市域铁路地下车站楼梯间加压系统设计探讨

段文珊

中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070

引言

市域铁路地下车站火灾，是从建筑疏散、应急照明、火灾排烟、楼梯间加压、灭火救援等多专业措施应急处理，来保障人身和财产安全的。但由于对规范、技术要求等文件的不同认识和理解导致了设计过程中不少设计人员生搬硬套规范条文，火灾时单一考虑某个楼梯间的加压或某个区域的排烟。对设计原理理解得不透彻，一味加大设计余量，暂且不论使工程投资增加，有时还会造成过犹不及的效果。从通风设计角度来说，地下车站的防烟、排烟设计应作为一种系统工程来考虑。本文根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251（文中简称《标准》）中关于楼梯间加压送风设计要求，考虑市域铁路地下车站楼梯间的消防疏散特殊性，对设备区楼梯间防烟设计中遇到的一些问题进行探讨。

1 楼梯间加压送风量计算

《标准》中规定楼梯间或前室的机械加压送风量可按照第3.4.5条中公式要求进行计算[1]：

式中，是楼梯间的机械加压送风量（m3/s）；是疏散门开启时，达到规定门洞风速所需的加压送风量（m3/s）；是在疏散门开启时且达到规定门洞风速时，其他未开启门的门缝漏风总量（m3/s），达到规定门洞风速所需的加压送风量（m3/s）；是前室内未开启的常闭送风阀的漏风总量（m3/s）。

一般地下车站内设备区的厅台楼梯间多为封闭楼梯间，如图1所示。通常做法是楼梯间设置机械加压送风系统。即根据式（1）、（3）、（4）可计算得出楼梯间机械加压送风量。《标准》中地下楼梯间，考虑的是火灾时仅开启一层门进行疏散，然而实际工程中，地铁车站火灾时的疏散策略是站厅、站台楼梯间疏散门均打开，站厅、站台人员均通过楼梯间逃生至站厅公共区。这种疏散策略就与《标准》中规定的一层门打开进行疏散不符。

图1 市域铁路地下车站标准厅台楼梯间示意

设计原则不同，计算出的加压送风量势必不同。假设地下站楼梯间至走道的疏散门型号均为GFM甲1523，采用楼梯间机械加压送风的防烟设计。

根据楼梯间实际开启情况，即火灾时站厅站台疏散门均开启，选取计算参数，；其余参数同上。

比较可以看出，实际情况下的楼梯间所需加压送风量是按照《标准》中要求计算的加压送风量近2倍。

2 超压调节方式

为了阻挡烟气进入楼梯间，要求在加压送风时，楼梯间的空气压力大于前室的空气压力，而前室的空气压力大于走道的空气压力。《标准》中规定余压值应符合下列规定：①前室与走道之间的压差应为25Pa～30Pa；②楼梯间与走道之间的压差应为40Pa～50Pa。

为了防止楼梯间和前室之间、前室和室内走道之间防火门两侧压差过大而导致防火门无法正常开启，影响人员疏散和消防人员施救，当系统余压值超过最大允许压力差时应采取泄压措施。《建筑防排烟系统设计和设备附件选用与安装》中介绍了楼梯间及前室泄压的三种措施：①采用余压阀控制楼梯间及前室正压值；②采用旁通阀控制加压送风正压值；③采用变频风机控制加压送风正压值[2]。

本文就工程中常用的采用余压阀控制楼梯间正压值的做法进行探讨。一般来说，地下楼梯间余压阀设置在楼梯间与走道的隔墙上。

楼梯间加压送风系统的运行从实际情况考虑应是一个动态运行的过程，火灾发生初期阶段，楼梯间加压送风系统启动运行，假设此时人员还未疏散至楼梯间，即走道至楼梯间的疏散门均为关闭状态。此时可认为疏散门开启，达到规定门洞风速所需的加压送风量为0，仅需考虑未开启门的漏风总量即可满足楼梯间压力梯度要求[3]。当逃生人员在站厅和站台均打开疏散门逃生至楼梯间时，此时的加压送风量应为上文示例中计算的结果。在进行楼梯间加压设计时，我们一般考虑的是疏散门均未开启时的情况，对于开启一扇或全部开启的情况未多做考虑。

图2 压差旁通调节与余压阀相结合的泄压方式示意图

笔者认为压差旁通调节与余压阀相结合的泄压方式可有效解决上述问题。在疏散门均开启（站厅和站台）的情况时，加压风机的旁通管关闭，余压阀关闭，多余风量通过门洞泄至走道，保证楼梯间、走道的压力梯度满足《标准》要求；在疏散门单层开启（站厅或站台）的情况时，余压阀完全开启时，仍不能完全将多余的送风泄掉，此时加压风机的旁通管上电动阀根据压差反馈部分开启，两种泄压措施同时运行，保证压力梯度满足要求；在疏散门均未开启的情况时，余压阀与风机旁通管均完全打开，使得压力梯度满足要求。这种调节压差的模式是从两方面进行着手，每层余压阀仅负责调节当层的楼梯间至走道的风量和压差，由于开启疏散门数量引起的不确定性送风量由风机侧的旁通管进行调节。这种复合调节方式保证了送风口远端楼梯间压力不至于过小，近端楼梯间不会超压，同时也满足开启不同数量疏散门的压力梯度要求。

3 楼梯间防烟与走道排烟影响关系

一般情况下，市域铁路地下标准车站设备区内走道需要设置机械排烟系统，该走道与楼梯间相邻，且走道火灾时人员是通过该楼梯间进行疏散。根据车站火灾联动模式，走道所在防火分区火灾时，走道排烟系统和楼梯间加压系统要同时开启[4]。我们在工程设计过程中很容易忽略的是，火灾时，楼梯间泄出的风量加上补风系统补风量是否超过了走道的计算排烟量。尤其是在上文中提到的疏散门均未开启的情况下，如果楼梯间多余的风量均泄至走道，补风量超过排烟量的可能性更大。

同样笔者以实例进行分析，假设走道与走道相邻的需排烟设备房间面积之和为300m2，根据《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624-2020）第22.3.16条要求，走道计算排烟量为，补风量。

以火灾时楼梯间的站厅站台疏散门均不开启情况进行分析，满足楼梯间与走道设计压差50Pa所需的送入风量可由式（4）进行计算：

当然实际情况下，疏散门均不开启时，系统阻力曲线和风机特性曲线会达到新的平衡，这个平衡点很难用公式进行计算，但可以肯定的是所需风量与总送风量相差如此之大，必定有相当多的送风量泄至走道，走道补风量大于排烟量的可能性极高。

以开启当层疏散门为例分析。走道进行排烟时，站厅疏散门开启，按照防烟设计要求，疏散门开启时门洞风速不小于1.0m/s，计算得楼梯间通过门洞进入走道的送风量为，显然。即在疏散门打开期间走道的排烟量小于机械补风量与楼梯间门洞开启进入走道的补风量之和[5]。

通过分析可以发现，由于走道排烟与楼梯间防烟在火灾时具备联动关系，楼梯间的加压送风系统会影响走道的排烟效果，甚至可能使得排烟系统失效，不能按照设计人员预设的排烟模型进行排烟，具备一定的安全隐患。

4 结束语

市域铁路车站楼梯间的防烟设计对于人员和国家财产安全具有至关重要的作用，以《标准》为依据的防烟设计能满足绝大部分工程的防烟要求，但对于有特殊疏散要求的楼梯间应结合实际情况进行分析，不能单纯套《标准》公式、参数进行防烟设计[6]。

设备区封闭楼梯间加压送风量计算应考虑站厅、站台疏散门均开启时，达到规定的门洞风速要求；楼梯间泄压措施应具备在开启不同数量疏散门的情况时，楼梯间均不超压的功能，采用风机侧旁通调节和楼梯间余压阀复合调节方式可以达到这种效果，每层余压阀负责调节当层的楼梯间至走道的风量和压差，风机侧的旁通管调节由于开启疏散门数量引起的不确定性送风量；设备区楼梯间泄压及疏散门开启时进入走道的风量会导致走道排烟量小于总补风量，在进行防烟和排烟设计时应考虑两套系统之间的相互影响关系。