通风/排烟系统运营模式研究
摘 要：地铁系统正常运行及事故情况下可能出现各种运营状态，本文有针对性地提出了通风/排烟系统与此相应的运营模式，以满足各种状态下的不同功能需求。关键词：通风/排烟系统、运营模式
一、概述
地铁作为一种快捷、方便的城市交通系统，拥有大量的客流，要实现安全、正点、高效的运行，就必须在满足运营条件的同时，保证乘客正常生理需要所必需的环境条件。这里所指的环境条件，主要是从人体舒适感要求出发，而确定的地铁内部空气要达到的一些基本参数，它包括空气质量、温度、湿度、气流速度、噪声等多种综合因素。
同时，为保证地铁乘客的安全，在地铁发生事故或火灾时，还必须具有为人员提供新鲜空气，排除烟气，引导乘客撤离，方便救援的功能。地铁通风/排烟系统的设置，正是为了解决这些事关人员生存和安全的问题。
二、地铁通风/排烟系统的组成
目前，国内、外已运营和正在建设的地铁线路中，根据地铁车站是否设置屏蔽门，通风/排烟系统采用两种基本的布置型式，其系统构成分别为：
A：车站设置屏蔽门
1、 车站通风/排烟系统；
2、 区间隧道通风/排烟系统（含机械通风/排烟系统和活塞通风系统两部分）；
3、 车站隧道通风/排烟系统；
4、 车站设备、管理用房通风/排烟系统。
B：车站不设置屏蔽门
1、 车站通风/排烟系统；
2、 区间隧道通风/排烟系统（含机械通风/排烟系统和活塞通风系统两部分）；
3、 车站设备、管理用房通风/排烟系统。
由于地铁地下空间狭小，土建造价昂贵，其各个设备系统应在满足系统功能需要的前提下尽量节省面积和空间，因此通风/排烟系统应与空调系统合用，但具备相互转换功能。
三、地下线通风/排烟系统
1、 通风/排烟系统的布局及原理流程
（1） 车站通风/排烟系统：见图1；
（2） 区间隧道通风/排烟系统（含机械通风/排烟系统和活塞通风系统两部分）：见图2；
（3） 车站隧道通风/排烟系统（车站设置屏蔽门时设此系统）：见图3；
（4） 车站设备、管理用房通风/排烟系统：见图4。
一般而言，地铁系统存在三种运营状态：正常运营状态、非正常运营状态、紧急运营状态，其具体组成见图５所示。通风／排烟系统的运行模式应与地铁的运营状态相适应。
3、通风/排烟系统在各种运营状态下的运行模式
（1）正常运营状态
日间运营：目标，保障乘客在生理感觉和空气质量方面均有舒适的条件，并在非高峰运营状态时实现节能运行。系统运行模式见表1、表2、表3、表4。
夜间运营状态：目标，实施降级环境，车站通风/排烟系统停止运行，车站设备、管理用房通风/排烟系统继续运行，满足值班管理人员和地铁设备所需的要求。系统运行模式见表5、表6、表7、表8。
日间运营状态下车站通风/排烟系统运营模式 表1
2、 水阀随其所在水系统的运行要求进行控制。
日间运营状态下区间隧道通风/排烟系统运营模式 表2
日间运营状态下车站隧道通风/排烟系统运营模式 表3
日间运营状态下车站设备、管理用房通风/排烟系统运营模式 表4
2、水阀随其所在水系统的运行要求进行控制。
夜间运营状态下车站通风/排烟系统运营模式 表5
2、水阀随其所在水系统的运行要求进行控制。
夜间运营状态下区间隧道通风/排烟系统运营模式 表6
夜间运营状态下车站隧道通风/排烟系统运营模式 表7
夜间运营状态下车站设备、管理用房通风/排烟系统运营模式 表8
2、水阀随其所在水系统的运行要求进行控制。
（2）非正常运营状态
非正常运营状态的出现，要求通风/排烟系统能够适时的调整相应的运行模式，以满足非正常运营状态各种具体情况下地铁运营的需要，保障地铁乘客和工作人员以及地铁设备所需的环境条件。列车晚点列车晚点的现象在地铁运营中经常发生，但具体地说它有两种基本的表现形式：
一种是只有一列车或几列车发生晚点，但晚点不多，情况不太严重，不发生列车堆积现象，通过“赶点”和适当减少停站时间等简单措施就能解决问题。此种情况不会对通风/排烟系统产生大的影响，其各组成系统的功能不变，运行模式也不发生变化，与正常运营状态下运行模式相同。
另一种是由于各种原因出现列车大幅度晚点，使车站乘客的周转失去平衡，列车超员，车站乘客严重积压，造成“车站乘客过度拥挤”。这种情况下人员的散热量会大大增加，并将导致车站和列车内温度的升高，此时，更应该充分保证地铁内的环境条件，满足人员新风量和空气温度的要求，否则可能会由于空气条件的恶化，助长乘客的焦躁情绪，甚至引发混乱（香港地铁就曾发生过类似的情况）。对通风/排烟系统而言，其中的车站通风/排烟系统将采用表9所示的运行模式，其余各系统的运行模式保持不变。参见表2、表3、表4。
列车晚点运营状态下车站通风/排烟系统运营模式 表9
2、水阀随其所在水系统的运行要求进行控制。
乘客过度拥挤由于列车运行的堵塞、突发性客流以及超载列车的跳站运行等原因，都可能引发车站内乘客过度拥挤，导致车站内散热量在短时间内迅速增大，引起车站内空气温度上升，人员新风量下降，环境恶化，极大地影响乘客的生理活动。在这种情况发生时，通风/排烟系统理所当然的应担负起排除车站余热、降低车站内空气温度的责任，消除或缓解因为人员拥挤给车站内的空气环境带来的不利后果，保障乘客的生理健康。（所谓“缓解“，是指如果车站内拥挤的乘客量过大，远远超出系统的设计负荷，则实施降级环境，在站内环境条件低于“地铁设计规范”中的规定，但仍能满足车站内人员的最低生理需要。）
在此情况下，车站通风/排烟系统应采用高峰运行模式，参见表9所示。其余各系统的运行模式不变，见表2、表3、表4。
区间堵塞
地铁系统运营过程中，如果发生区间堵塞，将可能出现两种情况，一种是堵塞在较短时间内能够疏通，另一种是堵塞时间大于6min时。
对第一种情况而言，其结果与列车晚点相同，因此，地铁通风/排烟系统的运行模式与列车晚点时的运行模式相同，参见表2、表3、表4、表9所示。
对第二种情况而言，则中心调度员可能安排乘客在列车内等待故障排除后乘列车进站，此时应保证列车空调器正常运行；堵塞时间过长时也可能指挥乘客有秩序的从列车端头的紧急疏散门下到区间，沿区间走到车站。在这种情况下，乘客将在区间逗留或行走较长时间，必须保证其正常生理需要的空气条件。此时，区间通风/排烟系统的运行模式见表10所示，其余各系统的运行模式不变，参见表1、表3、表4。
列车堵塞运营状态下区间隧道通风排/烟系统运营模式 表10
道岔故障是地铁发生线路故障的一个主要因素，一旦发生这种情况，列车的正常运行将被破坏，此时，列车运行将转为区间堵塞模式，地铁通风/排烟系统也应随之变换为区间堵塞运行模式，参见表1、表3、表 4、表10所示。
列车故障
列车上任何一个系统发生故障，都将影响地铁的正常运行，从通风/ 排烟系统角度出发，此时一般有两种情况应加以考虑。
一种是列车在车站发生故障，或者虽然发生故障，但仍然可以继续运行到车站停车，然后疏散车上乘客。这时，如果车站乘客拥挤程度不严重，通风/排烟系统的运行模式将不必发生变化，维持原有的运行模式，参见表1、表2、表3、表 4所示，如果由此造成车站乘客严重拥挤，则通风/排烟系统应采用乘客过度拥挤运行模式，参见表2、表3、表4、表9所示。
另一种是列车在区间发生故障，且无法继续开动，则需采取救援措施，首先应保证列车车载空调器的正常运转和车厢内乘客所需的空气条件，此时通风/排烟系统采用区间堵塞运行模式，参见表1、表3、表4、表10所示。
沿线设备系统故障
地铁沿线设有大量的设备系统，主要包括供电系统、通信系统、信号系统、通风/排烟系统以及其它辅助设备系统。供电系统由主变电系统、牵引供电系统和降压供电系统三部分组成。
其中，主变电系统负责地铁全线的供电，它一旦发生故障，地铁全线都将受到影响，通风/排烟系统也将因为失去电源而停止运行，系统为停止运行模式。这种情况将严重影响地铁运营，危及乘客安全，供电系统设计和运营管理上会充分加以考虑。牵引供电系统主要负责向列车供电，如果此系统发生故障，将直接影响列车运行，可能出现的情况与列车故障中的列车无法运行状态类似，使列车堵塞在区间或车站，此时，通风/排烟系统的运行模式与列车故障时的运行模式相同，参见“列车故障”部分。
降压供电系统负责为车站及沿线除牵引系统以外的各种用电设备供电，包括通风/排烟系统在内，此系统发生故障时对通风/排烟系统的影响与主变电系统故障时的影响相同，通风/排烟系统也将为停止运行模式。通讯系统和信号系统的故障对通风/排烟系统不产生直接影响，而是通过由此引起的对其它系统的影响，及产生的后果使通风/排烟系统采取与之相适应的运行模式。通风/排烟系统故障通风/排烟系统自身的故障将直接造成地铁内部空气环境的恶化，应尽量避免，并且设有预防和补救措施，根据通风/排烟系统的具体组成，应分别予以设置。
●车站通风/排烟系统故障
车站通风/排烟系统负责车站公共区的通风和火灾排烟，车站通风/排烟系统一般至少由两个以上的独立系统组成，这里简称系统A和系统B，它们各负担车站A、B两端的通风、排烟，而系统A又由子系统A1和子系统A2组成，其中子系统A1负责车站A端站厅的通风和排烟，子系统A2负责车站A端站台的通风和排烟，系统B由子系统B1和子系统B2组成，其中子系统B1负责车站B端站厅的通风和排烟，子系统B2负责车站B端站台的通风和排烟，各系统间既相互独立又互相补偿、互为备用。按照地铁通风/排烟系统同时只有一处发生故障而计，当其中一个系统发生故障时，另外的系统仍能继续运转，并通过系统间的功能切换和补偿，保证车站的通风/排烟功能不受影响。各系统之间的相互备用关系如表11所示。
车站通风/排烟系统各子系统之间的相互备用关系 表11
区间隧道通风/排烟系统由A、B两个系统组成，而系统A由子系统A1和子系统A2组成。其中子系统A1，负责A1区间隧道，子系统A2，负责A2区间隧道，子系统A1与子系统A2可互为切换。系统B由子系统B1和子系统B2组成，其中子系统B1，负责B1区间隧道，子系统B2，负责B2区间隧道，子系统B1可与子系统B2互为切换。各系统之间的相互备用关系如表12所示。
区间隧道通风/排烟系统各子系统之间的相互备用关系 表12
车站隧道通风/排烟系统由A、B两个子系统组成，一般在车站建筑、结构型式及通风系统设计上，两条车站隧道之间有连通和不连通两种情况。在车站隧道不发生火灾时：对于不连通的情况，在车站隧道通风/排烟系统的A、B两个子系统之一发生故障时，A、B之间互相切换、互为备用的可能性是不存在的。
对于连通的情况，车站隧道通风/排烟系统的A、B两个子系统之一发生故障时，虽然二者之间有互为切换的前提条件，但是从车站隧道通风/排烟系统的具体运行状况来看，实际上也不可能实现。原因就在于从地铁车站隧道通风/排烟系统风量要求和分配出发，车站每一条隧道的通风需要量一般约为40 m3/s 甚至达60m3/s,风量很大，要保证系统正常运行，则A、B两个子系统均需为所负责的车站隧道独立提供上述风量，而当其中一个子系统（假设A系统）发生故障时，另外一个子系统B仍需继续正常运转，为其所负担的车站隧道进行通风排热。如果此时由子系统B同时兼顾两条车站隧道的通风排热，那样的话，两条车站隧道的空气环境都将达不到要求，将同时影响两条车站隧道的正常运转，此种运行模式不应被采纳。
于是应设有另外的补救措施。
从图2和图3综合起来看，可以明确，区间隧道与车站隧道之间实际并没有明确的界限，二者是相通的，只是因为列车在车站停靠、启动，在区间运行，其运行模式不同，需要通风/排烟系统也采取不同的模式，才人为的将其区分开来，因此区间隧道通风/排烟系统与车站隧道通风/排烟系统之间有着密切的联系。从系统布局上看，区间隧道通风/排烟系统的子系统A1、B1与车站隧道通风/排烟系统的子系统A位于一侧，二者完全可以通过一定的途径联系起来，其实这里也正是通风/排烟系统设计意图所在，同样，区间隧道通风/排烟系统的子系统A2、B2与车站隧道通风/排烟系统的子系统B之间的关系亦是如此。
所以，可以确定当车站隧道通风/排烟系统的子系统A发生故障时，通过区间隧道通风/排烟系统的子系统A1、B1的协调配合，能够起到替代其功能的作用。而当车站隧道通风/排烟系统的子系统B发生故障时，通过区间隧道通风/排烟系统的子系统A2、B2的协调配合，也能达到车站隧道内正常通风、排烟的目的。车站隧道通风/排烟系统故障时的备用措施见表13所示。
车站隧道通风/排烟系统故障时的备用措施 表13
● 车站设备、管理用房通风/排烟系统
车站设备、管理用房通风/排烟系统由空调系统、通风系统和排烟系统三部分组成。一般而言此系统负担的范围较小，而且从车站建筑布局上看，其设备和管理用房又分为车站两端布置，因此车站设备、管理用房通风/排烟系统实际上又由两端的子系统组成，由于系统规模小，所需设备的数量少，型号和尺寸也很小，完全可以随时维修、更换，只要抓紧动作，所需的时间也不会很长。所以，车站设备、管理用房通风/排烟系统发生故障时，应以抓紧时间维修和更换设备为主，不必另外增加备用系统。
（3）紧急运营状态
紧急运营状态包括火灾、地震和防淹门关闭等情况，对通风/排烟系统来讲，火灾状态是其主要应考虑的问题，而地震和防淹门关闭等状态下也应有相应的运行模式。
□火灾
地铁内部发生火灾时，通风/排烟系统应具有为人员提供新鲜空气，排除烟气，引导乘客撤离，方便救援的功能。同时，根据地铁内部火灾发生部位的不同，通风/排烟系统应采取不同的运行模式。
●车站火灾
车站站厅火灾：
若车站站厅发生火灾，则负责站厅的通风/排烟系统应采用排烟模式，停止送风，将站厅烟气通过风亭排至地面。同时，站台通风/排烟系统采用送风模式，停止排风，使烟气不致扩散至站台，新风由车站出入口从外界引入站厅，以利于乘客从站厅疏散至地面，车站通风/排烟系统运行模式参见表14。其余的通风/排烟系统运行模式不发生变化。
站厅火灾车站通风/排烟系统运行模式 表14
若车站站台发生火灾，则负责站台的通风/排烟系统应采用排烟模式，停止送风，将站台烟气通过风亭排至地面，并使站厅至站台的楼梯口形成正压，产生向下至站台的气流，以利于乘客安全的通过站厅疏散到地面。此时车站通风/排烟系统运行模式参见表15。其余的通风/排烟系统运行模式不发生变化。
站台火灾车站通风/排烟系统运行模式 表15
起火列车停靠在车站时，有两种情况：
1、车站设置屏蔽门时，车站隧道通风/排烟系统应采用排烟模式，停止送风，将烟气经由风亭排至外界，防止其进入车站。此时车站屏蔽门开启，同时，车站通风/排烟系统站厅采用送风模式，停止排风，保持车站内空气正压 ，保证通过车站安全地将乘客疏散至地面，车站隧道通风/排烟系统和车站通风/排烟系统的运行模式见表16所示，其余各通风/排烟系统的运行模式不发生变化。
2、车站不设置屏蔽门时，车站负责站台的通风/排烟系统应采用排烟模式，停止送风，将站台烟气通过风亭排至地面，并使站厅至站台的楼梯口形成正压，产生向下至站台的气流，以利于乘客安全的通过站厅疏散到地面。此时车站通风/排烟系统运行模式参见表15。其余的通风/排烟系统运行模式不发生变化。
车站隧道火灾通风/排烟系统运行模式 表16
列车在区间隧道发生火灾时，若列车尚未失去动力，还能继续运行，则应尽可能开到前方车站，然后进行乘客疏散，此时通风/排烟系统起火列车停靠在车站时的运行模式，参见“起火列车停靠在车站”部分及表15和表16所示。列车在区间隧道发生火灾，而且由于各种原因被迫停在区间隧道内时，则由区间隧道一端的区间隧道通风/排烟系统送风，另一端的区间隧道通风/排烟系统排烟，将烟气经风井排至地面。区间隧道两侧的通风/排烟系统的具体送风或排烟方向，应根据着火列车在区间隧道中的位置，以及列车的着火部位等因素决定，但应保证气流方向总是与乘客疏散方向相反，并且保证区间隧道内的气流速度V满足11m/s≥V≥2m/s。同时，区间隧道两侧车站的车站隧道通风/排烟系统关闭，以确保着火区间的送风和排烟的顺利进行。此时通风/排烟系统的运行模式见表17所示，其余的通风/排烟系统运行模式不变。
区间隧道火灾通风/排烟系统运行模式 表17
●车站设备、管理用房火灾
车站设备、管理用房发生火灾时，车站设备、管理用房通风/排烟系统应采用排烟模式，根据设备、管理用房的具体着火部位进行排烟，将烟气经排风道排至外界，起到保证人员撤离，方便救援的功能。其余通风/排烟系统的运行模式不变。
□地震
一旦发生地震时，必然造成乘客的混乱，此时更应保证地铁内的空气条件满足人体的生理需要，否则必将促长地铁内已发生的混乱局面，只要地震尚未造成通风/排烟系统设备的失效，则各通风/排烟系统均应采用相应的运行模式，其中车站通风/排烟系统应采用正常运行状态下的高峰运行模式（参见表18所示）；区间隧道通风/排烟系统应采用夜间通风模式，开启区间隧道的机械通风系统，按一站送风，相邻站排风，顺次排列的纵向推拉式机械通风方式，进行运转（参见表19所示）；车站隧道通风/排烟系统和车站设备、管理用房通风/排烟系统按正常运行状态下的运行模式进行运转（参见表3、表4所示）。
地震运营状态下车站通风/排烟系统运营模式 表18
2、 水阀随其所在水系统的运行要求进行控制。
地震运营状态下区间隧道通风/排烟系统运营模式 表19
□防淹门关闭
在防淹门关闭的情况下，地铁将采用区间堵塞运行模式，此时，通风/排烟系统也相应的采用区间堵塞运行模式，参见“非正常运行状态”情况时的区间堵塞部分。
四、地上线通风/排烟系统
1、通风/排烟系统的组成
对地铁地面高架线而言，其区间部分位于地上，直接与外界相通，采用自然通风、排烟即可达到各种运营状态下所需的通风和排烟要求，没有必要再另外设置机械通风/排烟系统。因此，这里只需考虑车站的通风和排烟问题。
地铁高架车站一般有双层车站和单层车站两种型式。
对于双层车站，一般上层为站台层，下层为站厅层，另外还有一些设备及管理用房。其站台层基本上是敞开的，采用自然通风、排烟和列车活塞通风即可达到通风和排烟的要求，不需另设机械通风/排烟系统，同样，站厅层公共区要求其可开启的外窗面积不得小于该公共区面积的2%，在这种条件下，采用自然通风/排烟系统完全可以达到车站站厅通风和排烟的需要，因此也没有必要另设机械通风/排烟系统。所以对高架车站来说，应该重点考虑车站设备、管理用房通风/排烟系统。
位于车站的设备及管理用房有一定的温、湿度要求，需设置机械通风/排烟系统，但由于车站设备及管理用房较少，且布置可能不太集中，因此不必采用集中通风/排烟系统，设置局部通风/排烟系统更为简单实用。对于单层车站，只有一个敞开的站台供乘客上下车，另外也有一些设备及管理用房，与双层车站相同，其站台公共区也是采用自然通风、排烟和列车活塞通风即可达到通风和排烟的要求，不必另设机械通风/排烟系统，其车站设备及管理用房由于有一定的温、湿度要求，需设置局部机械通风/排烟系统和局部空调系统。
2、 车站设备、管理用房的布局及原理流程。
参见图4所示为车站设备、管理用房的布局及原理流程。
3、 通风/排烟系统运行模式
车站设备、管理用房通风/排烟系统见图4所示，由通风系统、排烟系统和空调系统三部分组成。
在前面所述的各种运营状态下，它均应保持正常的运行模式，见表20所示。
车站设备、管理用房通风/排烟系统运行模式 表20
