谈地铁车站的消防稳压装置设计

魏晨光

(铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院，天津 300251)

0 引言

随着我国经济和人口的高速增长，地上的交通形式已经无法满足大中型城市的交通要求，特别是在早晚的高峰期，堵车现象几乎在每个大中城市都会发生。地铁作为城市轨道交通工程的核心项目正在我国大中型城市中全面开展。地铁轨道交通是一项综合的交通运输系统，涉及多个专业，技术复杂，因此保证系统的安全稳定运行非常重要，尤其是设置火灾的预防和救助系统，防止火灾的发生与蔓延尤为重要。

在地铁设计中考虑到城市远期的发展，部分车站会设置在城市近郊位置，而这样的位置往往现有的市政供水条件不完备，可能无法满足车站消防用水要求，需考虑设置消防稳压装置。本文即从这个角度出发，针对消防稳压系统的设置进行了分析与研究。

1 消防系统方式的选择

地铁车站的消防系统分为常高压消防系统与临时高压消防系统。常高压系统是指车站周边的市政供水管网能够提供两路自来水作为消防水源，且其水压、水量能够满足车站内消防系统用水要求，无需设置消防泵加压，直接利用市政供水条件的消防方式，这种方式需要与当地的自来水公司沟通得到准确的市政资料后方可确认实施，深圳地铁的部分车站就采用此方式。当市政供水压力不满足消防要求，需设置消防泵、稳压装置(当供水量不满足要求时还需设置消防水池)的即为临时高压消防系统。其又分为利用市政供水压力进行消防稳压和设置稳压装置进行稳压两种方式。地铁车站消防泵是否配套稳压装置，应根据市政供水的压力来确定，这里需要注意理解消防系统最不利点的消防用水压力要求与消防稳压压力要求的不同，当计算消火栓给水系统最不利点的稳压压力要求时，宜按消防增压稳压标准图集98S205规定的消火栓流量5 L/s两股水量计算(即10 L/s)，不应按车站室内的设计消防水量进行水力计算，最不利点消火栓水压宜按不小于7 m水头计算。当计算自动喷水灭火系统稳压要求时，宜按5 L/s(4只喷头流量)而非设计流量30 L/s进行水力计算，最不利点喷头的压力按不小于0.05 MPa计算，以此计算所得结果作为能度不应小于0.3 m。该工程的有些房间设置静电地板，从静电地否利用市政供水压力进行稳压的依据。如果确实无法满足稳压要求，就需要考虑稳压装置的设置。地铁地下车站一般设置在道路下，无法设置高位消防水箱，地面及高架车站的顶层一般为站台层，建筑侧墙多为玻璃幕墙，屋顶为轻型结构，设置高位水箱很难实现，也影响美观。笔者建议地铁车站的消防稳压装置只设稳压泵及稳压罐来满足消防要求。这种作法，天津、南京、深圳的消防部门均都认可。

2 稳压装置的设计计算

2.1 稳压罐有效容积的确定

在《地铁设计规范》中未明确稳压装置宜取用的设计参数，参考《建筑设计防火规范》规定设置临时高压给水系统的建筑物应设置消防水箱，储存10 min的消防用水量。而地铁车站不便于设置高位水箱，一些设计者将稳压罐的有效容积取为10 min的车站消防系统用水量，这种将稳压罐与消防水箱合并的作法确实能够满足规范的要求，但其是否合理还需分析。首先，车站室内消火栓系统的设计流量一般为20 L/s，10 min的消防水量即为12 m3，再加上稳压罐的调节容积，稳压罐的体积就会很大，需要占用较大的车站室内空间，不够经济合理。其次，稳压装置的主要作用是为消防系统提供静态时的补充渗漏水量，为静态管网最不利点消火栓或喷头提供一个可用且稳定的压力，并随时为动态(火灾时)管网提供消防主泵全负荷运转前的短时间初期灭火水量。稳压装置是与消防主泵联动的，消防主泵开始启动时稳压罐内水位刚好位于有效容积水位，在正常供电条件下，功率在75 kW以下的消防泵启动时间为23 s，低于15 kW的消防泵不会超过8 s，当消防主泵进入全负荷运行状态后，稳压装置就应停止工作，也就是说稳压罐内的有效容积水量仅有23 s的系统消防水量被利用，剩余的水量没有发挥用途。因此，笔者认为这种将稳压罐与消防水箱合并的设计作法不妥。根据国标图集98S205《消防增压稳压设备选用与安装》总说明第七条对稳压装置的要求为“使气压罐内始终储有30 s消防水量”，鉴于地铁车站室内空间紧张的特殊情况，建议将稳压罐的有效容积定为车站消防系统30 s的消防用水量。

2.2 稳压泵的选型

《高层建筑设计防火规范》7.4.8.1条规定“增压水泵的出水量，对消火栓给水系统不应大于5 L/s;对自动喷水灭火系统不应大于1 L/s。”条文说明中解释为“对增压泵，其出水量应满足一个消火栓的用水量或一只自动喷水灭火系统喷头的用水量。”同时满足上述规定的消火栓系统稳压水泵的流量为5 L/s，自动喷水灭火系统稳压水泵的流量为1 L/s。设计者往往以此为依据来确定稳压泵的设计流量，但笔者认为这种做法不妥，首先需要明确稳压泵的功能，国标图集98S205《消防增压稳压设备选用与安装》总说明第八条关于稳压泵功能的说明“平时管道系统如有渗漏等泄压情况，控制稳压泵不断补水稳压，在PS1，PS2(启动—停止)反复运行，一旦有火情管道系统大量缺水，造成PS1压力下降(PS1－P2)，降至P2时，发出报警信号，立即启动消防泵，消防泵启动后，稳压泵自动停止。”可见稳压泵的作用仅是为稳压罐提供压力保证和补充消防系统管网的渗漏、泄压补水。如果将其设计流量定位为5 L/s，当稳压罐的稳压调节容积较小的情况下，将导致稳压泵的频繁启停，运行不稳定且易发生故障。设想一下，如果在火灾发生初期，消防系统只开启了一支消火栓灭火，而稳压泵的供水量就能满足其要求，那么稳压罐内压力就不会降至主消防泵启动压力，系统将一直由稳压泵单独来提供水量、水压，直至第二个消火栓的开启。这显然违背了设置消防稳压装置的初衷。笔者建议无论消火栓系统和自动喷水灭火系统为其配备的稳压泵流量均不宜高于1 L/s，水泵压力应满足稳压罐停泵压力的要求。

2.3 稳压罐的设计计算

其中，V为气压罐总容积;VΔ为消防贮水容积，VΔ=Vs+Vx+Vp，Vs为稳压水容积，Vp为缓冲水容积，Vx为有效水容积;αb为工作压力比，宜采用0.6 ～0.85。

稳压罐的设计计算主要采用以下公式:

其中，β为容积系数，取1.05;P1为消防系统最低工作压力;P2为消防系统最高工作压力，灭火时消防水泵启动压力。

计算过程中还会用到PS2(稳压泵停泵压力)及PS1(稳压泵启泵压力)两个设计参数。

下面以大连地铁某地面车站消火栓稳压系统设计为例，演示计算过程。此站消火栓设计流量为15 L/s，满足最不利点消火栓的水力要求所需压力为0.35 MPa，则Vx=15 L/s×30 s=450 L，P1=0.35 MPa，拟设 P2=P1+0.10 MPa=0.45 MPa，PS1=P2+(0.02 ～0.03)MPa=0.47 MPa，PS2=PS1+(0.05 ～ 0.06)MPa=0.52 MPa，试算如下:

αb值满足要求，如其超出0.6 ～0.85 的范围，需调整 P2，PS1，PS2值重新计算。

选用相近容积的φ1 200×2 500，V=2 826 L。

3 结论与建议

1)应当充分地利用市政管网的水压，在开展设计工作时应和自来水公司落实清楚各车站周边的市政供水情况，并以此作为设计依据。如确实需要配套稳压装置则需与当地的消防部门沟通、解释地铁车站取消高位消防水箱作法的缘由，在征得认可后方可实施。2)在工程设计中，应将稳压罐的计算过程中的各个工作点的压力值及与其相对应的容积在图纸上注明，以便于稳压装置的调试与运行。

［1］GB 50157-2003，地铁设计规范［S］.

［2］GB 50155-2003，建筑给水排水设计规范［S］.

［3］GB 50045-1995，高层民用建筑设计防火规范(2005年版)［S］.

［4］贺传政，贺冠男.消防增压设施的是与非［J］.给水排水，2010(2):122-125.

［5］靳玉广，周 炜，马 葳.地下铁道建设工程消防稳压装置设置探讨［J］.给水排水，2007(1):120-121.