通風/排煙系統運營模式研究
摘 要：地鐵系統正常運行及事故情況下可能出現各種運營狀態，本文有針對性地提出了通風/排煙系統與此相應的運營模式，以滿足各種狀態下的不同功能需求。關鍵詞：通風/排煙系統、運營模式
一、概述
地鐵作為一種快捷、方便的城市交通系統，擁有大量的客流，要實現安全、正點、高效的運行，就必須在滿足運營條件的同時，保證乘客正常生理需要所必需的環境條件。這里所指的環境條件，主要是從人體舒適感要求出發，而確定的地鐵內部空氣要達到的一些基本參數，它包括空氣質量、溫度、濕度、氣流速度、噪聲等多種綜合因素。
同時，為保證地鐵乘客的安全，在地鐵發生事故或火災時，還必須具有為人員提供新鮮空氣，排除煙氣，引導乘客撤離，方便救援的功能。地鐵通風/排煙系統的設置，正是為了解決這些事關人員生存和安全的問題。
二、地鐵通風/排煙系統的組成
目前，國內、外已運營和正在建設的地鐵線路中，根據地鐵車站是否設置屏蔽門，通風/排煙系統采用兩種基本的布置型式，其系統構成分別為：
A：車站設置屏蔽門
1、 車站通風/排煙系統；
2、 區間隧道通風/排煙系統（含機械通風/排煙系統和活塞通風系統兩部分）；
3、 車站隧道通風/排煙系統；
4、 車站設備、管理用房通風/排煙系統。
B：車站不設置屏蔽門
1、 車站通風/排煙系統；
2、 區間隧道通風/排煙系統（含機械通風/排煙系統和活塞通風系統兩部分）；
3、 車站設備、管理用房通風/排煙系統。
由于地鐵地下空間狹小，土建造價昂貴，其各個設備系統應在滿足系統功能需要的前提下盡量節省面積和空間，因此通風/排煙系統應與空調系統合用，但具備相互轉換功能。
三、地下線通風/排煙系統
1、 通風/排煙系統的布局及原理流程
（1） 車站通風/排煙系統：見圖1；
（2） 區間隧道通風/排煙系統（含機械通風/排煙系統和活塞通風系統兩部分）：見圖2；
（3） 車站隧道通風/排煙系統（車站設置屏蔽門時設此系統）：見圖3；
（4） 車站設備、管理用房通風/排煙系統：見圖4。
一般而言，地鐵系統存在三種運營狀態：正常運營狀態、非正常運營狀態、緊急運營狀態，其具體組成見圖５所示。通風／排煙系統的運行模式應與地鐵的運營狀態相適應。
3、通風/排煙系統在各種運營狀態下的運行模式
（1）正常運營狀態
日間運營：目標，保障乘客在生理感覺和空氣質量方面均有舒適的條件，并在非高峰運營狀態時實現節能運行。系統運行模式見表1、表2、表3、表4。
夜間運營狀態：目標，實施降級環境，車站通風/排煙系統停止運行，車站設備、管理用房通風/排煙系統繼續運行，滿足值班管理人員和地鐵設備所需的要求。系統運行模式見表5、表6、表7、表8。
日間運營狀態下車站通風/排煙系統運營模式 表1
2、 水閥隨其所在水系統的運行要求進行控制。
日間運營狀態下區間隧道通風/排煙系統運營模式 表2
日間運營狀態下車站隧道通風/排煙系統運營模式 表3
日間運營狀態下車站設備、管理用房通風/排煙系統運營模式 表4
2、水閥隨其所在水系統的運行要求進行控制。
夜間運營狀態下車站通風/排煙系統運營模式 表5
2、水閥隨其所在水系統的運行要求進行控制。
夜間運營狀態下區間隧道通風/排煙系統運營模式 表6
夜間運營狀態下車站隧道通風/排煙系統運營模式 表7
夜間運營狀態下車站設備、管理用房通風/排煙系統運營模式 表8
2、水閥隨其所在水系統的運行要求進行控制。
（2）非正常運營狀態
非正常運營狀態的出現，要求通風/排煙系統能夠適時的調整相應的運行模式，以滿足非正常運營狀態各種具體情況下地鐵運營的需要，保障地鐵乘客和工作人員以及地鐵設備所需的環境條件。列車晚點列車晚點的現象在地鐵運營中經常發生，但具體地說它有兩種基本的表現形式：
一種是只有一列車或幾列車發生晚點，但晚點不多，情況不太嚴重，不發生列車堆積現象，通過“趕點”和適當減少停站時間等簡單措施就能解決問題。此種情況不會對通風/排煙系統產生大的影響，其各組成系統的功能不變，運行模式也不發生變化，與正常運營狀態下運行模式相同。
另一種是由于各種原因出現列車大幅度晚點，使車站乘客的周轉失去平衡，列車超員，車站乘客嚴重積壓，造成“車站乘客過度擁擠”。這種情況下人員的散熱量會大大增加，并將導致車站和列車內溫度的升高，此時，更應該充分保證地鐵內的環境條件，滿足人員新風量和空氣溫度的要求，否則可能會由于空氣條件的惡化，助長乘客的焦躁情緒，甚至引發混亂（香港地鐵就曾發生過類似的情況）。對通風/排煙系統而言，其中的車站通風/排煙系統將采用表9所示的運行模式，其余各系統的運行模式保持不變。參見表2、表3、表4。
列車晚點運營狀態下車站通風/排煙系統運營模式 表9
2、水閥隨其所在水系統的運行要求進行控制。
乘客過度擁擠由于列車運行的堵塞、突發性客流以及超載列車的跳站運行等原因，都可能引發車站內乘客過度擁擠，導致車站內散熱量在短時間內迅速增大，引起車站內空氣溫度上升，人員新風量下降，環境惡化，極大地影響乘客的生理活動。在這種情況發生時，通風/排煙系統理所當然的應擔負起排除車站余熱、降低車站內空氣溫度的責任，消除或緩解因為人員擁擠給車站內的空氣環境帶來的不利后果，保障乘客的生理健康。（所謂“緩解“，是指如果車站內擁擠的乘客量過大，遠遠超出系統的設計負荷，則實施降級環境，在站內環境條件低于“地鐵設計規范”中的規定，但仍能滿足車站內人員的最低生理需要。）
在此情況下，車站通風/排煙系統應采用高峰運行模式，參見表9所示。其余各系統的運行模式不變，見表2、表3、表4。
區間堵塞
地鐵系統運營過程中，如果發生區間堵塞，將可能出現兩種情況，一種是堵塞在較短時間內能夠疏通，另一種是堵塞時間大于6min時。
對第一種情況而言，其結果與列車晚點相同，因此，地鐵通風/排煙系統的運行模式與列車晚點時的運行模式相同，參見表2、表3、表4、表9所示。
對第二種情況而言，則中心調度員可能安排乘客在列車內等待故障排除后乘列車進站，此時應保證列車空調器正常運行；堵塞時間過長時也可能指揮乘客有秩序的從列車端頭的緊急疏散門下到區間，沿區間走到車站。在這種情況下，乘客將在區間逗留或行走較長時間，必須保證其正常生理需要的空氣條件。此時，區間通風/排煙系統的運行模式見表10所示，其余各系統的運行模式不變，參見表1、表3、表4。
列車堵塞運營狀態下區間隧道通風排/煙系統運營模式 表10
道岔故障是地鐵發生線路故障的一個主要因素，一旦發生這種情況，列車的正常運行將被破壞，此時，列車運行將轉為區間堵塞模式，地鐵通風/排煙系統也應隨之變換為區間堵塞運行模式，參見表1、表3、表 4、表10所示。
列車故障
列車上任何一個系統發生故障，都將影響地鐵的正常運行，從通風/ 排煙系統角度出發，此時一般有兩種情況應加以考慮。
一種是列車在車站發生故障，或者雖然發生故障，但仍然可以繼續運行到車站停車，然后疏散車上乘客。這時，如果車站乘客擁擠程度不嚴重，通風/排煙系統的運行模式將不必發生變化，維持原有的運行模式，參見表1、表2、表3、表 4所示，如果由此造成車站乘客嚴重擁擠，則通風/排煙系統應采用乘客過度擁擠運行模式，參見表2、表3、表4、表9所示。
另一種是列車在區間發生故障，且無法繼續開動，則需采取救援措施，首先應保證列車車載空調器的正常運轉和車廂內乘客所需的空氣條件，此時通風/排煙系統采用區間堵塞運行模式，參見表1、表3、表4、表10所示。
沿線設備系統故障
地鐵沿線設有大量的設備系統，主要包括供電系統、通信系統、信號系統、通風/排煙系統以及其它輔助設備系統。供電系統由主變電系統、牽引供電系統和降壓供電系統三部分組成。
其中，主變電系統負責地鐵全線的供電，它一旦發生故障，地鐵全線都將受到影響，通風/排煙系統也將因為失去電源而停止運行，系統為停止運行模式。這種情況將嚴重影響地鐵運營，危及乘客安全，供電系統設計和運營管理上會充分加以考慮。牽引供電系統主要負責向列車供電，如果此系統發生故障，將直接影響列車運行，可能出現的情況與列車故障中的列車無法運行狀態類似，使列車堵塞在區間或車站，此時，通風/排煙系統的運行模式與列車故障時的運行模式相同，參見“列車故障”部分。
降壓供電系統負責為車站及沿線除牽引系統以外的各種用電設備供電，包括通風/排煙系統在內，此系統發生故障時對通風/排煙系統的影響與主變電系統故障時的影響相同，通風/排煙系統也將為停止運行模式。通訊系統和信號系統的故障對通風/排煙系統不產生直接影響，而是通過由此引起的對其它系統的影響，及產生的后果使通風/排煙系統采取與之相適應的運行模式。通風/排煙系統故障通風/排煙系統自身的故障將直接造成地鐵內部空氣環境的惡化，應盡量避免，并且設有預防和補救措施，根據通風/排煙系統的具體組成，應分別予以設置。
●車站通風/排煙系統故障
車站通風/排煙系統負責車站公共區的通風和火災排煙，車站通風/排煙系統一般至少由兩個以上的獨立系統組成，這里簡稱系統A和系統B，它們各負擔車站A、B兩端的通風、排煙，而系統A又由子系統A1和子系統A2組成，其中子系統A1負責車站A端站廳的通風和排煙，子系統A2負責車站A端站臺的通風和排煙，系統B由子系統B1和子系統B2組成，其中子系統B1負責車站B端站廳的通風和排煙，子系統B2負責車站B端站臺的通風和排煙，各系統間既相互獨立又互相補償、互為備用。按照地鐵通風/排煙系統同時只有一處發生故障而計，當其中一個系統發生故障時，另外的系統仍能繼續運轉，并通過系統間的功能切換和補償，保證車站的通風/排煙功能不受影響。各系統之間的相互備用關系如表11所示。
車站通風/排煙系統各子系統之間的相互備用關系 表11
區間隧道通風/排煙系統由A、B兩個系統組成，而系統A由子系統A1和子系統A2組成。其中子系統A1，負責A1區間隧道，子系統A2，負責A2區間隧道，子系統A1與子系統A2可互為切換。系統B由子系統B1和子系統B2組成，其中子系統B1，負責B1區間隧道，子系統B2，負責B2區間隧道，子系統B1可與子系統B2互為切換。各系統之間的相互備用關系如表12所示。
區間隧道通風/排煙系統各子系統之間的相互備用關系 表12
車站隧道通風/排煙系統由A、B兩個子系統組成，一般在車站建筑、結構型式及通風系統設計上，兩條車站隧道之間有連通和不連通兩種情況。在車站隧道不發生火災時：對于不連通的情況，在車站隧道通風/排煙系統的A、B兩個子系統之一發生故障時，A、B之間互相切換、互為備用的可能性是不存在的。
對于連通的情況，車站隧道通風/排煙系統的A、B兩個子系統之一發生故障時，雖然二者之間有互為切換的前提條件，但是從車站隧道通風/排煙系統的具體運行狀況來看，實際上也不可能實現。原因就在于從地鐵車站隧道通風/排煙系統風量要求和分配出發，車站每一條隧道的通風需要量一般約為40 m3/s 甚至達60m3/s,風量很大，要保證系統正常運行，則A、B兩個子系統均需為所負責的車站隧道獨立提供上述風量，而當其中一個子系統（假設A系統）發生故障時，另外一個子系統B仍需繼續正常運轉，為其所負擔的車站隧道進行通風排熱。如果此時由子系統B同時兼顧兩條車站隧道的通風排熱，那樣的話，兩條車站隧道的空氣環境都將達不到要求，將同時影響兩條車站隧道的正常運轉，此種運行模式不應被采納。
于是應設有另外的補救措施。
從圖2和圖3綜合起來看，可以明確，區間隧道與車站隧道之間實際并沒有明確的界限，二者是相通的，只是因為列車在車站停靠、啟動，在區間運行，其運行模式不同，需要通風/排煙系統也采取不同的模式，才人為的將其區分開來，因此區間隧道通風/排煙系統與車站隧道通風/排煙系統之間有著密切的聯系。從系統布局上看，區間隧道通風/排煙系統的子系統A1、B1與車站隧道通風/排煙系統的子系統A位于一側，二者完全可以通過一定的途徑聯系起來，其實這里也正是通風/排煙系統設計意圖所在，同樣，區間隧道通風/排煙系統的子系統A2、B2與車站隧道通風/排煙系統的子系統B之間的關系亦是如此。
所以，可以確定當車站隧道通風/排煙系統的子系統A發生故障時，通過區間隧道通風/排煙系統的子系統A1、B1的協調配合，能夠起到替代其功能的作用。而當車站隧道通風/排煙系統的子系統B發生故障時，通過區間隧道通風/排煙系統的子系統A2、B2的協調配合，也能達到車站隧道內正常通風、排煙的目的。車站隧道通風/排煙系統故障時的備用措施見表13所示。
車站隧道通風/排煙系統故障時的備用措施 表13
● 車站設備、管理用房通風/排煙系統
車站設備、管理用房通風/排煙系統由空調系統、通風系統和排煙系統三部分組成。一般而言此系統負擔的范圍較小，而且從車站建筑布局上看，其設備和管理用房又分為車站兩端布置，因此車站設備、管理用房通風/排煙系統實際上又由兩端的子系統組成，由于系統規模小，所需設備的數量少，型號和尺寸也很小，完全可以隨時維修、更換，只要抓緊動作，所需的時間也不會很長。所以，車站設備、管理用房通風/排煙系統發生故障時，應以抓緊時間維修和更換設備為主，不必另外增加備用系統。
（3）緊急運營狀態
緊急運營狀態包括火災、地震和防淹門關閉等情況，對通風/排煙系統來講，火災狀態是其主要應考慮的問題，而地震和防淹門關閉等狀態下也應有相應的運行模式。
□火災
地鐵內部發生火災時，通風/排煙系統應具有為人員提供新鮮空氣，排除煙氣，引導乘客撤離，方便救援的功能。同時，根據地鐵內部火災發生部位的不同，通風/排煙系統應采取不同的運行模式。
●車站火災
車站站廳火災：
若車站站廳發生火災，則負責站廳的通風/排煙系統應采用排煙模式，停止送風，將站廳煙氣通過風亭排至地面。同時，站臺通風/排煙系統采用送風模式，停止排風，使煙氣不致擴散至站臺，新風由車站出入口從外界引入站廳，以利于乘客從站廳疏散至地面，車站通風/排煙系統運行模式參見表14。其余的通風/排煙系統運行模式不發生變化。
站廳火災車站通風/排煙系統運行模式 表14
若車站站臺發生火災，則負責站臺的通風/排煙系統應采用排煙模式，停止送風，將站臺煙氣通過風亭排至地面，并使站廳至站臺的樓梯口形成正壓，產生向下至站臺的氣流，以利于乘客安全的通過站廳疏散到地面。此時車站通風/排煙系統運行模式參見表15。其余的通風/排煙系統運行模式不發生變化。
站臺火災車站通風/排煙系統運行模式 表15
起火列車停靠在車站時，有兩種情況：
1、車站設置屏蔽門時，車站隧道通風/排煙系統應采用排煙模式，停止送風，將煙氣經由風亭排至外界，防止其進入車站。此時車站屏蔽門開啟，同時，車站通風/排煙系統站廳采用送風模式，停止排風，保持車站內空氣正壓 ，保證通過車站安全地將乘客疏散至地面，車站隧道通風/排煙系統和車站通風/排煙系統的運行模式見表16所示，其余各通風/排煙系統的運行模式不發生變化。
2、車站不設置屏蔽門時，車站負責站臺的通風/排煙系統應采用排煙模式，停止送風，將站臺煙氣通過風亭排至地面，并使站廳至站臺的樓梯口形成正壓，產生向下至站臺的氣流，以利于乘客安全的通過站廳疏散到地面。此時車站通風/排煙系統運行模式參見表15。其余的通風/排煙系統運行模式不發生變化。
車站隧道火災通風/排煙系統運行模式 表16
列車在區間隧道發生火災時，若列車尚未失去動力，還能繼續運行，則應盡可能開到前方車站，然后進行乘客疏散，此時通風/排煙系統起火列車停靠在車站時的運行模式，參見“起火列車停靠在車站”部分及表15和表16所示。列車在區間隧道發生火災，而且由于各種原因被迫停在區間隧道內時，則由區間隧道一端的區間隧道通風/排煙系統送風，另一端的區間隧道通風/排煙系統排煙，將煙氣經風井排至地面。區間隧道兩側的通風/排煙系統的具體送風或排煙方向，應根據著火列車在區間隧道中的位置，以及列車的著火部位等因素決定，但應保證氣流方向總是與乘客疏散方向相反，并且保證區間隧道內的氣流速度V滿足11m/s≥V≥2m/s。同時，區間隧道兩側車站的車站隧道通風/排煙系統關閉，以確保著火區間的送風和排煙的順利進行。此時通風/排煙系統的運行模式見表17所示，其余的通風/排煙系統運行模式不變。
區間隧道火災通風/排煙系統運行模式 表17
●車站設備、管理用房火災
車站設備、管理用房發生火災時，車站設備、管理用房通風/排煙系統應采用排煙模式，根據設備、管理用房的具體著火部位進行排煙，將煙氣經排風道排至外界，起到保證人員撤離，方便救援的功能。其余通風/排煙系統的運行模式不變。
□地震
一旦發生地震時，必然造成乘客的混亂，此時更應保證地鐵內的空氣條件滿足人體的生理需要，否則必將促長地鐵內已發生的混亂局面，只要地震尚未造成通風/排煙系統設備的失效，則各通風/排煙系統均應采用相應的運行模式，其中車站通風/排煙系統應采用正常運行狀態下的高峰運行模式（參見表18所示）；區間隧道通風/排煙系統應采用夜間通風模式，開啟區間隧道的機械通風系統，按一站送風，相鄰站排風，順次排列的縱向推拉式機械通風方式，進行運轉（參見表19所示）；車站隧道通風/排煙系統和車站設備、管理用房通風/排煙系統按正常運行狀態下的運行模式進行運轉（參見表3、表4所示）。
地震運營狀態下車站通風/排煙系統運營模式 表18
2、 水閥隨其所在水系統的運行要求進行控制。
地震運營狀態下區間隧道通風/排煙系統運營模式 表19
□防淹門關閉
在防淹門關閉的情況下，地鐵將采用區間堵塞運行模式，此時，通風/排煙系統也相應的采用區間堵塞運行模式，參見“非正常運行狀態”情況時的區間堵塞部分。
四、地上線通風/排煙系統
1、通風/排煙系統的組成
對地鐵地面高架線而言，其區間部分位于地上，直接與外界相通，采用自然通風、排煙即可達到各種運營狀態下所需的通風和排煙要求，沒有必要再另外設置機械通風/排煙系統。因此，這里只需考慮車站的通風和排煙問題。
地鐵高架車站一般有雙層車站和單層車站兩種型式。
對于雙層車站，一般上層為站臺層，下層為站廳層，另外還有一些設備及管理用房。其站臺層基本上是敞開的，采用自然通風、排煙和列車活塞通風即可達到通風和排煙的要求，不需另設機械通風/排煙系統，同樣，站廳層公共區要求其可開啟的外窗面積不得小于該公共區面積的2%，在這種條件下，采用自然通風/排煙系統完全可以達到車站站廳通風和排煙的需要，因此也沒有必要另設機械通風/排煙系統。所以對高架車站來說，應該重點考慮車站設備、管理用房通風/排煙系統。
位于車站的設備及管理用房有一定的溫、濕度要求，需設置機械通風/排煙系統，但由于車站設備及管理用房較少，且布置可能不太集中，因此不必采用集中通風/排煙系統，設置局部通風/排煙系統更為簡單實用。對于單層車站，只有一個敞開的站臺供乘客上下車，另外也有一些設備及管理用房，與雙層車站相同，其站臺公共區也是采用自然通風、排煙和列車活塞通風即可達到通風和排煙的要求，不必另設機械通風/排煙系統，其車站設備及管理用房由于有一定的溫、濕度要求，需設置局部機械通風/排煙系統和局部空調系統。
2、 車站設備、管理用房的布局及原理流程。
參見圖4所示為車站設備、管理用房的布局及原理流程。
3、 通風/排煙系統運行模式
車站設備、管理用房通風/排煙系統見圖4所示，由通風系統、排煙系統和空調系統三部分組成。
在前面所述的各種運營狀態下，它均應保持正常的運行模式，見表20所示。
車站設備、管理用房通風/排煙系統運行模式 表20
