摘要：水电工程空间巨大，风道断面大，有采用土建风道的惯例，而《建筑防烟排烟系统技术标准》规定防烟、排烟系统不应采用土建风道。从水电工程土建风道的分类、结构形式、施工工法等方面，探讨了不同土建风道的特点，为工程设计采用土建风道提供参考。
关键词：水电工程；防排烟系统；土建风道；施工工法；通风；规范
1研究背景
水电工程主厂房空间较大，通风量和排烟量都很大。大型电站的通风排烟量甚至达到每h数十万m3。从20世纪50年代起，水电工程设计时就有充分利用建筑空间，利用不规则土建风道作为送、排风或防、排烟风道的传统，特别是设在地下水电工程的厂房，电缆出线竖井等通风、防排烟系统都是充分利用既有的洞室和土建的不规则空间通道作为通风通道。经过几十年的运用和经验总结，形成了成熟的土建风道设计、施工、建设和管理经验。GB51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》［1］（以下简称《防排烟标准》）规定：防烟、排烟系统不应采用土建风道。该规定对水电工程的通风、防排烟系统设计、施工、建设、图审、验收影响巨大，甚至影响到工程总体布置和硐室的开挖尺寸，造成工程量变化大，投资增长，工期延长。为此，本文通过对不同土建风道的结构、施工工法进行分析，探讨影响通风的因素，区分不同土建风道的使用风险；提出不同土建风道的适用性和可采取的应对措施，为水电工程设计防火规范的修编提供技术支撑。
2水电工程土建风道的分类
按用途土建风道可以分为：1）空调系统土建风道，用于空调系统的送、回风。2）通风系统土建风道，用于机械送、排风。3）防火系统土建风道，用于机械防烟、排烟系统和机械补风系统。按施工工艺土建风道可分为：1）混凝土风道，四周均为混凝土结构的风道。2）砖砌风道，一面或多面采用砖砌而成的风道。3）岩壁风道，利用开挖而成的洞室或竖井作为风道。本文仅研究用于防烟、排烟系统的土建风道。
3相关规范要求
《防排烟标准》第3．3．7条和4．4．7条规定：机械加压送风系统和机械排烟系统等防排烟系统应采用管道送风，且不应采用土建风道。在条文说明中强调，土建风道沿程损耗大，易导致机械防排烟系统失效。从相关条款和条文说明可以看出，《防排烟标准》不允许采用土建井道，是因为土建风道表面不够光滑，会增大沿程阻力，导致防排烟系统失效。由于《防排烟标准》上述条款对暖通行业以往的习惯性设计影响较大，在标准宣贯过程中，多省市和地区设计师询问制定此条款的原因，认为风道沿程阻力增大可以通过增加风机压头克服，不应成为不允许采用土建风道的理由。有关规范编制人员答复是：因为土建风道漏风量较大，不能保证防烟和排烟量。因此各地又针对漏风问题提出补充措施。如《浙江省消防技术规范难点问题操作技术指南》（2020版）针对土建风道细化了应用场景：加压送风机的压出段风道及排烟风机的吸入段风道应采用不燃材料制作的管道，且不应采用土建风道；补风机的压出段风道宜采用不燃材料制作的管道。加压送风机或补风机的吸入段风道及排烟风机的压出段风道可采用土建风道，但其中水平风道应采用不燃材料制作的管道或混凝土风道。土建风道应采取措施保证光滑、密闭不漏风，且应复核土建风道阻力及送风机或排烟风机的风压值，确保送风或排烟效果。针对漏风情况，仅要求加压送风系统的压出段和排烟系统的吸入段不采用土建风道，从而保证火灾区域的有效加压送风量或排烟量。由此看来规范规定不应采用土建风道的主要原因是漏风问题。
4钢板风道与土建风道的沿程阻力比较
风管沿程阻力计算式为犎＝犚犔（1）式中犎为风道的沿程阻力，Pa；犚为风道沿程摩擦阻力系数，Pa／m；犔为风道长度，m。假设风道断面尺寸为1000mm×1000mm，风道内空气流速为12m／s（43200m3／h）。薄钢板风道（绝对粗糙度犓＝0．15mm）和混凝土风道（绝对粗糙度犓＝3．0mm）沿程摩擦阻力系数犚s和犚h分别根据下式计算：犚s＝0．1817×狏2．45犞0．61×9．8（2）犚h＝0．2805×狏2．605犞0．625×9．8（3）式（2）、（3）中狏为风道内空气流速，m／s；犞为风道内空气流量，m3／h。计算得到薄钢板风道和混凝土风道沿程摩擦阻力系数分别为1．17、2．26Pa／m。因为不同工程的差异性，仅按60m直风道、风速12m／s为例进行计算。薄钢板风道沿程摩擦阻力为70．2Pa，混凝土风道为135．6Pa，相差65．4Pa。一般的风机和空调器风压可以达到650～800Pa，因此，采用混凝土风道，沿程阻力的变化对设备选型没有本质影响［2］。水电工程不同于一般的民用建筑工程，水电站厂房因工艺特点，设备布置多位于水位线下或地下，厂房的特点是室内潮湿，在风道、风井内设置钢板风管锈蚀较快，维护保养困难，如果采用不锈钢材料，投资巨大，如一般的抽水蓄能电站，地下厂房总排风排烟井直径一般6m，高度按200m计算，采用5mm厚的钢板内衬，不算风道的加强材料，耗费钢材将达到147t，实际施工投入将达到200t以上，投资巨大。
5土建风道施工工法及特点
通过分析土建风道施工工法，寻找土建风道漏风的主要原因。1）混凝土风道。①混凝土立模施工工法，指制作板型构件时，构件是在板面竖立状态下成型密实的，与板面接触的模板面相应也呈竖立状态放置的板型构件生产工艺。通常用于生产外形较简单且要求两面平整的构件，如墙板、竖井等。②混凝土滑模施工工法，变固定模板为滑移式活动钢模，不需要准备大量的固定模板架设，一次连续施工完成条带状结构或构件。在水电工程中多用于长度超过80m的竖井井筒施工。图1为房屋建筑工程混凝土模板施工工艺示意图［3］。从混凝土模板施工工法可知，为了固定模板，采取了穿心螺杆的方法，完成后在混凝土壁面上留下许多贯穿的PVC管（见图2），而这些PVC管又不易封堵，因此存在较多的漏风隐患。2）砖砌风道。一面或多面用砖砌成的风道，砖砌风道（竖井）工艺上采取随砌随抹，风道表面基本光滑，除个别搭接脚手架留下的孔洞外，无漏风隐患。只要精细施工，严格遵从施工工法，能保证砖砌风道内壁的光滑性和风道的密闭性，能保证通风效率。3）岩壁风道（竖井）。在水电站地下厂房中，经常利用交通或施工洞室的全断面或部分断面作为地下厂房的进风和排烟通道，漏风的主要隐患在于是否存在与其他洞室交叉贯通，洞室本身不存在漏风的隐患。图3为独立开挖的排风竖井，利用全断面（直径7m）排风、排烟。
6措施与办法
通过对不同土建风道结构和工法的分析可知，采用立模方式浇筑的混凝土风道存在漏风的可能性，防排烟系统采用此种方法浇筑混凝土风道时，应采取必要的补救措施。措施一，在土建风道内再加装专用风管，因安装和后期维护的需要，风管的四周与风道壁面需留50～150mm的空间，这样在保证原有效通风断面的前提下，需要占有更大建筑空间，增加了土建投资，减少了建筑可利用面积。措施二，混凝土风道内衬钢制预埋风管，把钢板兼作混凝土模板，但会增加土建投资，增加施工工程量和难度。图4为竖井内衬金属风管安装示意图。
7结语
在水电工程设计中对隐患要区分系统性风险和偶然性风险。如上所述，立模方式浇筑的土建风道，其工法所产生的漏风是系统性风险；而砖砌风道，岩壁风道的漏风是人为因素引起的，可以通过加强管理等方式消除，属于偶然性风险。水电工程不应采取一刀切的方式全面限制采用土建风道，应根据风道的不同结构、结合施工工法区别对待，在保证内壁光滑、不漏风的前提下，防排烟系统可以利用土建风道。建议《水电工程防火设计规范》修编时，允许防排烟系统采用四周滑模等工法施工或岩壁竖井的土建风道，同时提出应采取措施，保证内壁光滑，密闭不漏风；应复核风道阻力、送风机或排烟风机的风量、风压值，确保送风或排烟效果。
作者：林志勇 田向宁 单位：中电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江精创建设工程施工图审查中心
