速一般能達到3~5 m/s，完全滿足規(guī)范要求。但是，需要注意的是，樓梯口部風速過大雖然滿足規(guī)范要求，但是過大的風速會沖散煙氣分層，樓梯側(cè)邊局部區(qū)域容易形成窩煙區(qū)，從而造成站臺層公共區(qū)局部區(qū)域1.5 m疏散高度以下能見度受到影響，因此，站臺層公共區(qū)火災工況模式并不是投入的排煙量越大越好，樓梯口部風速控制在3~4 m/s為宜[1]。

4）第12項指標主要反映車站各防火（煙）分區(qū)之間防火封堵的完善程度。如果施工階段防火封堵措施不到位，那么在實際排煙工況下，煙氣就有可能通過防火封堵缺陷部位蔓延至相鄰的防火（煙）分區(qū)。此問題在實際熱煙測試經(jīng)常出現(xiàn)，為解決此問題，需要投入大量的人力物力查找泄漏點，完善防火封堵，因此，施工階段需要對施工單位進行明確的交底工作，強調(diào)防火封堵的重要性以及防火封堵不完善的后果。

3 對于車站站臺火災模式的思考

國內(nèi)以往車站在站臺公共區(qū)火災工況下，一般的排煙模式是開啟車站排煙風機，利用站臺層排風管對站臺公共區(qū)進行排煙運行，同時開啟站臺兩側(cè)站臺門，啟動車站排熱風機，利用軌頂風道對區(qū)間進行輔助排煙，為了保證樓梯口部斷面風速，也可以同時啟動車站兩端的事故風機利用事故風閥對區(qū)間進行輔助排煙。在這種火災模式下，由于排熱風機以及事故風機額定風量遠大于車站排煙風機額定風量，因此，排熱風機以及事故風機是這種模式下的排煙主力，樓梯口部風速的形成主要靠排熱風機以及事故風機運行實現(xiàn)。

GB 51298—2018《地鐵設計防火標準》中明確指出“對站臺公共區(qū)進行排煙時，應能防止煙氣進入站廳、地下區(qū)間、換乘通道等鄰近區(qū)域”。此條規(guī)范的要求與以往的站臺火災運行模式是相抵觸的，直接否定了以往火災模式中排熱風機利用軌頂風道，事故風機利用事故風閥對區(qū)間進行輔助排煙的方式。為了應對規(guī)范要求，保證站臺火災時的實際排煙量以及樓梯口部斷面風速，只能在站臺兩端各設置一條集中排煙管，通過風閥轉(zhuǎn)換，利用排熱風機通過集中排煙管在站臺兩端進行集中排煙，同時為防止煙氣進入?yún)^(qū)間，站臺兩側(cè)站臺門不能開啟。（1）由于地鐵車站空間有限，管線復雜，集中排煙管體量很大，進一步加劇了車站管線綜合的難度。（2）站臺火災工況下，雖然在車站排煙風機的基礎上投入了車站排熱風機，但是對于個別較為復雜的3層車站而言，樓梯口部風速存在不達標的可能。

此條規(guī)范在條文解釋中指出，不開啟站臺門主要是考慮到站臺發(fā)生火災時，可能存在列車過站可能，此時列車的活塞效應會沖擊熱煙層流，使熱煙擴散至整個車站，惡化乘客疏散環(huán)境。但是對于采用閉式或者開閉式系統(tǒng)的車站（注：此兩種類型系統(tǒng)站臺安裝非封閉站臺門），要求列車減速過站，降低活塞效應對煙氣場的沖擊。（1）這種說法本身對于不同系統(tǒng)制式就存在標準執(zhí)行層面的不一致。（2）列車在進站時，活塞效應的確會沖散煙氣場，造成煙氣在整個車站的擴散，但是當列車離站時，站臺區(qū)域的煙氣會被大量吸入軌行區(qū)，在很短時間內(nèi)降低站臺層的煙氣濃度。由于列車是高速過站，這個變化過程會在很短的時間內(nèi)完成，而列車離站后的效應延遲，對乘客的疏散反而是有利的。

通過多次熱煙正式測試前的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，列車過站的活塞效應確實會造成樓梯口部氣流逆行，煙氣部分進入站廳公共區(qū)，但是在很短時間內(nèi)，由于列車離站的活塞效應影響，進入站廳的煙氣很快又被吸回站臺，并且列車離開后所帶走的大量氣流很快降低了整個站臺區(qū)域的煙氣濃度，從效果上而言，甚至要比排煙系統(tǒng)的效果更好。因此，不能簡單地看待活塞效應對于煙氣場的沖擊，正如活塞效應對于地鐵空調(diào)系統(tǒng)運行的作用，活塞效應對于站臺排煙而言是把雙刃劍，所以，因為列車進站的活塞風效應沖擊煙氣場而禁止開啟全封閉站臺門的方式存在不妥。

排煙風機的配置是保證乘客疏散的主動措施，事故風機是否運行往往是決定站臺排煙效果好壞以及樓梯口部風速是否達標的關鍵。目前，國內(nèi)很多城市仍然采用打開全封閉站臺門進行站臺排煙的方式，但是，為了降低活塞效應對煙氣場的沖擊，僅打開端門或首尾滑動門，經(jīng)過熱煙測試驗證，此種方式能較好地發(fā)揮事故風機的作用，完全抑制了煙氣向站廳的蔓延。

4 對于車站站廳火災模式的思考

《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定站廳防煙分區(qū)面積不應超過2 000 m2。對于大部分地鐵車站，站廳面積均不超過2 000 m2，整個站廳設置為一個防煙分區(qū)，站廳火災工況下，車站兩端的排煙風機通過大系統(tǒng)排風管路對站廳進行排煙運行。但是部分車站站廳面積超過2 000 m2，需要設置兩個防煙分區(qū)，以往的做法是站廳中任一處發(fā)生火災，車站兩端排煙風機同時開啟，對兩個防煙分區(qū)同時進行排煙運行。但是2018年頒布的GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》（以下簡稱《技術標準》）中第5.2.4條款規(guī)定“當火災確認后，擔負兩個及以上防煙分區(qū)的排煙系統(tǒng)，應僅打開著火防煙分區(qū)的排煙閥或排煙口，其他防煙分區(qū)的排煙閥或排煙口應呈關閉狀態(tài)?！卑凑沾艘?guī)范條文要求，對于設置兩個防煙分區(qū)的站廳而言，哪個防煙分區(qū)先觸發(fā)報警，僅開啟此防煙分區(qū)的排煙系統(tǒng)，另一個防煙分區(qū)不啟動排煙系統(tǒng)。因此，目前設計單位在編制車站火災模式時，對于站廳設置兩個防煙分區(qū)的車站，站廳火災模式采用分區(qū)排煙方式。

《安全評價規(guī)范》中熱煙測試指標第12條要求煙氣不能蔓延至其他防煙分區(qū)。但是對于站廳設有兩個防煙分區(qū)的車站而言，在熱煙測試時會先后觸發(fā)兩個防煙分區(qū)的排煙模式，如果僅啟動先行報警的防煙分區(qū)內(nèi)的排煙系統(tǒng)，煙氣不可避免地會蔓延至另一個防煙分區(qū)。如果按照熱煙測試指標要求，則熱煙測試判定失敗。

《技術標準》主要針對民用建筑工程編寫，而民用建筑工程不同于地鐵工程，一方面民用建筑工程一般不需要進行熱煙測試流程，并沒有煙氣蔓延至相鄰防煙分區(qū)的禁忌；另一方面《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定地鐵工程只考慮“一條線路、一座換乘車站及其相鄰區(qū)間的防火設計應按同一時間發(fā)生一次火災計”原則。因此，對于站廳設置兩個以上防煙分區(qū)的車站而言，規(guī)范之間的盲區(qū)造成了現(xiàn)實問題的產(chǎn)生，解決此問題還有待《安全評價規(guī)范》對于熱煙測試判定標準的進一步細化。

5 結(jié)論

地鐵車站排煙系統(tǒng)的設置最終目的是為乘客的安全疏散提供條件，為乘客安全疏散爭取必要的時間。因此，應從最有利排除煙氣，保證疏散條件的角度出發(fā)。以往的車站排煙系統(tǒng)設計基本上都是從理論出發(fā)，缺乏必要的驗證手段，《安全評價規(guī)范》的出臺，提出了排煙效果驗證以及量化手段，不僅能檢驗設計方案的合理性，同時也檢驗了施工質(zhì)量水平。

1）對于站臺火災工況而言，開啟站臺門端門或首尾滑動門，利用車站事故風機以及排熱風機對站臺區(qū)域進行輔助排煙效果要明顯好于采用集中排煙管的系統(tǒng)形式?？焖賹煔馕胲壭袇^(qū)，保持站臺區(qū)域人員疏散高度范圍內(nèi)煙氣濃度、能見度處于受控狀態(tài)，更加有利于人員的疏散。

2）對于車站站廳存在兩個以上防煙分區(qū)的車站，由于與《技術標準》以及《地鐵設計規(guī)范》相關要求存在一定的沖突，《安全評價規(guī)范》相關判定準則還有待進一步細化，以滿足地鐵車站排煙模式的實際情況。