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摘要：本文以高大空间地铁车站为例，根据《地铁设计防火标准》和《建筑防烟排烟系统技术标准》分别计算站厅公共区排烟系统的排烟量，浅析高大空间排烟量计算需注意的问题，提出对于地下车站站厅公共区高大空间排烟量设计的建议。
关键词：高大空间 火标 烟标 排烟系统 排烟量
Analysis on the Design of Smoke Exhaust in the Public Area of a Large Space Station Hall of a Metro Station
Abstract：This article takes the high-rise subway station as an example，according to《Metro Design Fire Protection Standard》and《Technical standards for building smoke and smoke exhaust systems》calculate the amount of smoke exhausted from the smoke exhaust system in the public area of the station hall，analyze the problems needing attention in the calculation of the amount of smoke in the high space，and propose the design of the smoke volume in the high space of the underground station hall.
Key words：high-rise space，standard for fire，standard for smoke，smoke exhaust system，smoke exhaust
1 前言
地铁车站作为一种特殊的公共建筑，其建筑布局形式有别于常规的民用建筑，就其外观来说，地铁车站是深埋在地下的一个狭长型的矩形建筑。这个矩形建筑体又可以分为两部分，一部分是车站公共区，一部分是车站设备区，本文将以广州地铁八号线的某地铁车站站厅公共区为例，浅析高大空间排烟量设计中需注意的若干问题，提出对于高大空间站厅公共区排烟量设计的建议。
对于地下建筑来说，通常是不具备自然排烟条件的，地下的地铁公共区均采用机械排烟的方式。对于地铁车站，《地铁设计防火标准》GB 51298-2018（以下简称《火标》）中明确的规定了车站公共区排烟量计算的原则。但《火标》并未对站厅公共区层高有相关要求，其规定的前提更多的是适用于建筑布局较为常规的地铁车站，而对于一些特殊的地铁车站（如层高超高，面积超大）是否也应该按《火标》的规定计算排烟量呢？笔者认为还需要同时参考另一本国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017（以下简称《烟标》），其对于高大空间建筑的排烟量计算要求则更为具体。对于地铁车站地下高大空间公共区的排烟量，究竟是直接按《火标》要求设计？还是结合《烟标》要求加以对比呢？下文将通过具体的工程实例，按《火标》和《烟标》的相关要求，分别计算高大空间下站厅公共区的排烟量。
2 工程实例
广州地铁八号线的某地下三层车站，该车站公共区面积及层高与一般的标准车站不同，其特点是站厅层高高、面积大，其站厅公共区是面积为4840m2、层高10.4米的高大空间。为方便对比，先规定了站厅公共区的排烟模式按排除整个站厅来设计，且无喷淋系统。在此前提下论述按两本规范设计站厅公共区排烟系统的排烟量。
2.1按《火标》要求设计的排烟量
根据《火标》中对地铁车站公共区排烟系统设计要求，“地下或封闭车站的站厅、站台公共区应设置排烟设施，站厅公共区内每个防烟分区的最大允许建筑面积不应大于2000m2，排烟量应按各防烟分区的建筑面积不少于60m3/（m2.h）分别计算，••••••”。本项目站厅公共区的面积为4840m2、层高10.4米，公共区的防烟分区布局见下图。
高大空间站厅公共区防烟分区平面图
对于站厅公共区，根据《火标》要求防烟分区的建筑面积不大于2000m2，本项目站厅高大空间公共区划分为三个防烟分区，其面积分别为1540m2、1520m2、1780m2；排烟量按对应的防烟分区面积乘60m3/（m2.h）分别计算，各防烟分区的排烟量分别为92400m3/h、91200m3/h、106800m3/h。本项目高大空间站厅公共区的排烟系统原理图如下图所示：
高大空间站厅公共区的排烟系统原理图
综合上述，按《火标》要求计算公共区排烟量相关参数如下表所示：
2.2按《烟标》要求设计的排烟量
地铁车站作为公共建筑，本项目站厅公共区层高为10.4米，当空间净高大于9m时，防烟分区不设置挡烟设施，整个站厅公共区作为一个防烟分区考虑。根据《烟标》公共建筑空间净高大于6m的场所，每个防烟分区的排烟量应根据场所的烟羽流类型，根据火灾热释放速率、清晰高度、烟羽流质量流量及烟羽流温度等参数计算确定。
2.2.1火灾热释放速率的选取。
根据公式Q=α*t2，对于地铁车站，公共区发生火灾的燃烧物主要是乘客随身携带的行李为主，根据各类火灾类别对应的计算火灾热释放速率如下表：
从上表可以看出，无论对于那种火灾，其火灾热释放速率均为1MW左右，与《烟标》表4.6.7火灾达到稳态时的热释放速率对比可知，层高为10.4米的地铁车站其火灾热释放速率Q的取值，按《烟标》表4.6.7对应的其他公共场所无设置喷淋选取，Q值为8000KW。
2.2.2最小清晰高度的计算。
本项目站厅公共区是一个局部设置了两层夹层的建筑，共享空间层高为10.4m，夹层区域下部层高4.5m，夹层区域上部层高5.35m，站厅公共区清晰高度根据公式Hq=1.6+0.1*H’=1.6+0.1*5.35=2.14（m）可知，最小清晰高度为2.14米。
2.2.3烟羽流质量流量的确定。
公共区火灾时所产生的烟羽流按轴对称型烟羽流考虑，其中火焰极限高度Z1=0.166*QC2/5 =5.24m；燃料面到烟层底部的高度Z=（4.5-0.5）+2.14=6.14m，Z＞Z1，则烟羽流质量流量
Mρ=0.071* QC1/3Z5/3+0.0018 QC =36kg/s=30m3/s。
2.2.4烟层平均温度与环境温度差△T=KQC/MρCρ=154K。
2.2.5每个防烟分区的排烟量V=MρT/ρ0T0= Mρ（T0+△T）/ρ0T0=46m3/s
综上，根据《烟标》计算的排烟量如下表：
由上表可知，依据《烟标》计算的排烟量为165600（m3/h），与《烟标》中表4.6.3公共建筑净空大于6m场所的计算排烟量对比后应取大值。且本项目站厅公共区层高为10.4米，当空间净高大于9m时，防烟分区不设置挡烟设施，整个站厅公共区作为一个防烟分区考虑，故本项目站厅公共区排烟系统设计的排烟量取值按《烟标》表4.6.3选取，为211000（m3/h），而此数值若按《火标》单位面积的排烟量60m3/h计算对应的建筑面积约为3517m2。
2.3对于本项目站厅公共区面积为4820m2，层高为10.4米，通过上述2.1、2.2节的计算结果可知，按《火标》计算的排烟系统排烟量为290400（m3/h），按《烟标》计算的排烟系统排烟量为211000（m3/h）。依据两本标准所计算出来的排烟系统的容量相差并不是特别大，按《烟标》的系统排烟量相对于《火标》低一些，这是基于对空间净高超过9米且公共区面积大于3517m2，采用全排的排烟模式计算的结果。
但是对于其他建筑层高在6~9米之间的高大站厅公共区，按《烟标》要求设置了挡烟设施，划分了若干个防烟分区，且各防烟分区的建筑面积不应大于2000m2，各防烟分区的烟量根据《烟标》实际计算，再与《烟标》中表4.6.3对比后选取大值。当站厅公共区的排烟系统按全排的模式设计，则系统的排烟量应为同时排除各个防烟分区的烟量之和时，则该值比按《火标》计算的排烟量要大得多。
3 结论
对于《烟标》而言，层高超过6m的场所，其单个防烟分区的排烟量，只与烟羽流类型、火灾热释放速率、清晰高度、烟羽流质量流量及烟羽流温度等参数相关，与分区的面积大小无关；而对于《火标》而言，其排烟量计算则按单个防烟分区的面积乘60m3/h计算，与层高无关。
对于地下车站高大空间的站厅公共区（层高大于6m）的排烟量设计时，应遵循《火标》对于站厅公共区排烟系统设计的要求，同时还需要结合《烟标》对于空间净高大于6m以上的场所排烟系统设计的规定。首先对于地铁车站高大空间的站厅公共区应选全排模式；其次按具体的建筑层高确定是否设置挡烟设施；最后根据上述的两个前提，确定排烟系统的排烟量。当车站站厅公共区面积大于3517m2，空间净高大于9米，其排烟量计算取值按《火标》要求执行；当车站站厅公共区面积小于3517m2，空间净高在6~9米时，其排烟量计算取值需按《火标》及《烟标》分别计算后，取大值。
参考文献：
1.中华人民共和国国家标准.《地铁设计防火标准》（GB51298-2018）
2.中华人民共和国国家标准.《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB51251-2017）
论文作者:林金海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/20
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