梁艳，唐春华，杨志伟

（1.中铁第六勘察设计院集团有限公司；2.深圳市市政设计研究院有限公司；3.江西冶金职业技术学院）

1 引言

地铁车站站台层公共区发生火灾时，以往的做法是启动两端大系统排烟风机进行排烟，同时为保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于1.5m/s 的向下气流，打开站台门首/尾两端各一道活动门，启动车站隧道排热风机（TEF 风机）、区间隧道风机（TVF风机）辅助排烟。［1-2］但《地铁设计防火标准》［3］（GB 51298-2018）已于2018年12月1日实施，其中条文8.1.3-2原文：“当对站台公共区进行排烟时，应能防止烟气进入站厅、地下区间、换乘通道等邻近区域”。即当站台公共区发生火灾时，烟气不能经由车站站台层到达站台门外侧的区间隧道，不允许采用以往的开启站台门活动门及TVF、TEF风机进行辅助排烟的排烟模式。本文仅就在解决上述问题的过程中，如何在不增加地铁车站规模的情况下使站台层公共区火灾烟气排除，给人员疏散创造有利条件进行研究，以期为类似工程设计提供借鉴和参考。

2 工程概况

某地铁车站为地下两层，车站站厅层公共区长120m、宽20.4m，有效站台长186m、宽12m、高5.05m。车站共设置两个出入口，尺寸分别为6m×4.8m、6m×4m。共设置6组自动扶梯、3组踏步楼梯和1组垂直电梯，布置见图1、图2。

3 站台层排烟方案

研究本站站台层公共区火灾排烟方案的前提是站台安全门不开启。当站台层公共区发生火灾时，若只开启车站两端大系统排烟风机，无法满足《地铁设计防火标准》条文8.2.4-3中“保证站厅到站台的楼梯或扶梯口处具有不小于1.5m/s的向下气流”的风速要求，需增加排烟设备。拟采取开启车站两端排热风机辅助排烟。具体做法是排热风机入口端设排烟风管伸入站台层公共区域，并设置一定数量的排烟风口。排烟风口的位置范围从站台安全门延伸到站台层中部楼梯处。

图1 站厅公共区楼扶梯布置示意图

图2 站台公共区楼扶梯布置示意图

车站每端设置一台风量为120000m3/h的TEF风机，共2台；车站每端设置一台风量为91700m3/h的大系统排烟风机，共2台。拟对如下三个排烟方案的气流组织对比分析，一方面验证站厅到站台的楼梯或扶梯口处具有≥1.5m/s的向下气流的要求，另一方面综合分析三个设计方案优缺点，结合地铁车站状况选择符合地铁建设特点的排烟方案。

模拟方案一：大系统排烟风口分散布置在站台一侧（escalator1侧）。排热风机接排烟风管及风口，排烟风口设置在车站站台公共区两端端头，靠近安全门。

模拟方案二：大系统布置同方案一。排热风机接排烟风管及风口，排烟风口向车站中部延伸，集中布置于两端第一组楼扶梯口附近。

模拟方案三：大系统布置同方案一。排热风机接排烟风管及风口，排烟风口向车站中部延伸，集中布置于各组楼扶梯口附近，车站中部的楼梯口附近也设置排烟风口。

图3 楼梯或扶梯口物理模型

4 CFD模型建立

本站气流组织模拟目的为查看站台层公共区火灾时楼扶梯口部的气流情况，站厅层公共区作为补风空间。CFD物理模型建立过程中对一些构件进行了简化，以减少模型网格划分，缩短模拟计算 时间。

①将站厅层公共区简化为带进风口的立方体模型。

②柱子及地面小物体与车站大空间相比体积小，对楼扶梯处气流组织影响有限，忽略不计。

③不考虑人体及其他运动物体对气流组织的扰动影响。

④只考虑气流组织的速度场，不考虑热交换。

⑤车站底板、中板、顶板周围隔墙的厚度忽略不计。

⑥不考虑镂空吊顶及风管等管线对空间气流组织的影响。

本站采用分区划分网格，共划分140个小区域（站厅层66个，站台层74个）。因要查看楼扶梯口处的气流组织速度场，需对进风口、排风口和结构不规则的楼扶梯网格进行加密处理，在进风口、排风口、楼扶梯及附近区域采用非结构化网格，其他区域采用六面体结构化网格，车站共划分2085453个网格。具体如图3所示。

图4 监测面位置

5 CFD模型求解计算

由于只考虑气流组织的速度场，车站内空气流视为不可压缩低速湍流介质，因此数值模拟考虑修正后的realizable湍流模型，采用压力基求解器，结合隐式差分方程，利用SIMPLE算法求解稳态方程组，对流项考虑二阶迎风插值格式。经计算求解，方案1迭代669步收敛，方案2迭代542步收敛，方案3迭代534步收敛。

6 模拟结果分析

虽然《地铁设计防火标准》提出“保证站厅到站台的楼梯或扶梯口处具有不小于1.5m/s的向下气流”的要求，但规范及相关条文中均未明确此处所指的楼梯或扶梯口的具体位置。本次数值模拟分析在楼梯或扶梯口选取了两个监测面，即最小断面、站厅与站台层板有效过风孔洞，见图4。以最小断面（监测面2）的平均风速为主要评判指标，监测面1的平均风速仅供参考对比，各监测面面积见表1。站台公共区系统气流稳定后，各监测面平均风速见表2。

表1 监测面面积

根据表2监测结果，可得到结论：

①三个方案监测面1（最小断面）处的平均风速均超过1.5m/s，均满足规范要求，是排烟方案成立的必备条件。

②三个方案监测面2处平均风速均无法达到1.5m/s的风速。

③三个方案同一位置监测面的平均风速稍有差别。站台层仅在一侧安全门设置大系统排烟风口，此侧监测面1、2的平均风速大于另一侧；同一位置监测面方案三平均风速最大，最有利，但管线敷设路径最远，最容易和其他管线交叉。

表2 监测面平均风速值

7 结语

本文针对《地铁设计防火标准》相关条文的要求，详细论述在设计过程中采取的解决方案，通过对方案的研究，归纳主要结论如下：

①站台层公共区火灾开启车站两端大系统排烟风机+车站两端排热风机辅助排烟方案可以满足设计要求。

②排热风机入口端设排烟风管伸入站台层公共区，排烟风口位置可灵活布置，有条件时建议延伸至第一组楼扶 梯处。

③保证站厅到站台的楼梯或扶梯口处具有不小于1.5m/s的向下气流，此处的楼梯或扶梯口所指应为监测面1（最小断面），其他镂空面需封闭。