福建省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 陳必宙

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對精神生活的需求也日益增長。而互聯(lián)網(wǎng)新媒體的發(fā)展，更是加速了這個進程，承載城市文化長廊和休閑長廊的網(wǎng)紅慢行隧道正是由此而生(如圖1所示)。而作為被賦予新內(nèi)容、新使命的新生“事物”，它與普通隧道有明顯的差別，尤其是“打卡”人員密集后的通風(fēng)和消防防排煙設(shè)計，更是規(guī)范的空白。鑒于目前國內(nèi)外對此并無太多研究先例，本文以筆者參與的項目為依托，借鑒目前建設(shè)好的網(wǎng)紅慢行隧道，以人為本，綜合隧道運營特點和消防疏散作設(shè)計分析，探索構(gòu)建與時俱進的通風(fēng)防排煙系統(tǒng)。

圖1 某網(wǎng)紅慢行隧道內(nèi)景圖

1 網(wǎng)紅慢行隧道特點

網(wǎng)紅慢行隧道和普通僅具有通行功能的城市下穿隧道具有明顯的不同，具體如下。

1.1 美觀度要求高

普通隧道一般僅考慮通行功能，基本無美觀要求。網(wǎng)紅慢行隧道具有城市文化長廊和休閑長廊的功能，經(jīng)常要求具有吸引人眼球的網(wǎng)紅氣質(zhì)，常規(guī)隧道通風(fēng)設(shè)計中吊在隧道洞頂?shù)耐L(fēng)射流風(fēng)機、裸露突兀的電線線槽、燈具等(如圖2所示)，往往會破壞網(wǎng)紅氣質(zhì)，運營方多希望將其隱藏處理。

圖2 普通隧道內(nèi)景圖

1.2 人員密集度大

普通隧道一般僅考慮通行功能，穿行速度快，人員密集度小。網(wǎng)紅慢行隧道要讓人慢下來、停下來，甚至成為周末或雨天、夏季家庭休閑打卡地點，人員密集度大，新風(fēng)要求高。

1.3 環(huán)境噪聲要求

普通隧道用于快速穿行，人員洞內(nèi)停留時間短，對環(huán)境噪聲要求低。網(wǎng)紅慢行隧道人員停留時間長，對環(huán)境要求高，因此出口風(fēng)速達到25～30 m/s的洞內(nèi)射流風(fēng)機，其噪聲很難滿足要求。

1.4 有裝飾和電子設(shè)備

普通隧道幾無裝飾。網(wǎng)紅慢行隧道經(jīng)常有大面積的廣告圖畫、圖書角、電子顯示屏、投影儀、3D彩繪等物品。

2 網(wǎng)紅慢行隧道的消防定性

具有城市宣傳和休閑文化長廊功能的網(wǎng)紅慢行隧道和普通隧道有本質(zhì)區(qū)別，而消防定性的關(guān)鍵點為“經(jīng)常有人停留或可燃物較多”。普通非機動車穿行隧道幾乎無火災(zāi)隱患，目前隧道規(guī)范也無排煙要求。網(wǎng)紅慢行隧道則大不相同。以南方已建成的長1.2 km、路面寬9.5 m網(wǎng)紅慢行隧道為例，分析如下。

2.1 人員密集場所

據(jù)該隧道管理站統(tǒng)計，節(jié)假日高峰期人流量約為4萬人次/d。各個設(shè)備運行時間為08:30—21:30，共計13 h。則平均小時人流量為3 076人/h，高峰小時人流量按平均小時人流量的3倍(為管理人員估計數(shù)據(jù))估算為9 228人/h。據(jù)統(tǒng)計，10歲兒童、婦女步行速度約為4.0 km/h，因此通過隧道的理論時間為0.3 h。隧道管理人員來回巡視一趟約需1 h?？紤]參觀、游玩、休息時間，單趟通行時間按0.5 h考慮比較合理。隧道內(nèi)滯留人數(shù)高峰期為9 228人/h×0.5 h=4 614人，隧道面積為9.5 m×1 200 m=11 400 m2，則人員密度為0.4人/m2，與GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)[1]表5.5.21-2地上商場第4層人員密度0.30～0.42人/m2的統(tǒng)計區(qū)間值相仿，遠超普通辦公室人員密度。由于高峰時間多在節(jié)假日，騎行人員相對較少，此處統(tǒng)計不作細究。

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)[1]第5.5.19條的條文解釋，人員密集的公共場所主要指“營業(yè)廳、觀眾廳，禮堂、電影院、劇院和體育場館的觀眾廳……等面積較大、同一時間聚集人數(shù)較多的場所”。

GB 35181—2017《重大火災(zāi)隱患判定方法》[2]第3.4條給出的人員密集場所的術(shù)語為“公眾聚集場所，……公共展覽館、博物館的展示廳……等”。

網(wǎng)紅慢行隧道同時具有文化長廊和休閑長廊等類似展廳的功能，完全符合“經(jīng)常有人停留”的人員密集場所定義。

2.2 可燃物較多

該隧道除了各種彩繪外，隧道兩側(cè)壁每隔30 m左右設(shè)置燈箱廣告牌一處，隧道中間段近50 m的視頻投影段設(shè)置20臺投影儀，同時間隔配置大量城市宣傳電子顯示屏。運營方表示后期會考慮增設(shè)圖書角、“時光隧道”、“星空隧道”等。隧道存在大量易燃的電氣設(shè)備及可燃物，隨著電氣設(shè)備的老化，火災(zāi)隱患倍增，隧洞空間完全符合“可燃物較多”的特性。

2.3 小結(jié)

由以上分析可知，網(wǎng)紅慢行隧道完全滿足消防設(shè)計“經(jīng)常有人停留或可燃物較多”2個基本特點。傳統(tǒng)的隧道設(shè)計規(guī)范不能滿足其火災(zāi)及疏散逃生要求，應(yīng)參考民用建筑的展廳、營業(yè)廳等人員密集場所，立足GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)[1]對網(wǎng)紅慢行隧道重新進行消防安全定性。合理的消防設(shè)計應(yīng)包含安全疏散、火災(zāi)報警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、暖通防排煙設(shè)計等方面。

3 網(wǎng)紅運營對暖通專業(yè)的要求

3.1 保證充足的新風(fēng)及良好的氣流組織

暖通專業(yè)設(shè)計應(yīng)根據(jù)人流量考慮充足的新風(fēng)供應(yīng)。同時應(yīng)考慮合理的氣流組織，保證隧道內(nèi)各處空氣均勻流動，避免出現(xiàn)僅洞口端至洞內(nèi)300 m范圍有風(fēng)，而最不利的隧道中間區(qū)域無風(fēng)的情況。

3.2 解決“難看”的射流風(fēng)機及其平時運行噪聲問題

射流風(fēng)機影響隧道美觀，同時高速射流風(fēng)機產(chǎn)生的渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲較大，無法滿足隧道噪聲要求。建議采用洞頂管道通風(fēng)，同時設(shè)置弧形吊頂，吊頂進行3D彩繪。

3.3 風(fēng)口不能布置在洞頂中央

風(fēng)口影響美觀，影響洞頂彩繪效果。宜考慮隱藏風(fēng)口，采用側(cè)送或側(cè)排形式。

3.4 滿足消防安全要求，隱蔽所有防排煙風(fēng)機設(shè)備

慢行隧道作為相鄰機動車道的專用避難疏散通道應(yīng)滿足JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細則》[3]第10.4.1條疏散通道及其橫通道(前室)的防煙要求。網(wǎng)紅慢行隧道人員密集同樣應(yīng)滿足消防排煙要求(如圖3、4所示)。

圖3 “網(wǎng)紅”運營的建議

圖4 疏散橫通道防煙要求示意圖

3.5 重視環(huán)境污染及擾民問題

隧道內(nèi)風(fēng)機端噪聲對人員體驗感影響較大，應(yīng)考慮靜音減振設(shè)計。同時設(shè)計于洞外的風(fēng)機房應(yīng)采用消聲器、隔音墻、高大綠植覆蓋等辦法避免對附近人員活動區(qū)，尤其是居住區(qū)造成噪聲及視覺污染。

4 與時俱進的隧道通風(fēng)設(shè)計

以長1.5 km、路面寬7.0 m、吊頂凈高4.0 m、吊頂下截面積27.0 m2的網(wǎng)紅慢行隧道為例，通風(fēng)排煙采用洞頂風(fēng)道頂送頂排系統(tǒng)以滿足觀光運營要求(如圖5所示)。具體設(shè)計分析如下。

圖5 某網(wǎng)紅隧道模型截面圖

4.1 新風(fēng)量的確定

新風(fēng)量的確定應(yīng)考慮熱舒適性要求：

1) 根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[4]，商場和展廳人員密度≤0.4人/m2時，人均新風(fēng)量為19 m3/(人·h)。網(wǎng)紅慢行隧道人員高峰密度約為0.4人/m2，計算得到隧道高峰時段需要的新風(fēng)量為1 500 m×7 m×0.4人/m2×19 m3/(人·h)=79 800 m3/h。

2) 根據(jù)曾石發(fā)等人的研究成果[5]，該隧道按換氣次數(shù)3.2 h-1計算得到需要的新風(fēng)量為129 600 m3/h。

新風(fēng)換氣次數(shù)頻率和隧道所在城市、周邊輻射區(qū)域、是否為旅游城市等有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合理的新風(fēng)量。綜合各方要素，該項目新風(fēng)(排風(fēng))量確定為129 600 m3/h。

4.2 通風(fēng)設(shè)計

通風(fēng)設(shè)計應(yīng)考慮噪聲要求，管道設(shè)計風(fēng)速不宜過高，也不能太低，低風(fēng)速將導(dǎo)致風(fēng)道截面積大增，影響隧洞吊頂凈高。綜合考慮，平時通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計風(fēng)速為8～10 m/s，采用機械排風(fēng)方式，洞口兩端自然補風(fēng)。消防防排煙設(shè)計風(fēng)速在15 m/s以內(nèi)。通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機隱蔽設(shè)置有以下3種方案：

1) 風(fēng)機房設(shè)置在隧道一端。由于管路長達1 500 m，如果只是隧道一端送排風(fēng)，系統(tǒng)阻力較大，風(fēng)機壓頭及產(chǎn)生的噪聲也比較大；同時會出現(xiàn)風(fēng)機端的風(fēng)口風(fēng)量較大，系統(tǒng)末端風(fēng)口無風(fēng)、少風(fēng)的情況，風(fēng)口風(fēng)量不易平衡，洞內(nèi)氣流組織很難滿足舒適性要求(如圖6所示)。

圖6 一端送排風(fēng)剖面示意圖

2) 風(fēng)機房設(shè)置在隧道中間，考慮從隧道中部挖豎井(如圖7所示)。

圖7 中部送排風(fēng)剖面示意圖

由于隧道中部往往是海拔比較高的山峰，市區(qū)內(nèi)山峰產(chǎn)權(quán)復(fù)雜，征遷比較困難，同時可能高達百米的豎井建設(shè)造價高，實際項目較難實現(xiàn)。本案例上方為人防軍事構(gòu)建，不能采用此方案。

3) 風(fēng)機房設(shè)置在隧道兩端，結(jié)合水泵房、配電房、管理房分別布置。此方案系統(tǒng)排風(fēng)半徑、阻力、風(fēng)管截面積相對于第一種方案均小一半，風(fēng)口風(fēng)量分配容易均衡，隧道內(nèi)氣流組織更合理，舒適性大大提高。出口處則利用隧道端頭鋼結(jié)構(gòu)遮光棚裝飾板隱蔽出洞口到機房之間的風(fēng)管。推薦采用此方案(如圖8所示)。

圖8 兩端送排風(fēng)剖面示意圖

4.3 排煙設(shè)計

1) 排煙量計算。

按商場展廳無噴淋考慮，熱釋放速率取10 000 kW，隧道凈高4 m，燃料面到煙塵底部高度4 m，按軸對稱型煙羽流模型，計算得出排煙量為148 000 m3/h。

2) 排煙系統(tǒng)。

采用洞頂排煙道+洞外軸流風(fēng)機房形式排煙，實現(xiàn)洞內(nèi)無風(fēng)機。設(shè)計考慮排煙系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)合用，平時通風(fēng)，火災(zāi)時排煙。

3) 防煙分區(qū)長度確定。

JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細則》[3]第10.2.8.2條規(guī)定：采用洞頂排煙道集中排煙的系統(tǒng)，防煙分區(qū)長度不應(yīng)大于1 000 m。GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》[6]表4.2.4規(guī)定：空間凈高3～6 m時，防煙分區(qū)最大允許面積為1 000 m2，長邊最大允許長度為36 m；空間凈高大于6 m時，防煙分區(qū)最大允許面積為2 000 m2，長邊最大允許長度為60 m，具有自然對流條件時不應(yīng)大于75 m。

網(wǎng)紅慢行隧道人員密集，有別于普通機動車隧道，如采用1 000 m間距劃分防煙分區(qū)，對煙氣控制不利，而完全套用民用建筑，每36 m劃分1個防煙分區(qū)，將導(dǎo)致1 500 m長的隧道防煙分區(qū)多達42個，消防火災(zāi)風(fēng)口聯(lián)動、切換時涉及控制點多，故障點多，穩(wěn)定性差，不符合消防系統(tǒng)應(yīng)簡潔、穩(wěn)定、可靠的設(shè)計宗旨。因此按公共建筑防煙分區(qū)最大的允許長度(75 m)劃分防煙分區(qū)更符合實際情況，此時每個防煙分區(qū)的面積為75 m×7 m=525 m2，小于1 000 m2，防煙分區(qū)數(shù)量降為20個，系統(tǒng)可靠性大大增加。防煙分區(qū)分隔處設(shè)置高0.5 m的翻板式擋煙垂壁，垂壁處可采用局部平吊頂，同時配合3D彩繪構(gòu)建精美壁畫。

4.4 防煙設(shè)計

JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細則》[3]第10.4.1條規(guī)定：專用避難疏散通道、獨立避難所的前室余壓值不應(yīng)小于30 Pa，專用避難疏散通道、獨立避難所的余壓值不應(yīng)小于50 Pa。第10.4.2條規(guī)定：專用避難疏散通道的防煙設(shè)計應(yīng)根據(jù)其長度和凈空，選擇合理適用的機械加壓送風(fēng)方式；其前室加壓送風(fēng)量和送風(fēng)口尺寸，應(yīng)按其入口門洞風(fēng)速不小于1.2 m/s計算確定(GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》[6]規(guī)定不小于1 m/s)。網(wǎng)紅慢行隧道的疏散防煙一般可由鄰近機動車左主洞的兩端射流風(fēng)機承擔，本文暫不細論。

左主洞火災(zāi)時，左主洞和慢行隧道之間的橫通道(前室)和作為左主洞疏散通道的慢行隧道的防煙設(shè)計有2種方法。

1) 方法1：洞口兩端設(shè)置軸流風(fēng)機(如圖9所示)，采用傳統(tǒng)對吹方式，壓迫兩端氣流流向隧道中部，保證慢行隧道及橫通道前室正壓要求。圖9a為在隧道入口處擴大截面積，軸流風(fēng)機隱蔽安裝在局部夾層中，同時設(shè)置鯨魚嘴造型送風(fēng)口向隧道中部送風(fēng)。圖9b則是在入口山頭或附近建設(shè)風(fēng)機房，設(shè)置軸流風(fēng)機，通過風(fēng)道送入隧道端部。防煙風(fēng)機為火災(zāi)時使用，平時無需考慮噪聲問題。

圖9 洞口兩端設(shè)置軸流風(fēng)機剖面示意圖

2) 方法2：采用平時的通風(fēng)管道和排煙管道，左主洞火災(zāi)時，切換為防煙送風(fēng)模式，送風(fēng)系統(tǒng)向隧道中部送風(fēng)；同時距離洞端150 m處的2個電動翻板擋煙垂壁(開啟后距地2 m，起風(fēng)阻作用)聯(lián)動兩端送風(fēng)機開啟，保證任意3個橫通道開啟時，門洞風(fēng)速大于1.2 m/s(如圖10所示)。

圖10 洞口兩端設(shè)置軸流風(fēng)機平面圖

由于通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，建立CFD簡化模型(參數(shù)如表1所示)，用Fluent軟件進行模擬計算。

表1 簡化模型具體參數(shù)

2) 新式疏散門的寬度及疏散距離等消防定性參數(shù)涉及建筑、隧道專業(yè)，尚有爭議。本案例防火門尺寸按1.2 m×2.1 m考慮。為簡化模型，送風(fēng)口由20個1 000 mm×500 mm單層百葉簡化為6個半徑0.73 m的圓形送風(fēng)口，翻板式垂壁設(shè)置在端口處。

如圖11所示，6個半徑0.73 m的送風(fēng)口，風(fēng)速為4.5 m/s。編號4、6、8的橫通道開啟。具體計算結(jié)果如表2所示。

圖11 防煙模型風(fēng)速矢量圖

表2 各自由出口風(fēng)速

4、6、8出口(8為最不利出口)均滿足風(fēng)速>1.2 m/s。此時兩端總送風(fēng)量為162 645 m3/h，單端送風(fēng)量為81 322 m3/h。

4.5 風(fēng)道設(shè)計

受車輛運行振動、活塞風(fēng)及腐蝕影響，隧道內(nèi)部分管道有脫落風(fēng)險，且維護困難，成為嚴重的安全隱患。所以公路隧道通風(fēng)排煙一般都采用土建風(fēng)道。但混凝土風(fēng)道存在牛腿植筋不易、施工困難、風(fēng)道內(nèi)部無法抹平、通風(fēng)阻力大等缺點，更多時候是不得已的選擇。通風(fēng)管路采用混凝土風(fēng)道和金屬風(fēng)道阻力相差較大，截面積2.1 m2、半程750 m風(fēng)道的沿程阻力比較見表3。

表3 混凝土風(fēng)道和金屬風(fēng)道阻力對比

網(wǎng)紅慢行隧道里面沒有高速行駛的機動車，洞內(nèi)也無振動，可采用滿足防火、噪聲、腐蝕要求的新型材料制作風(fēng)管。設(shè)計方通過多方比較和尋查，并和廠家多次交流后確定：通風(fēng)排煙風(fēng)管材質(zhì)采用雙面復(fù)合不銹鋼夾芯一體化成品板，板材內(nèi)外覆壓304不銹鋼鋼板，芯材由耐火層和防火隔熱層組成(無機耐火層材料為玻酸泥纖維板，防火隔熱層材料為酰亞胺微晶硅)，板材為不燃材料，板材耐火極限為60 min。管道耐火極限、風(fēng)管耐火完整性、隔熱性應(yīng)同時符合要求，并提供相關(guān)檢測報告。該風(fēng)管具有輕質(zhì)、減振、低阻、防火、防腐、成品、宜加工等性能，滿足設(shè)計環(huán)境弧形風(fēng)道使用要求。

4.6 風(fēng)口布置

風(fēng)口布置應(yīng)綜合考慮氣流組織和風(fēng)量平衡，同時盡量減少“三合一”系統(tǒng)切換的復(fù)雜程度。風(fēng)口平面布置如圖12所示，截面如圖5所示。

圖12 風(fēng)口平面布置

1) 通風(fēng)工況：為避免空氣最污濁的隧道中部空氣齡偏大，設(shè)計考慮以中部為對稱點，每隔75 m設(shè)置2個1 000 mm×500 mm的單層百葉排風(fēng)口，共計20個，每個排風(fēng)口帶5擋風(fēng)量調(diào)節(jié)，均設(shè)置70 ℃防煙防火調(diào)節(jié)閥，平時開啟，本洞火災(zāi)時關(guān)閉。

2) 排煙工況：劃分20個防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)長75 m，每個防煙分區(qū)均布6個280 ℃遠控多葉排煙口((1 750 mm(風(fēng)口)+250 mm(控制閥執(zhí)行機構(gòu)))×500 mm)，排煙口平時關(guān)閉，火災(zāi)時開啟著火防煙分區(qū)6個排煙口。

3) 防煙工況：左主洞火災(zāi)時，切換防煙風(fēng)機，平時排風(fēng)口作為疏散通道防煙送風(fēng)口使用。

4.7 風(fēng)機選型

風(fēng)機選型時考慮防煙、排煙量的安全系數(shù)為1.2，通風(fēng)量的安全系數(shù)為1.1。

兩端2個風(fēng)機房共4臺風(fēng)機，每個風(fēng)機房設(shè)置1臺雙速排風(fēng)機用于平時通風(fēng)和火災(zāi)時排煙，設(shè)置1臺送風(fēng)機用于左主洞火災(zāi)時防煙。

排風(fēng)機為雙速離心風(fēng)機，高速排煙量88 850 m3/h、壓頭941 Pa、轉(zhuǎn)速580 r/min、功率47 kW、A聲級噪聲80 dB，低速通風(fēng)量72 184 m3/h、壓頭794 Pa、轉(zhuǎn)速450 r/min、功率30 kW、A聲級噪聲77 dB。

送風(fēng)機(防煙)為混流風(fēng)機，風(fēng)量104 856 m3/h、壓頭1 188 Pa、轉(zhuǎn)速960 r/min、功率55 kW。

4.8 系統(tǒng)控制

1) 通風(fēng)模式：當室外溫度≥30 ℃時，開啟兩端所有排風(fēng)機低速運行，特殊情況下可臨時高速運行；當室外溫度<30 ℃時，僅開啟其中一端1臺排風(fēng)機低速運行。

2) 排煙模式：本洞火災(zāi)時，關(guān)閉平時通風(fēng)口，開啟著火防煙分區(qū)的6個排煙口及擋煙垂壁，同時兩端排煙風(fēng)機均切換為高速運行，全力排煙。

3) 防煙模式：左主洞火災(zāi)時，關(guān)閉所有平時排風(fēng)機，開啟兩端翻板式垂壁及防煙送風(fēng)機全力送風(fēng)。

5 結(jié)語

網(wǎng)紅慢行隧道依憑新媒體、新技術(shù)的運用，賦予了隧道新的功能和使命。隧道通風(fēng)應(yīng)該從美觀、舒適性、噪聲、消防等角度以人為本，借鑒民用建筑設(shè)計規(guī)范，綜合隧道設(shè)計規(guī)范，大膽采用新技術(shù)、新材料，與時俱進。本文案例采用的非常規(guī)做法有以下3點需要注意：1) 同一風(fēng)管滿足通風(fēng)、排煙、防煙3種功能，應(yīng)注意各功能切換的調(diào)試。2) 新隧道防煙技術(shù)對擋煙垂壁的創(chuàng)新運用，“臨時”增加進出口端的阻力，把“風(fēng)”留在洞中，應(yīng)注意活動擋煙垂壁和防煙系統(tǒng)聯(lián)動的功能。3) 隧道內(nèi)使用非混凝土風(fēng)道的新型管材，要注意定制復(fù)合風(fēng)管采用雙面304不銹鋼面層以滿足防腐要求。

注重隧道內(nèi)部設(shè)計之余，也應(yīng)重視隧道外部的風(fēng)機房等是否與周圍環(huán)境融合，是否有噪聲污染等情況，積極配合主專業(yè)，采用綠化竹、迷宮式隔音墻、消聲器等措施，實現(xiàn)人洞和諧共存。據(jù)管理站介紹，新型隧道出入口常有人群聚集，因此有條件的隧洞宜在周邊設(shè)計空曠綠化帶或廣場，疏導(dǎo)緩解洞口人流密集情況。