0 引言
伴随着轨道交通的迅速发展,为满足城市发展的需要,各城市地铁线路逐步增多,成网状发展态势。每条地铁线和其他线路节点越多,换乘车站就越多。换乘车站一般设置在城市交通枢纽和客流量大的地方,因此,换乘车站具有规模大、设计难点多等特点。国内已经拥有不少大型的换乘车站,如武汉轨道交通三号线与七号线换乘站王家墩中心站、西安地铁四号线与机场线换乘站北客站站等。为更好地服务大众,大型换乘车站随着轨道交通的发展数量会越来越多。地铁车站的样式也向着多样化的趋势发展,同时伴随着新的设计思路和难点的出现。
目前,国内专家学者已对换乘车站设计方法进行了大量理论和实践研究,文献[1 - 6]结合理论与实际研究了换乘车站设计的重点及一般方法; 文献[7 - 13]研究了地铁车站风井、冷却塔与城市景观的相互影响、噪音污染、通风空调方案设计、土建接口配合等,对换乘车站环控设计具有较大指导意义。
综上可知,国内对换乘车站的研究已经较为深入,但北客站站位于交通枢纽区域,规划滞后,运营管理不是同一家单位,受制因素较多,类似的相关研究还比较少。本文主要通过分析北客站站通风方案,论证“倒厅”车站通风方案的难点及解决方法,减少过轨风道对土建规模不必要的浪费,优化换乘车站的资源共享及接口配合,实现车站设计可行、合理、节约、环保且与周边建筑相协调。
1 项目概况
西安北客站站是在现状二号线、南广场公交站、长途站的基础上,增加地铁四号线和机场线来满足疏散功能,同时为西咸有轨电车预留接入条件的车站。本交通枢纽将建设成为集地铁、国铁、机场线、公交、长途、出租、社会车辆等多种方式为一体,以地铁和国铁为主导的立体化综合枢纽,地面总图如图1 所示。
图1 车站地面总图
北客站站位于已建国铁西安北站东北角,规划国铁西安北站北广场内,沿广场南侧规划路东西向布置,为四号线和机场线的换乘站。车站为地下两层车站,地下一层为站台层,地下二层为站厅层的“倒厅”车站。车站采用一岛两侧平行换乘形式。中间共用岛式站台宽18 m,两边侧式站台宽36 m。
车站共划分为16 个防火分区,其中,站台层( 地下一层) 、站厅层( 地下二层) 公共区划分为第1 防火分区; 地下二层左端换乘通道划分为第2 防火分区; 四号线站台层左、右端设备房间分别划分为第3、4 防火分区; 中间岛式站台左、右端设备房间分别划分为第5、6 防火分区; 机场线站台层左、右端设备房间分别划分为第7、8 防火分区; 站厅层左端四号线、机场线设备房间分别划分为第9、10 防火分区; 站厅层右端四号线设备房间、变电所设备房间分别划分为第11、12、13 防火分区; 站厅层右端机场线设备房间、变电所设备房间分别划分为第14、15、16 防火分区。第1 防火分区为站厅和站台公共区,已超过规范限值,因此,在连接站厅与站台的楼扶梯、电梯的站厅层位置采取设置防火墙、防火卷帘或防火玻璃等防火分隔措施将站厅、站台防火分区划分为不同的防火分隔区域。
机场线地下一层侧式站台公共区面积为3 352m2,地下一层共用岛式站台公共区面积为1 900 m2,四号线地下一层侧式站台公共区面积为3 522 m2,地下一层站台层如图2 所示。
图2 地下一层站台层平面图
地下二层为站厅层,地下二层公共区面积为9 652m2,如图3 所示。
图3 地下二层站厅层平面图
2 环控方案研究
北客站站四号线部分计划2018 年运营,机场线部分计划2020 年运营。机场线与四号线土建同步设计、施工; 机电设备四号线近期施工,机场线远期施工。本站环控方案本着资源共享的思路进行配合、设计,同时考虑到四号线和机场线的甲方和运营单位均不是同一家单位,为了方便施工及管理,站厅层机场线和四号线设备管理用房分开设置,两线的环控机房和冷水机房也分开设置,四号线环控设备布置在四号线的机房内,为四号线设备管理用房服务,机场线采用同样原理设计,风道和风井共用。站厅公共区由四号线和机场线各负责一半的风量和冷量; 站台层采用两侧一岛的形式,一侧是四号线的侧式站台设备区和公共区,另一侧是机场线的侧式站台设备区和公共区,环控独立设计;岛式站台为四号线与机场线共用,岛式站台公共区由前期运营的四号线系统提供服务。
2. 1 隧道通风系统
四号线与机场线区间隧道通风系统独立设置,均采用单活塞通风模式,区间隧道风机房设置于各自的侧式站台。
四号线与机场线隧道通风[14]系统的布置方式对称,设备布置在各自的侧式站台管理用房区,本文仅对四号线的方案进行论述,机场线部分不再赘述。
1) 四号线TVF、TEF 风机均设置在地下一层( 站台层) 侧式站台上,保证设备至少与站台层同层设置,避免出现烟气“倒灌”的现象。
2) TEF 风机均设置在地下一层( 站台层) 侧式站台上,按照常规思路,四号线靠近岛式站台一侧的轨顶、轨底排热风道[15]需要用过轨排热风道将侧式站台排热风机与岛式站台的排热小室连接起来,再由岛式站台的排热小室接出轨顶、轨底排热风道。采用该种设计,需要在站台层底板( 站厅层顶板) 设置过轨排热风道,过轨风道正好处于设备管理用房上方,对站厅层设备管理综合管线布置产生不利影响,势必需提高站厅层的整体层高。
车站站台层层高( 5. 2 m) 较高,区间限界上方具有1. 5 m 高的空间,可以将过轨排热风道调整成从区间上方布置的形式,避免过轨排热风道的设计,站厅层层高至少有效节约800 mm。
3) 根据隧道通风系统原理图,车站右端机械风道与排热风道的设置出现类似的情况,TVF 风机设置在侧式站台一侧,而机械风口需设置在岛式站台一侧,需要设计过轨机械风道。如果效仿排热风道的做法,机械风道需要12 m2 的过风面积,在保证不侵限界的情况下将机械风道设置在区间上方,机械风道断面积只能设计成10 000 mm × 1 200 mm,出现风道的高宽比过大、风阀不宜安装等不利情况; 如果设计过轨风道,过轨风道的高度则达到2. 5 ~ 3. 5 m,站厅层层高需要提高相应高度,才能保证管线的安装,大幅增加了车站规模。经与系统单位沟通,优化侧式站台区间隧道通风系统的布置,将机械风道设置在车站主体范围的最右端,将过轨机械风道和新、排风道平行布置,既满足了区间隧道通风的要求,又使过轨风道有效地避开了设备管理用房区上方,节约了车站整体层高。车站右端隧道通风系统如图4 和图5 所示。
图4 地下一层四号线站台层右端隧道通风系统平面图
图5 地下二层四号线站厅层右端隧道通风系统平面图
2. 2 车站大、小、水、防排烟系统设计及界面划分
2. 2. 1 大系统
车站公共区通风空调大系统按照站台设置屏蔽门系统进行设计,采用全空气一次回风系统。
本站站厅公共区面积为9 652 m2,机场线远期运营,在站厅公共区中部设置1 道防火卷帘,将公共区分成2 部分。前期四号线单一运营时,降下防火卷帘门,四号线机房内的组合式空调箱为对应的站厅一半公共区、岛式站台及四号线侧式站台服务,保证四号线的正常运营; 机场线开通后,取消公共区中部防火卷帘,由四号线和机场线机房内的组合式空调箱共同为整个车站公共区服务。机场线与四号线大系统通风空调设备均单独设置在站厅层左右两端各自机房内,四号线大系统设备负责站厅一半、岛式站台及四号线侧式站台的服务,机场线大系统设备负责站厅另一半及机场线侧式站台的服务。
2. 2. 2 小系统
根据甲方需求,为方便运营管理,机场线与四号线设备管理用房尽量分开设计。站厅层及各自侧式站台设备管理用房区没有共用的房间,可以实现完全分开设计。岛式站台由于跟四号线同时开通,气瓶间、蓄电池室等个别管理用房存在合用的现象。合用的设备管理用房由四号线设备为其服务,其余分开的管理用房单独设计。岛式站台小系统设计中,预留好远期机场线管理用房区设备、管线安装的位置,如果综合管线显示远期安装必须影响四号线个别管线的调整或者穿越四号线的管理用房,可以选择机场线个别风管在四号线安装期间一起安装,保证机场线安装时,不会影响四号线的运营管理。四号线小系统设备设置在站厅层四号线环控机房内,机场线小系统设备设置在站厅层机场线环控机房内。
2. 2. 3 水系统
两线合用冷水机组,虽然节约空间,但是冷量匹配困难。为了方便运营管理,水系统采取分开设计,设备分别布置在各自的机房内。每个冷水机房内设置有2 台水冷螺杆式冷水机组,同时设置相应的1台分水器、1 台集水器、2 台冷冻水泵、2 台冷却水泵及定压装置等,两线冷却塔集中布置在大端排风井附近绿地内。
2. 2. 4 防排烟系统
车站站厅层面积为9 652 m2,层高6 190 mm,不划分防烟分区,总排烟量为579 120 m3 /h,共设计8 台排烟量为87 000 m3 /h 的排烟风机。分别在四号线站厅层左右两端环控机房各设置2 台排烟风机、机场线站厅层左右两端环控机房各设置2 台排烟风机,共同为站厅层服务,发生火灾时按照整体排烟考虑。岛式站台公共区面积为1 900 m2,按照1 个防烟分区设计,排烟风机设置在岛式站台两端四号线和机场线共用的排烟机房内。四号线侧式站台公共区面积为3 522 m2,划分为2 个同等面积的防烟分区,排烟风机在四号线侧式站台两端的排烟机房内各设置1 台。站台发生火灾时,区间隧道通风系统会产生联动,考虑到烟气会出现从一个防烟分区串入另一个防烟分区的可能,侧式站台发生火灾时,采用通排的模式,机场线侧式站台排烟采取同样设计。
四号线和机场线站厅层和侧式站台设备管理用房是独立分开的,防排烟系统独立设置。机场线和四号线设备区存在两线共用的防烟楼梯间,加压送风系统由前期运营的四号线设计,防烟风机设置在四号线机房内。岛式站台右端四号线设备管理用房与机场线设备管理用房总面积超过200 m2,需设计排烟系统,排烟风机设置在岛式站台右端两线共用的排烟机房内。
3 车站设计重、难点
3. 1 综合管线布置
对于大型换乘车站,换乘厅规模较大,为保证不产生压抑感,公共区吊顶通常比较高,不能以普通车站吊顶高度( 一般为3. 2 m) 来设计大型车站吊顶高度。本站站厅公共区面积为9 652 m2,吊顶高度为4. 5 m,同时,车站本身跨度大、轨行区在站厅上方等因素导致站厅层顶板存在多处十字大梁,下翻梁高度为600 mm和800 mm,因此,在前期方案设计阶段,需核实吊顶与顶板之间的净空,保证管线敷设的条件。
3. 2 地面风井、出入口、冷却塔布置
通风空调前期方案在侧式站台、岛式站台、站厅两端均设置了环控机房,将车站通风空调防排烟设计分成了站厅部分、侧式站台部分、岛式站台部分,可以避免站厅层与站台层设计较多孔洞、管线交叉严重和设计复杂等问题。由于北客站站上方远期规划广场,如果地下机房较多且分散,势必会造成地面风井“多、散、乱”的情况,不满足规划要求,因此,需要取消地下一层站台层的环控机房,相应的新、排风井一并取消。地下二层四号线和机场线的新、排风道和风井共用,有效减少出地面风井的个数,满足远期规划的要求; 同时,机场线与四号线冷却塔放置在一起,与周边环境相协调。
3. 3 烟气“倒灌”现象
《人民防空工程设计防火规范》中明确: “排烟风机的安装位置,宜处于排烟区的同层或上层。排烟管道宜顺气流方向向上或水平敷设。”如果机房均设置在站厅层,则排烟设备也设置在站厅层,一旦站台层发生火灾,烟气沿着排烟管道,从站台层到站厅层,然后通过风井排出室外,从而产生烟气“倒灌”的现象。为防止此现象的发生,在机场线和四号线侧式站台、岛式站台两端各设置1 个排烟机房及排烟风井。隧道通风系统风机房同样设置在站台层。
3. 4 设备选型
目前国内地铁设计中,环控技术要求一般规定,公共区换气次数不小于5 次/h。对于标准车站,按照全空气一次回风的设计风量一般大于换气次数所需的风量,设计计算时不进行比较,直接按照全空气一次回风的计算风量来确定公共区的风量。由于大型换乘车站存在空间大的特点,会出现换气次数所需风量比全空气一次回风计算风量大的情况。本站站厅四号线部分按照全空气一次回风计算的送风量为160 000 m3 /h,而根据换气次数计算风量,所需的风量为225 000m3 /h,因此,需要核算换气次数所需风量,选取二者较大值,避免设备选型出现偏差。
3. 5 公共区火灾工况下站厅、站台楼扶梯口烟气控制
地铁设计规范中明确要求,车站站台发生火灾时,应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有能够有效阻止烟气向上蔓延的气流,且向下气流速度不应小于1. 5 m/s。本站为倒厅车站,当站厅发生火灾时,同样应该保证楼扶梯口处具有1. 5 m/s 的风速。本站站厅至站台楼扶梯洞口面积合计180 m2,商业与车站连通道合计断面积达到200 m2,换乘通道断面积达到126m2,满足楼扶梯口处1. 5 m/s 风速要求的需风量为2 732 400 m3 /h,车站站厅公共区正常所需排烟量为579 120 m3 /h。如果按照2 732 400 m3 /h 设计排烟量,车站排烟风机的容量、排烟风管的规模都要增大,站厅层环控机房规模需增加1 /3,站厅层层高需整体增加1. 5 m,增大了工程的难度。
如果从人员疏散的角度来考虑,站台发生火灾时,引导乘客用另一种方式逃生,可避免楼扶梯口处1. 5m/s 的风速要求。本站在四号线和机场线侧式站台区域均设计了付费区和非付费区,在非付费区设置2 个直出地面的出入口,该出入口垂直贯穿站台层和站厅层,设计成类似垂直扶梯的形式。乘客通过出入口既可以直接去站台层公共区,也可以直接去站厅层公共区,同时也避免了站厅层出入口在地面单独开口的需求。为防止站厅或出入口发生火灾时烟气通过出入口串入站台层,在乘客从出入口进入站台层公共区处设置防火门,保证出入口部分的烟气尽量从出入口口部自然排出。岛式站台部分均是付费区,在岛式站台公共区两端均设置1 个直出地面的出入口,正常运营时电动关闭,站厅发生火灾时电动开启。综上所述,当站厅公共区发生火灾时,关闭楼扶梯处的防火卷帘,利用现场疏散指示灯及运营人员疏导,引导乘客从直出地面的出入口疏散,有效地解决了风速要求并节约了土建规模。站台层出入口如图6 所示。
图6 地下一层四号线站台层出入口平面图( 单位: mm)
对于大型复杂倒厅换乘车站,本站站厅层有6部通往站台的楼扶梯,与商业有接口通道,与国铁有换乘通道等,漏风的地方较多,同时,站厅发生火灾时没有区间隧道通风系统辅助排烟,从而增大了满足楼扶梯口风速要求的难度。对于常规的换乘车站,如果站台接站厅有2 部扶梯,当站台发生火灾时,开启站台排烟风机,同时开启区间隧道通风系统辅助排烟,在目前验收的车站中实测结果满足1. 5m/s 的风速要求。如果站台层较大,有多部扶梯,或者存在与其他构筑物的接口,应先核实需风量,如若不满足风速要求,宜针对车站具体形式、规模、条件,比选增加站台排风系统来增大站台负压或者调整人员疏散线路等,设计合理方案。
4 结论与建议
地铁车站设计是一项复杂的系统工程,每个车站既有共通的设计理念,同时也有自身的设计难点和特点,一个车站完整的通风空调设计,需要多个专业协同配合完成。影响车站方案的因素很多,对于大型换乘地铁车站尤为突出。对大型地铁“倒厅”换乘车站环控方案及相关“接口”配合提出几点建议。
1) 对于换乘车站,设备用房存在单独设置和共用设置的情况,在初步设计阶段,要充分了解本专业的设计范围和接口专业的设计范围,保证提资的准确性。本站我单位土建合同包含四号线、机场线车站主体以及四号线前后区间部分,机电设备专业主要负责设计车站部分,同时还包含车站相邻一半区间。机场线前后区间是其他土建设计单位设计,对于外单位的设计进展及土建施工进度无法做到有效跟踪。机场线前后区间需预留多组侧式安装射流风机,应尽早以工联单形式将射流风机里程及安装要求发与相关单位,避免出现区间未预留射流风机安装空间的重大问题。
2) 换乘车站后期实施的难点是接口部位的改造以及后续线路接入已运营车站的风管、桥架的安装空间的预留。在设计阶段应考虑预留施工的条件,并尽量减少拆改的工作量以及对运营的影响。本站岛式站台公共区及个别设备管理用房两线是共用的,由四号线设备担负共用区域的服务。四号线先于机场线运营,在四号线设备、管线安装时,预留好机场线后期设备和管线的安装、运输空间。如果后期管线安装困难,建议个别近远期管线交叉严重、设备运输困难的地方,在前期进行一次性安装。
3) 在车站方案设计阶段,应针对现有地面情况及未来规划需求,尽早确定风井、冷却塔的位置,避免因风井位置的变化,导致机房位置变动,甚至取消机房,影响整个车站设计。
4) 本站在站厅发生火灾时,关闭站厅至站台的楼扶梯,在站厅、站台分别设置直通地面的出入口,通过改变逃生路径来解决楼扶梯口风速的要求。楼扶梯口风速1. 5 m/s 为规范规定,从编写规范角度来考虑,其目的是为了避免地下二层发生火灾时,烟气与人员逃生方向一致,因此,建议采用设置防烟前室+ 加压送风、空气幕等形式来避免人员逃生与烟气方向一致和发生串烟的情况,从而减少不必要的出入口设置、减小协调难度及投资。
摘自:隧道建设