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轨道交通暖通空调 作者：中铁第一勘察设计院集团有限公司 摘要：城际铁路地下车站防排烟系统的设计，一直是铁路车站设计的重点及难点。根据最新的《城际铁路设计规范》及《铁路设计防火规范》，地下铁路车站防排烟系统也需要满足《地铁设计规范》中防灾章节的相关要求，这就包含检票口楼扶梯在火灾工况下的防烟气流要求。以某城际铁路地下车站为例，通过理论分析，结合一维与三维数值模拟，探讨车站检票口楼扶梯的的防烟气流组织情况；并通过不同设备配置方案下防烟气流组织的对比分析，给出满足防烟眼球的最优设计方案，供其他车站设计参考。 关键词：城际铁路；地下车站；楼扶梯；防烟；气流组织 根据《城际铁路设计规范》中对于城际铁路地下车站的相关规定，地下车站的采暖通风及空调应满足《地铁设计规范》的相关规定，其中就包含《地铁设计规范》中防灾章节内防烟、排烟与事故通风的相关规定。针对站台发生火灾，就包含以下几方面要求：①当地下车站的站厅、站台发生火灾时，应具备防烟、排烟及通风的功能。②当车站站台发生火灾时，应保证站厅到站台的楼扶梯口处能够具有有效组织延期向上蔓延的气流，且向下气流速度不小于1.5m/s。 由于铁路站台区域与隧道区域连通，在火灾工况下，如何通过设备的合理布置与选型，使楼扶梯口部气流能够压制烟气蔓延，保证乘客能够迎风疏散，气流流速达到规范要求，就成为了防排烟系统设计的重点所在。 该车站为三层车站，其中地上一层，地下两层，地上一层为车站大厅，与综合枢纽接壤，地下一层为候车大厅，地下二层为站台层。站台为侧式站台，站台总长450m，车站两端隧道段均为单洞双线，线路进入车站范围后变为四线（增加两道停车线），各线之间通过隔墙隔开。车站小里程端，车站站台端头距离隧道洞口约0.94km，大里程端，车站站台端头距离隧道洞口约1.44km。 火灾工况下，排烟风机开启时，站台层产生负压，补风气流从多个途径流入站台。由于两端隧道距离洞口并不远，大量气流从隧道补入站台，楼扶梯口部的气流只是其中一条补风途径，且补风量、风速并不大，很难满足规范要求。为满足规范对于楼扶梯口部的防烟及气流流速要求，拟采取以下几种优化方案，进行数值模拟研究： 车站站台排烟系统由两部分组成，其一是满足站台排烟量的正常排烟系统，其二是为满足楼扶梯口部风速而增加的强化排烟。正常排烟系统排烟口布置维持不变，强化排烟系统在站台就近设置排烟口。 车站站台正常排烟系统保持不变，满足站台层排烟量即可。在楼扶梯口部附近增加正压送风系统，与站台排烟系统形成推拉效应，增加补风气流量，同时也能增强楼扶梯口部的防烟效果。 对方案一与方案二进行结合，并合理分配强化排烟系统及正压送风系统设备的风量，在满足规范要求的前提下，综合比选出最优风量分配原则，以节省投资。 3.1一维模型的建立及边界条件的设置 一维数值模拟采用瑞典IDA TUNNEL隧道模拟软件进行，根据隧道、站台、通道、站厅、大厅的尺寸规格、截面积、长度等参数，建立一维数值模型。
3.2模拟工况 （1）针对方案一的模拟工况: 原站台排烟系统排烟风机排烟量为60m3/s（单侧站台），增加强化排烟系统，排烟量如下表： 表1 针对方案一的模拟工况表 （2）针对方案二及方案三的模拟工况: 原站台排烟系统排烟风机排烟量为60m3/s（单侧站台），补充楼扶梯加压风机。受限于楼扶梯处风机安装空间，加压风机风量并不能无限制增加，因此综合方案二及方案三，制定出以下模拟工况： 表2 针对方案二、三的模拟工况表 3.3模拟结果分析 （1）针对方案一的模拟结果: 按照方案一中的三种工况进行数值模拟，来探究增加站台层排烟量的情况下，站台层楼扶梯口部风速。站台楼扶梯口部气流流量模拟结果如下（正值代表气流流向站厅/负值代表气流流向站台）： 图3 工况一楼扶梯口部气流流量值 图4 工况二楼扶梯口部气流流量值 图5 工况三楼扶梯口部气流流量值 如图3—5所示，进入火灾工况后，排烟风机及强化排烟风机开启运行，火灾侧站台两个楼扶梯口部的补风气流流量逐渐增大，在风机开启1min后气流流量达到峰值，随后逐渐降低，在12min后，通过楼扶梯口部的气流流量基本趋于稳定。稳定气流流量分别为为18.2m3/s（工况一）、20.7m3/s （工况二）、23.6m3/s（工况三），挡烟垂壁下楼梯口部净面积为16.1m2，在三种工况下，仍不满足规范防灾章节对于楼扶梯口部平均风速1.5m/s的要求。 综上，在排烟风机开启后，从楼扶梯口部进行补风的风量较小，仅为排烟风机风量的15%~17%左右，大量的补风从隧道端补入。 由此可见，通过增设强化排烟系统，来增加楼扶梯口部补风风速的效果较差，经济性不佳。 （2）针对方案二及方案三的模拟结果: 按照方案二、方案三的十一种工况进行数值模拟，增加站台层排烟量的同时增设楼扶梯口部加压风机，模拟结果如下： 表3 针对方案二及方案三的模拟结果表 通过模拟结果可以看出，增设加压风机的方案，能够有效提升楼扶梯口部气流流量。随着加压送风量的提升，楼扶梯口部气流流量明显增大，大多数工况都能够满足规范对楼扶梯口部的风速要求。考虑到楼扶梯口部的安装空间问题，加压风机风量不宜太大，且过大的加压风量，在站厅层楼扶梯口部容易产生反向溢流，气流容易形成涡旋，不利于火灾工况下人员的迎风疏散。综合考虑到系统设计的安全余量及风机安装空间，工况三、工况六为推荐方案，能够满足规范要求，防烟气流效果较好，可实施性较强。 为避免一维模型的局限性影响数值模拟的结果，针对这两种方案进行细化三维数值模拟，进一步验证这两种方案的可行性。 按照一维模拟中工况三、工况六的边界条件进行三维模拟。其中工况三的加压风量为28 m3/s，设置三台9.5 m3/s的加压风机，采用单列布置；工况六的加压风量为32m3/s，设置四台8 m3/s的加压风机，受限于空间，采用阵列布置。 图6 工况三，工况六加压风机布置情况 楼扶梯站厅一侧边界设置为速度入口，站台一侧边界设置为压力出口，提取一维模拟楼扶梯口部静压值为初始边界条件。截取楼梯处Z=2m的纵断面进行分析，数值模拟结果如下： 图7 工况三，楼扶梯内部气流速度云图（Z=2m）
图8 工况三，楼扶梯内部气流迹线图（Z=2m）
图9 工况三，楼扶梯内部1.5m/s气流流速分界云图（Z=2m） 可以看出，火灾工况下，正压风机能够有效增加楼扶梯内向下的气流，且在挡烟垂壁下的站台楼扶梯口部，气流流速均超过了1.5m/s。因此，认为工况三能够有效的阻止烟气的向上蔓延，满足规范的相关要求。 由于正压风机出口风速较大，在楼扶梯区域出现气流旋涡，楼扶梯站厅一侧外门处也出现气流溢流的情况。
图10 工况六，楼扶梯内部气流速度云图（Z=2m）
图11 工况六，楼扶梯内部气流迹线图（Z=2m） 图12 工况六，楼扶梯内部1.5m/s气流流速分界云图（Z=2m） 在挡烟垂壁下，气流流速均超过了1.5m/s，所以工况六也能够有效的阻止烟气的向上蔓延，满足规范的相关要求。相比于工况三，工况六采用阵列布置风机方案后，气流组织相对更加稳定，减少了楼扶梯内部的气流旋涡，也减小了站厅楼梯口部的溢流情况。 本文模拟了火灾工况下，不同排烟量及加压送风量下，车站站台楼扶梯处的空气流速及气流组织形式，针对无站台门的地下车站，给出了适宜的防排烟系统设置方案。结论如下： （1）通过增加站台排烟量，来增加楼扶梯补风气流流量的效果较差，且经济性不佳，从楼扶梯口部补风量仅为站台排烟量的15%~17%左右。 （2）在楼扶梯处设置加压风机，能够有效提升楼扶梯口部补风气流流量，但过大的加压送风量，会加剧楼扶梯内气流旋涡及楼扶梯口部溢流的产生，不利于人员迎风疏散。 （3）在有限的风机安装空间下，在楼扶梯处增设加压风机，并适当提升站台排烟量的工况三、工况六为最优方案。正压送风机在阵列布置是，更有利于楼扶梯内防烟效果。
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