哈尔滨市轨道交通一号线太平桥车辆段消防给水系统设计

王立存 熊景芷 荣秀春 冯占伟 高海波

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

1 太平桥车辆段建筑功能基本情况

哈尔滨轨道交通一号线太平桥车辆段东西长约1 100 m,南北宽约220 m,场地较大；场地设计高程相对平坦,西端高程为120.60 m,场地东端高程为119.90 m；车辆段建筑布局分散建筑多,均布于整个地块,建筑布局见图1。

车辆段建筑类型多,有运用组合库、检修组合库、内燃调机及特种车库、洗车库、喷漆库、主变电所等厂房,有材料库、汽车库,有综合办公楼、综合维修中心、培训中心等民用建筑,共有大小建筑20座。综合办公楼、培训中心是段内最高建筑,均为五层且场地高程和建筑高度相同；综合维修中心为4层建筑,是段内另一较高建筑。

图1 太平桥车辆段建筑布局

2 各建筑对室内外消防给水系统的要求

车辆段内各建筑的地基面积之和小于100万m2,根据《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)第8.2.2条规定,车辆段同一时间内的火灾次数为1次[1]。车辆段总建筑面积88 900 m2,20座建筑均未设置送回风道的中央空调系统。车辆段主变电所适用《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB 50229—2006)[2],其余各建筑适用《建筑设计防火规范》(GB50016—2006),总图适用《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)和《铁路工程设计防火规范》(TB10063—99—2008)[3]。车辆段内主要建筑的室内外消防用水量如表1。

表1 主要建筑室内外消防用水量

注：表中所列为设置室内消火栓的建筑。

由表1可见,太平桥车辆段需水量最大的建筑为材料库、喷漆库和主变电所,室内消火栓用水量为10 L/s,室外消火栓用水量为25 L/s,消防用水量378 m3；综合办公楼、综合维修中心、培训中心室内消火栓用水量最大,为15 L/s。

太平桥车辆段的安全运营关系全线,其消防给水系统必须稳定可靠,具备一定的自救能力。

3 车辆段消防水源

太平桥车辆段自规划平湖街引入两路DN200市政自来水水源,接管点处的市政自来水管网供水压力为0.10 MPa。

4 车辆段消防给水系统的选择

已建车辆段多数采用生产生活给水系统与消防给水系统完全分开的形式,少数先期建设项目采用合用的形式。随着人们对饮用水安全和消防安全意识的不断增强,要求生产生活给水系统与消防给水系统分设；消防局本着确保消防给水系统供水压力的初衷也要求消防给水系统单独设置。

车辆段接管点处的市政自来水管网供水压力为0.10 MPa,段内最不利点室外消火栓出口压力小于10 m水柱,市政供水压力不满足室内外消火栓直接供水的压力要求,需设消防水池和消防泵房加压。消防管理部门就太平桥车辆段消防给水系统另外提出了四点建议：

①结合消防作战经验,火灾初期使用的消火栓数少,水枪喷水后地面湿滑,且部分项目消防泵选择一用一备两台大泵,消防用水量小压力高,造成灭火人员把持水枪困难。为适合灭火各阶段消防灭火的水量水压要求,建议消防泵按“多用一备”选择。

②由于哈尔滨市政自来水管网老化经常维修,消防水池容积计算不考率市政水源补水。

③鉴于太平桥车辆段的重要性,建议室内外消防给水加压系统分设。

④车辆段作为20栋建筑组成的建筑群,应在综合办公楼、培训中心、综合维修中心3座建筑的屋顶设置3个满足建筑自身室内消火栓10 min消防用水量的消防水箱。

本次消防给水系统设计采纳当地消防管理部门第一点“多用一备”消防泵的建议,选择单台流量15 L/s的消防泵。火灾初期启动1台消防泵，随着投入使用的消火栓数量增加,逐台启动消防泵，满足灭火各时段对水量水压的要求。为降低消防泵压力,将消防水池和消防泵房设在车辆段中部的综合维修中心。

采纳第二点消防水池容积计算不考率市政水源补水的建议,采用有效容积378 m3消防水池,考虑到哈尔滨冬季寒冷,消防水池和消防泵房均设于综合维修中心地下室内。

下面就当地消防管理部门提出的第三、四点建议进行技术经济分析。

4.1 消防给水加压系统分建和合建的技术经济比较

(1)技术分析

车辆段室内外消防给水加压系统分设最经济的形式为消防水池和消防泵房合建,消防泵和消防管网需分别设置。该种形式能适应室内室外消火栓不同压力的要求,对于建筑群需设置两套室外消防管道。

车辆段内室外专业管线种类众多,有铁路信号、直流交流动力照明管沟、通讯、FAS电缆、采暖、蒸汽、压缩空气、生活污水、生产废水、生产生活给水、消防给水、燃气管、站场排水沟、路灯、接触网等15种专业管线,由于场地限制,道路下的地下管线间距小。合建系统设置两套室外消防管道,道路下的地下管线间距会更小,施工会更复杂,今后维修会更不方便。室内外消防给水加压系统分设更适合市政自来水供水压力满足项目最不利点室外消火栓压力要求,室外消火栓直接由市政自来水管网供水的情况。

车辆段室内外消防给水加压系统合建,消防水池、消防泵房、消防管网、消防控制系统均合建,采用一套室外消防管网,能满足整个车辆段内所有建筑室内和室外的消防用水,系统简单可靠。

(2)经济比较

太平桥车辆段室内外消防给水加压系统分建和合建的经济比较有直接投资和运营费用两部分。车辆段室内外消防给水加压系统分建和合建的直接投资如表2。

表2 太平桥车辆段室内外消防给水加压系统分建和合建直接投资对比 万元

车辆段消防设施合建方案相比分建方案节省投资137万元。

运营费用年年发生,车辆段室内外消防给水系统合建和分建的运营费用对比如表3。

表3 太平桥车辆段与太平桥主变电所水消防设施合建和分建的运营费用对比 万元/年

合建方案比分建方案节省运营费用7.4万元/年。

车辆段室内外消防给水加压系统合建技术可行,投资省运营费用低,更符合国家节能政策。

4.2 消防稳压系统分析

车辆段杂散电流多,钢管腐蚀严重使用受到限制。根据设计经验，采用内衬水泥沙浆的离心球墨铸铁管防杂散电流效果良好。《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268—2008)[5]第9.2.11条规定DN100球墨铸铁管的允许渗水量为0.07 L/(min·km),DN200球墨铸铁管的允许渗水量0.14 L/(min·km),车辆段消防给水管道的渗水量为0.5 L/min,需考虑保持消防管道压力稳定的措施。

车辆段办公楼、培训中心相邻且均为5层且基底高度和建筑高度相同,即便消防水箱置于最高一栋建筑屋顶,办公楼、培训中心、综合维修中心存在部分消火栓充实水柱不满足7 m的情况；如在建筑高度较高的综合办公楼、培训中心、综合维修中心屋顶设置三个满足建筑自身室内消火栓10 min消防用水量的消防水箱,建筑自身顶部几层消火栓仍满足不了7 m充实水柱的要求；如必须满足,经计算消防水箱至少架高至本栋顶层消火栓栓口以上20.5 m[9],实际上难于实现。设置三个水箱投资多,多点管理也较复杂,需对多个建筑进行立面处理；火灾初期多水箱联合供水使供水时间超过10 min,消防主泵不能及时启动供水反而贻误灭火战机。

参照《高层民用建筑防火设计规范》(GB50045—95)(2005版)第7.4.8条规定,采用由屋顶高位水箱、气压罐、稳压泵、消防水泵、消防水池、消防管网组成的稳高压消防给水系统,平时管网压力因渗漏而下降到水压设定下限值时,稳压装置工作；水压上升至设定上限值时稳压装置停止；消防时由消防主泵来保证。[6]稳高压消防给水系统服务于整个车辆段各单体建筑和室外消防给水管网。[7]

5 消防给水系统设计

5.1 室内外消防管网

室外消防给水管道环状供水直埋敷设,室外消火栓保护半径150 m,布置间距不大于120 m,距道路侧石不大于2 m,距建筑物大于5 m。每栋建筑室内消火栓系统设两条进水管,当其中一条管道发生故障时,另一条进水管能满足室内消防系统用水。在综合维修中心设置2个墙壁式水泵接合器为整个车辆段服务。

5.2 消防泵

消防泵扬程需分别计算室内最不利点、室外最不利点所需压力后确定。

室内最不利点消火栓位于培训中心顶层,该消火栓栓口与消防泵最低吸水水位差21.35 m,经计算室内消火栓栓口处所需压力为20.5 m,消防泵至最不利点处的室内外消防管道水头损失为14.13 m,消防泵至室内最不利点消火栓所需压力为58.98 m。

培训中心西侧消火栓为室外最不利点消火栓,最不利点室外消火栓栓口与消防泵高差为 1.95 m,经计算室外消火栓栓口处所需压力为29.31 m,消防泵至最不利点处的室外消火栓消防管道水头损失为13.15 m。消防泵至最不利点室外消火栓所需压力为47.41 m。

经比较,消防泵至室内外最不利点消火栓所需压力大值为58.98 m；选择三用一备Q=15 L/s，H=0.60 MPa，N=15 kW消火栓泵四台。

5.3 消防水箱、稳压泵和稳压罐

车辆段最大室内消防用水量为15 L/s,10 min室内消火栓用水量为9 m3,选用有效容积9 m3的消防水箱。车辆段消防管道有0.5 L/min的渗漏,渗漏量很小。《高层民用建筑防火设计规范》(GB50045—95)(2005版)第7.4.8条“增压水泵的出水量,对消火栓系统不应大于5 L/s”、“气压水罐的调节水容量宜为450 L”。参照设计经验和项目调研情况,避免稳压泵频繁启动,气压水罐有效调节容量确定为450 L,稳压泵流量确定为1～2 L/s。消防水箱、稳压泵和稳压罐均设于车辆段最高建筑培训中心屋顶消防水箱间内,以降低稳压泵扬程节省运营费用。

段内稳压最不利点为办公楼顶层最西侧消火栓,培训中心消防水箱至该点高差为3.10 m；火灾初期最不利点室内消火栓栓口处7 m充实水柱消防流量5 L/s时,消火栓栓口处所需压力为20.5(m水柱),培训中心消防水箱至办公楼顶层消火栓管道水头损失为1.43(m水柱)；需稳压泵提供的压力为18.8(m水柱),设定稳压泵压力20.8～21.8 m时启泵, 23.8～24.8 m时停泵。

车辆段消防系统示意见图2。

图2 车辆段主要建筑消防给水系统示意

6 结论

在太平桥车辆段特定的市政自来水供水压力条件下,采用室内外消防给水系统合建的稳高压系统,系统始终满足最不利点消火栓消防水压要求[10],有利于初期火灾及时向火场供水控制火情；管网压力下降到一定程度后自动启动消防泵灭火。该系统能提高消防设施的消防防护能力和应急防护水平,是适合该车辆段建筑特点的消防给水方案。经以上经济技术分析,最终消防管理部门和建设单位同意以上消防给水方案,目前工程正在紧张的建设中。

参考文献

[1] GB50016—2006 建筑设计防火规范[S]

[2] GB 50229—2006 火力发电厂与变电站设计防火规范[S]

[3] GB 50045—95 高层民用建筑防火设计规范[S]

[4] TB10063—99 铁路工程设计防火规范[S]

[5] GB50268—2008 给水排水管道工程施工及验收规范[S]

[6] 李长伟.对区域集中消防给水系统的设想[J].给水排水,2000,26(1)

[7] 姜文源.浅说稳高压给水系统[J].给水排水,1999,25(5)

[8] 杨琦.消防给水系统中增压和稳压设施设计探讨[J].给水排水,2009,35(11)

[9] 王军，张爱亭.消火栓系统和消防泵的探讨[J].消防设备研究,2004,23(2)

[10] 刘德明.高位消防水箱储水量和设置高度探讨[J].给水排水,2009,35(2)