邵振強

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

西安地鐵機場線與四號線“倒廳”換乘站北客站站環(huán)控方案研究

邵振強

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

地鐵換乘車站規(guī)模大、難點多，是地鐵車站設計的難點。北客站站為西安地鐵機場線與四號線的“倒廳”換乘車站，為解決“倒廳”換乘環(huán)控方案設計難點，結合北客站站設計實例，通過分析車站周邊的控制因素，探討車站風井對西安北站北廣場的影響、過軌風道對車站規(guī)模的不利因素、站廳與站臺樓扶梯口煙氣控制、煙氣“倒灌”等問題，確定適合本站的通風空調方案，使車站良好地滿足各種設計工況，為地鐵“倒廳”換乘車站環(huán)控方案的選擇提供參考依據(jù)。

地鐵換乘站； 接口配合； 環(huán)控設計； 交通樞紐

0 引言

伴隨著軌道交通的迅速發(fā)展，為滿足城市發(fā)展的需要，各城市地鐵線路逐步增多，成網(wǎng)狀發(fā)展態(tài)勢。每條地鐵線和其他線路節(jié)點越多，換乘車站就越多。換乘車站一般設置在城市交通樞紐和客流量大的地方，因此，換乘車站具有規(guī)模大、設計難點多等特點。國內已經(jīng)擁有不少大型的換乘車站，如武漢軌道交通三號線與七號線換乘站王家墩中心站、西安地鐵四號線與機場線換乘站北客站站等。為更好地服務大眾，大型換乘車站隨著軌道交通的發(fā)展數(shù)量會越來越多。地鐵車站的樣式也向著多樣化的趨勢發(fā)展，同時伴隨著新的設計思路和難點的出現(xiàn)。

目前，國內專家學者已對換乘車站設計方法進行了大量理論和實踐研究，文獻[1-6]結合理論與實際研究了換乘車站設計的重點及一般方法；文獻[7-13]研究了地鐵車站風井、冷卻塔與城市景觀的相互影響、噪音污染、通風空調方案設計、土建接口配合等，對換乘車站環(huán)控設計具有較大指導意義。

綜上可知，國內對換乘車站的研究已經(jīng)較為深入，但北客站站位于交通樞紐區(qū)域，規(guī)劃滯后，運營管理不是同一家單位，受制因素較多，類似的相關研究還比較少。本文主要通過分析北客站站通風方案，論證“倒廳”車站通風方案的難點及解決方法，減少過軌風道對土建規(guī)模不必要的浪費，優(yōu)化換乘車站的資源共享及接口配合，實現(xiàn)車站設計可行、合理、節(jié)約、環(huán)保且與周邊建筑相協(xié)調。

1 項目概況

西安北客站站是在現(xiàn)狀二號線、南廣場公交站、長途站的基礎上，增加地鐵四號線和機場線來滿足疏散功能，同時為西咸有軌電車預留接入條件的車站。本交通樞紐將建設成為集地鐵、國鐵、機場線、公交、長途、出租、社會車輛等多種方式為一體，以地鐵和國鐵為主導的立體化綜合樞紐，地面總圖如圖1所示。

圖1 車站地面總圖

北客站站位于已建國鐵西安北站東北角，規(guī)劃國鐵西安北站北廣場內，沿廣場南側規(guī)劃路東西向布置，為四號線和機場線的換乘站。車站為地下兩層車站，地下一層為站臺層，地下二層為站廳層的“倒廳”車站。車站采用一島兩側平行換乘形式。中間共用島式站臺寬18 m，兩邊側式站臺寬36 m。

車站共劃分為16個防火分區(qū)，其中，站臺層(地下一層)、站廳層(地下二層)公共區(qū)劃分為第1防火分區(qū)；地下二層左端換乘通道劃分為第2防火分區(qū)；四號線站臺層左、右端設備房間分別劃分為第3、4防火分區(qū)；中間島式站臺左、右端設備房間分別劃分為第5、6防火分區(qū)；機場線站臺層左、右端設備房間分別劃分為第7、8防火分區(qū)；站廳層左端四號線、機場線設備房間分別劃分為第9、10防火分區(qū)；站廳層右端四號線設備房間、變電所設備房間分別劃分為第11、12、13防火分區(qū)；站廳層右端機場線設備房間、變電所設備房間分別劃分為第14、15、16防火分區(qū)。第1防火分區(qū)為站廳和站臺公共區(qū)，已超過規(guī)范限值，因此，在連接站廳與站臺的樓扶梯、電梯的站廳層位置采取設置防火墻、防火卷簾或防火玻璃等防火分隔措施將站廳、站臺防火分區(qū)劃分為不同的防火分隔區(qū)域。

機場線地下一層側式站臺公共區(qū)面積為3 352 m2，地下一層共用島式站臺公共區(qū)面積為1 900 m2，四號線地下一層側式站臺公共區(qū)面積為3 522 m2，地下一層站臺層如圖2所示。

圖2 地下一層站臺層平面圖

地下二層為站廳層，地下二層公共區(qū)面積為9 652 m2，如圖3所示。

圖3 地下二層站廳層平面圖

2 環(huán)控方案研究

北客站站四號線部分計劃2018年運營，機場線部分計劃2020年運營。機場線與四號線土建同步設計、施工；機電設備四號線近期施工，機場線遠期施工。本站環(huán)控方案本著資源共享的思路進行配合、設計，同時考慮到四號線和機場線的甲方和運營單位均不是同一家單位，為了方便施工及管理，站廳層機場線和四號線設備管理用房分開設置，兩線的環(huán)控機房和冷水機房也分開設置，四號線環(huán)控設備布置在四號線的機房內，為四號線設備管理用房服務，機場線采用同樣原理設計，風道和風井共用。站廳公共區(qū)由四號線和機場線各負責一半的風量和冷量；站臺層采用兩側一島的形式，一側是四號線的側式站臺設備區(qū)和公共區(qū)，另一側是機場線的側式站臺設備區(qū)和公共區(qū)，環(huán)控獨立設計；島式站臺為四號線與機場線共用，島式站臺公共區(qū)由前期運營的四號線系統(tǒng)提供服務。

2.1 隧道通風系統(tǒng)

四號線與機場線區(qū)間隧道通風系統(tǒng)獨立設置，均采用單活塞通風模式，區(qū)間隧道風機房設置于各自的側式站臺。

四號線與機場線隧道通風[14]系統(tǒng)的布置方式對稱，設備布置在各自的側式站臺管理用房區(qū)，本文僅對四號線的方案進行論述，機場線部分不再贅述。

1)四號線TVF、TEF風機均設置在地下一層(站臺層)側式站臺上，保證設備至少與站臺層同層設置，避免出現(xiàn)煙氣“倒灌”的現(xiàn)象。

2)TEF風機均設置在地下一層(站臺層)側式站臺上，按照常規(guī)思路，四號線靠近島式站臺一側的軌頂、軌底排熱風道[15]需要用過軌排熱風道將側式站臺排熱風機與島式站臺的排熱小室連接起來，再由島式站臺的排熱小室接出軌頂、軌底排熱風道。采用該種設計，需要在站臺層底板(站廳層頂板)設置過軌排熱風道，過軌風道正好處于設備管理用房上方，對站廳層設備管理綜合管線布置產(chǎn)生不利影響，勢必需提高站廳層的整體層高。

車站站臺層層高(5.2 m)較高，區(qū)間限界上方具有1.5 m高的空間，可以將過軌排熱風道調整成從區(qū)間上方布置的形式，避免過軌排熱風道的設計，站廳層層高至少有效節(jié)約800 mm。

3)根據(jù)隧道通風系統(tǒng)原理圖，車站右端機械風道與排熱風道的設置出現(xiàn)類似的情況，TVF風機設置在側式站臺一側，而機械風口需設置在島式站臺一側，需要設計過軌機械風道。如果效仿排熱風道的做法，機械風道需要12 m2的過風面積，在保證不侵限界的情況下將機械風道設置在區(qū)間上方，機械風道斷面積只能設計成10 000 mm×1 200 mm，出現(xiàn)風道的高寬比過大、風閥不宜安裝等不利情況；如果設計過軌風道，過軌風道的高度則達到2.5～3.5 m，站廳層層高需要提高相應高度，才能保證管線的安裝，大幅增加了車站規(guī)模。經(jīng)與系統(tǒng)單位溝通，優(yōu)化側式站臺區(qū)間隧道通風系統(tǒng)的布置，將機械風道設置在車站主體范圍的最右端，將過軌機械風道和新、排風道平行布置，既滿足了區(qū)間隧道通風的要求，又使過軌風道有效地避開了設備管理用房區(qū)上方，節(jié)約了車站整體層高。車站右端隧道通風系統(tǒng)如圖4和圖5所示。

圖4 地下一層四號線站臺層右端隧道通風系統(tǒng)平面圖

Fig. 4 Plan of ventilation system in right tunnel of station platform of Metro Line No.4 on basement floor No.1

圖5 地下二層四號線站廳層右端隧道通風系統(tǒng)平面圖

Fig. 5 Plan of ventilation system in right tunnel of station hall of Metro Line No.4 on basement floor No.2

2.2 車站大、小、水、防排煙系統(tǒng)設計及界面劃分

2.2.1 大系統(tǒng)

車站公共區(qū)通風空調大系統(tǒng)按照站臺設置屏蔽門系統(tǒng)進行設計，采用全空氣一次回風系統(tǒng)。

本站站廳公共區(qū)面積為9 652 m2，機場線遠期運營，在站廳公共區(qū)中部設置1道防火卷簾，將公共區(qū)分成2部分。前期四號線單一運營時，降下防火卷簾門，四號線機房內的組合式空調箱為對應的站廳一半公共區(qū)、島式站臺及四號線側式站臺服務，保證四號線的正常運營；機場線開通后，取消公共區(qū)中部防火卷簾，由四號線和機場線機房內的組合式空調箱共同為整個車站公共區(qū)服務。機場線與四號線大系統(tǒng)通風空調設備均單獨設置在站廳層左右兩端各自機房內，四號線大系統(tǒng)設備負責站廳一半、島式站臺及四號線側式站臺的服務，機場線大系統(tǒng)設備負責站廳另一半及機場線側式站臺的服務。

2.2.2 小系統(tǒng)

根據(jù)甲方需求，為方便運營管理，機場線與四號線設備管理用房盡量分開設計。站廳層及各自側式站臺設備管理用房區(qū)沒有共用的房間，可以實現(xiàn)完全分開設計。島式站臺由于跟四號線同時開通，氣瓶間、蓄電池室等個別管理用房存在合用的現(xiàn)象。合用的設備管理用房由四號線設備為其服務，其余分開的管理用房單獨設計。島式站臺小系統(tǒng)設計中，預留好遠期機場線管理用房區(qū)設備、管線安裝的位置，如果綜合管線顯示遠期安裝必須影響四號線個別管線的調整或者穿越四號線的管理用房，可以選擇機場線個別風管在四號線安裝期間一起安裝，保證機場線安裝時，不會影響四號線的運營管理。四號線小系統(tǒng)設備設置在站廳層四號線環(huán)控機房內，機場線小系統(tǒng)設備設置在站廳層機場線環(huán)控機房內。

2.2.3 水系統(tǒng)

兩線合用冷水機組，雖然節(jié)約空間，但是冷量匹配困難。為了方便運營管理，水系統(tǒng)采取分開設計，設備分別布置在各自的機房內。每個冷水機房內設置有2臺水冷螺桿式冷水機組，同時設置相應的1臺分水器、1臺集水器、2臺冷凍水泵、2臺冷卻水泵及定壓裝置等，兩線冷卻塔集中布置在大端排風井附近綠地內。

2.2.4 防排煙系統(tǒng)

車站站廳層面積為9 652 m2，層高6 190 mm，不劃分防煙分區(qū)，總排煙量為579 120 m3/h，共設計8臺排煙量為87 000 m3/h的排煙風機。分別在四號線站廳層左右兩端環(huán)控機房各設置2臺排煙風機、機場線站廳層左右兩端環(huán)控機房各設置2臺排煙風機，共同為站廳層服務，發(fā)生火災時按照整體排煙考慮。島式站臺公共區(qū)面積為1 900 m2，按照1個防煙分區(qū)設計，排煙風機設置在島式站臺兩端四號線和機場線共用的排煙機房內。四號線側式站臺公共區(qū)面積為3 522 m2，劃分為2個同等面積的防煙分區(qū)，排煙風機在四號線側式站臺兩端的排煙機房內各設置1臺。站臺發(fā)生火災時，區(qū)間隧道通風系統(tǒng)會產(chǎn)生聯(lián)動，考慮到煙氣會出現(xiàn)從一個防煙分區(qū)串入另一個防煙分區(qū)的可能，側式站臺發(fā)生火災時，采用通排的模式，機場線側式站臺排煙采取同樣設計。

四號線和機場線站廳層和側式站臺設備管理用房是獨立分開的，防排煙系統(tǒng)獨立設置。機場線和四號線設備區(qū)存在兩線共用的防煙樓梯間，加壓送風系統(tǒng)由前期運營的四號線設計，防煙風機設置在四號線機房內。 島式站臺右端四號線設備管理用房與機場線設備管理用房總面積超過200 m2，需設計排煙系統(tǒng)，排煙風機設置在島式站臺右端兩線共用的排煙機房內。

3 車站設計重、難點

3.1 綜合管線布置

對于大型換乘車站，換乘廳規(guī)模較大，為保證不產(chǎn)生壓抑感，公共區(qū)吊頂通常比較高，不能以普通車站吊頂高度(一般為3.2 m)來設計大型車站吊頂高度。本站站廳公共區(qū)面積為9 652 m2，吊頂高度為4.5 m，同時，車站本身跨度大、軌行區(qū)在站廳上方等因素導致站廳層頂板存在多處十字大梁，下翻梁高度為600 mm和800 mm，因此，在前期方案設計階段，需核實吊頂與頂板之間的凈空，保證管線敷設的條件。

3.2 地面風井、出入口、冷卻塔布置

通風空調前期方案在側式站臺、島式站臺、站廳兩端均設置了環(huán)控機房，將車站通風空調防排煙設計分成了站廳部分、側式站臺部分、島式站臺部分，可以避免站廳層與站臺層設計較多孔洞、管線交叉嚴重和設計復雜等問題。由于北客站站上方遠期規(guī)劃廣場，如果地下機房較多且分散，勢必會造成地面風井“多、散、亂”的情況，不滿足規(guī)劃要求，因此，需要取消地下一層站臺層的環(huán)控機房，相應的新、排風井一并取消。地下二層四號線和機場線的新、排風道和風井共用，有效減少出地面風井的個數(shù)，滿足遠期規(guī)劃的要求；同時，機場線與四號線冷卻塔放置在一起，與周邊環(huán)境相協(xié)調。

3.3 煙氣“倒灌”現(xiàn)象

《人民防空工程設計防火規(guī)范》中明確：“排煙風機的安裝位置，宜處于排煙區(qū)的同層或上層。排煙管道宜順氣流方向向上或水平敷設?！比绻麢C房均設置在站廳層，則排煙設備也設置在站廳層，一旦站臺層發(fā)生火災，煙氣沿著排煙管道，從站臺層到站廳層，然后通過風井排出室外，從而產(chǎn)生煙氣“倒灌”的現(xiàn)象。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在機場線和四號線側式站臺、島式站臺兩端各設置1個排煙機房及排煙風井。隧道通風系統(tǒng)風機房同樣設置在站臺層。

3.4 設備選型

目前國內地鐵設計中，環(huán)控技術要求一般規(guī)定，公共區(qū)換氣次數(shù)不小于5次/h。對于標準車站，按照全空氣一次回風的設計風量一般大于換氣次數(shù)所需的風量，設計計算時不進行比較，直接按照全空氣一次回風的計算風量來確定公共區(qū)的風量。由于大型換乘車站存在空間大的特點，會出現(xiàn)換氣次數(shù)所需風量比全空氣一次回風計算風量大的情況。本站站廳四號線部分按照全空氣一次回風計算的送風量為160 000 m3/h，而根據(jù)換氣次數(shù)計算風量，所需的風量為225 000 m3/h，因此，需要核算換氣次數(shù)所需風量，選取二者較大值，避免設備選型出現(xiàn)偏差。

3.5 公共區(qū)火災工況下站廳、站臺樓扶梯口煙氣控制

地鐵設計規(guī)范中明確要求，車站站臺發(fā)生火災時，應保證站廳到站臺的樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不應小于 1.5 m/s。本站為倒廳車站，當站廳發(fā)生火災時，同樣應該保證樓扶梯口處具有1.5 m/s的風速。本站站廳至站臺樓扶梯洞口面積合計180 m2，商業(yè)與車站連通道合計斷面積達到200 m2，換乘通道斷面積達到126 m2，滿足樓扶梯口處1.5 m/s風速要求的需風量為2 732 400 m3/h，車站站廳公共區(qū)正常所需排煙量為579 120 m3/h。如果按照2 732 400 m3/h設計排煙量，車站排煙風機的容量、排煙風管的規(guī)模都要增大，站廳層環(huán)控機房規(guī)模需增加1/3，站廳層層高需整體增加1.5 m，增大了工程的難度。

如果從人員疏散的角度來考慮，站臺發(fā)生火災時，引導乘客用另一種方式逃生，可避免樓扶梯口處1.5 m/s的風速要求。本站在四號線和機場線側式站臺區(qū)域均設計了付費區(qū)和非付費區(qū)，在非付費區(qū)設置2個直出地面的出入口，該出入口垂直貫穿站臺層和站廳層，設計成類似垂直扶梯的形式。乘客通過出入口既可以直接去站臺層公共區(qū)，也可以直接去站廳層公共區(qū)，同時也避免了站廳層出入口在地面單獨開口的需求。為防止站廳或出入口發(fā)生火災時煙氣通過出入口串入站臺層，在乘客從出入口進入站臺層公共區(qū)處設置防火門，保證出入口部分的煙氣盡量從出入口口部自然排出。島式站臺部分均是付費區(qū)，在島式站臺公共區(qū)兩端均設置1個直出地面的出入口，正常運營時電動關閉，站廳發(fā)生火災時電動開啟。綜上所述，當站廳公共區(qū)發(fā)生火災時，關閉樓扶梯處的防火卷簾，利用現(xiàn)場疏散指示燈及運營人員疏導，引導乘客從直出地面的出入口疏散，有效地解決了風速要求并節(jié)約了土建規(guī)模。站臺層出入口如圖6所示。

圖6 地下一層四號線站臺層出入口平面圖(單位: mm)

Fig. 6 Plan of entrance/exit of station platform of Line No.4 on basement floor No.1 (mm)

對于大型復雜倒廳換乘車站，本站站廳層有6部通往站臺的樓扶梯，與商業(yè)有接口通道，與國鐵有換乘通道等，漏風的地方較多，同時，站廳發(fā)生火災時沒有區(qū)間隧道通風系統(tǒng)輔助排煙，從而增大了滿足樓扶梯口風速要求的難度。對于常規(guī)的換乘車站，如果站臺接站廳有2部扶梯，當站臺發(fā)生火災時，開啟站臺排煙風機，同時開啟區(qū)間隧道通風系統(tǒng)輔助排煙，在目前驗收的車站中實測結果滿足1.5 m/s的風速要求。如果站臺層較大，有多部扶梯，或者存在與其他構筑物的接口，應先核實需風量，如若不滿足風速要求，宜針對車站具體形式、規(guī)模、條件，比選增加站臺排風系統(tǒng)來增大站臺負壓或者調整人員疏散線路等，設計合理方案。

4 結論與建議

地鐵車站設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，每個車站既有共通的設計理念，同時也有自身的設計難點和特點，一個車站完整的通風空調設計，需要多個專業(yè)協(xié)同配合完成。影響車站方案的因素很多，對于大型換乘地鐵車站尤為突出。對大型地鐵“倒廳”換乘車站環(huán)控方案及相關“接口”配合提出幾點建議。

1)對于換乘車站，設備用房存在單獨設置和共用設置的情況，在初步設計階段，要充分了解本專業(yè)的設計范圍和接口專業(yè)的設計范圍，保證提資的準確性。本站我單位土建合同包含四號線、機場線車站主體以及四號線前后區(qū)間部分，機電設備專業(yè)主要負責設計車站部分，同時還包含車站相鄰一半?yún)^(qū)間。機場線前后區(qū)間是其他土建設計單位設計，對于外單位的設計進展及土建施工進度無法做到有效跟蹤。機場線前后區(qū)間需預留多組側式安裝射流風機，應盡早以工聯(lián)單形式將射流風機里程及安裝要求發(fā)與相關單位，避免出現(xiàn)區(qū)間未預留射流風機安裝空間的重大問題。

2)換乘車站后期實施的難點是接口部位的改造以及后續(xù)線路接入已運營車站的風管、橋架的安裝空間的預留。在設計階段應考慮預留施工的條件，并盡量減少拆改的工作量以及對運營的影響。本站島式站臺公共區(qū)及個別設備管理用房兩線是共用的，由四號線設備擔負共用區(qū)域的服務。四號線先于機場線運營，在四號線設備、管線安裝時，預留好機場線后期設備和管線的安裝、運輸空間。如果后期管線安裝困難，建議個別近遠期管線交叉嚴重、設備運輸困難的地方，在前期進行一次性安裝。

3)在車站方案設計階段，應針對現(xiàn)有地面情況及未來規(guī)劃需求，盡早確定風井、冷卻塔的位置，避免因風井位置的變化，導致機房位置變動，甚至取消機房，影響整個車站設計。

4)本站在站廳發(fā)生火災時，關閉站廳至站臺的樓扶梯，在站廳、站臺分別設置直通地面的出入口，通過改變逃生路徑來解決樓扶梯口風速的要求。樓扶梯口風速1.5 m/s為規(guī)范規(guī)定，從編寫規(guī)范角度來考慮，其目的是為了避免地下二層發(fā)生火災時，煙氣與人員逃生方向一致，因此，建議采用設置防煙前室+加壓送風、空氣幕等形式來避免人員逃生與煙氣方向一致和發(fā)生串煙的情況，從而減少不必要的出入口設置、減小協(xié)調難度及投資。

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Study of Environmental Control Design of Xi’an North Railway Station (Interchange Station between Airport Line and Line No. 4 of Xi’an Metro)

SHAO Zhenqiang

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

The large-scale Metro interchange station is the key to the design of Metro station. The Xi’an North Railway Station is the interchange station between Airport Line and Line No. 4 of Xi’an Metro. The environmental control of the interchange station is difficult. As a result, the control factors of the interchange station surrounding environment are analyzed; and the influence of ventilation shaft on North Xi’an North Railway Station Square, that of cross-rail ventilation gallery on the interchange station scale and smoke control of escalator between hall and platform are discussed. Finally, the air-conditioning system is decided and the application results are good. The results can provide reference for environmental control design of interchange station.

Metro interchange station; interface coordination; environmental control design; transportation hub

2016-03-31;

2016-08-31

邵振強(1983—)，男，河北衡水人，2007年畢業(yè)于蘭州交通大學，建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)，本科，工程師，從事地鐵及市政隧道通風空調設計工作。E-mail： 89372685@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.01.012

U 45

A

1672-741X(2017)01-0075-06