地铁工程水消防系统的设计要点分析

2021-04-12刘启志

智能城市 2021年16期

刘启志

（佛山轨道交通设计研究院有限公司，广东佛山 528315）

1 工程概述

本文选取广州市轨道交通7号线一期工程西延顺德段工程作为研究对象，探讨该工程所包含的各项水消防系统设计。工程线路总长约13.45 km。共设8座地下车站，共有1座停车场，1座主变电站，控制中心设置在大石控制中心。线路起于美的大道站，出站后沿益丰路向西南方向敷设，大洲站为终点，与广州市轨道交通七号线一期工程连接。

2 消防水系统的组成

我国地铁水消防系统的组成主要包括消火栓及自动喷淋系统、灭火器以及自动灭火系统。全线车站及地下区间均设有室内消火栓系统。消防按同一时间发生一起火灾计，车站根据市政水源和水压等情况，接出两路消火栓给水干管并在站厅层水平成环和通过立管与站台层管网连接竖向成环，使消火栓给水系统形成立体环状供水管网。

车站两端左右线分别向地下区间隧道引入一根DN150消防给水干管，沿隧道行车方向右侧布置，根据消火栓保护划分界面，使车站及相邻区间形成一个完整的环状消防给水管网。车站出入口设置水泵接合器，每个消防水泵接合器15～40 m范围内设置室外消火栓，室外消火栓设置数量应满足灭火救援要求，且不应少于2个。车站便民设施或小型商铺按中危险级Ⅰ级设置自动喷水局部应用系统。

全线车站均设有灭火器及微型消防站，灭火器危险等级按照严重级计算，并在每个灭火器箱内配自救面具二套。对此，为保证地铁工程的正常运营和消防安全，尽可能减少火灾发生后的经济损失及尽快恢复地铁的正常运营，地下车站的重要电气设备用房采用自动灭火系统进行保护。

3 水消防系统设计的方案细节

3.1 消防水源的方案比选

在地铁设计中，城市中心区地铁车站一般均能满足两路供水，在远离市区或发展新区的地铁车站一般只能满足一路供水。因此结合地铁车站的市政条件，一般会有以下两种消防供水方案。当室外为两路供水条件的地段，且水源有足够的流量和压力可以满足车站消防用水要求时，室内消火栓系统可由市政给水管网直接供水，系统为常高压系统。

根据《水消规》相关规定，一路供水条件的地段，车站需要设置储存全部室内消防用水量的临时高压给水系统。从市政给水管网中引入一根市政自来水管，在车站室内部设置消防水泵房，并配备满足消防用水量的消防水池，以保证室内的消防供水。

比较两路供水方案与设置一路供水设置消防水池的实际应用状况，可知后者相比前者具有一定的优势。

（1）由于火灾事故发生时用水需求量大，直接会影响市政给水管水压，导致栓口出水压力偏低，而消防水池平时存有消防用水量，平时只需要在48 h内补水，对市政管网正常工作影响较小。

（2）在运营成本及工程实施界面上，两路供水的车站需要设置两块水表，维护成本较大，并受到城市控规及周边用地要求影响，若自来水主管单位后期反馈不具备接管条件，对工程的推进有较大影响。设置消防水池，使得外部工程实施界面条理化与简单化，能够为消防用水提供可靠的安全保障。因此本工程最终选择一路供水设置消防水池及消防水泵的设计方案。

3.2 区间消防供水的设置方案

（1）车站与相邻两个半区间形成一个完整的环状消防给水管网，即“一站两个半区间”。该方案在区间中部联络通道处，在道床上设置过轨连通管形成消火栓供水环网。该方案能有效缩短长距离区间的消火栓口出水时间，减少消火栓环网的水头损失，减低车站消防泵组的扬程，也能缩短火灾自动报警系统的控制范围，更有利将报警信号传达到消防泵组。但根据以往的施工经验，道床的预留消火栓管槽一般难以预留准确，一旦遗漏需要凿除轨道部分的回填层，梯形道床一般留200 mm管槽供施工安装，实施难度较大，且消火栓过轨管一般容易出现渗水，难以维修，容易发生安全事故。

（2）车站与相邻一个区间形成一个完整的环状消防给水管网，即“一站一区间”。考虑消火栓过轨管在施工期的安装难度及运营期的检修难度，近年来的新线设计，均逐步考虑车站采用“一站一区间”的消火栓保护范围模式。车站的区间消火栓管提升至相邻车站的站厅层风道内进行连通，避免消火栓过轨管在区间的作业施工，也便于后期运营维护。但相应的消火栓供水压力要求和火灾自动报警系统控制难度加大，需要采用水力模型进行各种事故工况分析。

3.3 自动喷水局部应用系统的设置方案

车站商铺在新一轮的地铁建设大潮中，作为地铁商业资源开发的一种主要形式，在给地铁乘客提供便利、稳定运营客流量、增加运营收入的同时，也给地铁消防安全带来了新的考验。根据国内既有地铁商铺的火灾试验，火灾发生轰燃的时间短、发热量大、产生的有毒有害气体浓度高，一旦发生火灾，极易导致严重后果。因此有必要对商铺增强消防灭火设施的配置，国内不少城市地铁根据相关规范要求设置自动喷水局部应用系统，如深圳地铁4号线、厦门地铁1号线、佛山3号线等[1]。

本工程在车站小型商铺及便民设施设置自动喷水局部应用系统，中危险级Ⅰ级，喷水强度为6 L/（min·m2），持续时间为0.5 h，采用K=80的快速响应喷头（公称动作温度68 ℃），采用通透性吊顶或不设吊顶时采用上喷式喷淋头，有扣板吊顶时采用下喷式喷淋头，最不利点洒水喷头处设末端试水装置。

考虑车站最大商铺面积不大于30 m2，同时开放的喷头数量不多于6个，用水量不大于10 L/s，车站室内消火栓系统设计流量满足的情况下，合用室内消防用水量、稳压设施、消防水泵及供水管道等。局部应用系统应设置遥控信号阀、水流指示器和压力开关，分别传递开闭信号、流量信号和压力信号给火灾自动报警系统，以确保管网在待工作及正常工作状态下，均能保持正常水压，确保灭火效果。

3.4 自动灭火系统的方案比选

目前，国内多数城市的地铁工程所搭载的自动灭火系统介质一般为三种，七氟丙烷气体灭火系统、IG541气体灭火系统、高压细水雾自动灭火系统。所选的灭火剂除满足电气设备灭火的技术要求外，应考虑毒性对人的危害并满足环保等方面的要求，必须安全可靠、技术先进。其中七氟丙烷在高温灭火条件下可分解产生氢氟酸，对重要电子设备仪器有腐蚀风险，严重时可造成人员伤亡或设备停止运行。因此，七氟丙烷介质的安全性能较差，不宜用于地铁车站的电气设备。对IG541气体灭火系统、高压细水雾自动灭火系统两种介质技术经济对比分析[2]。

IG541气体灭火系统是采用52%氮气（N2）、40%氩气（Ar）和8%二氧化碳（CO2）三种惰性气体的混合物作为灭火介质的自动灭火系统。其灭火机制为窒息，即通过喷放惰性气体混合物，迅速使防护区氧气浓度从21%降低至可燃浓度以下，使燃烧物因缺氧而停止燃烧达到灭火目的，在规定的浓度范围内使用对人体无害，保护电子仪器设备。需要在车站设置储存气瓶及管道气态高压输送，钢瓶维修保养不当会有爆炸的风险，此外钢瓶占地面积大、钢瓶数量多，会增加车站土建的建设成本。

同时，根据《气瓶安全技术监察规程》（TSG R0006—2014），钢瓶需每3年进行一次特种设备检测和气体充装，使用年限达到20年需全部更换，维护价格昂贵。以该工程标准站作为投资成本比较单元，IG541气体灭火系统初期投资费用为140.68万元，考虑气体钢瓶检测费、日常维护费、折现率等费用，其30年全生命周期费用为687.45万元。

高压细水雾灭火系统的灭火介质为水，来源方便，价格低廉，对人员和环境安全、环保，适用于扑救相对封闭空间内的可燃固体、可燃液体和带电设备火灾。其灭火机制为冷却、隔绝辐射热、消烟、持续控火及至灭火等四个优点。优点主要为占地空间少，只需设置一个水泵间（泵房地面与室外出入口地坪高差少于10 m）就可以满足系统的使用要求；系统为临时高压系统，平时以稳压泵往管网充水，危险性较小，且自带巡检功能，维护相对简单。但灾后系统喷放的排水除湿所需时间较长，同时且对电气设备可能造成二次水渍损失，应及时进行灾后排风。

以该工程标准站作为投资成本比较单元，高压细水雾灭火系统初期投资的费用为240.10万元，充分考虑箱体水源更换、日常维护费、折现率等费用，其30年全生命周期的费用为434.91万元。

从技术方面上，两种自动灭火系统在设计、施工、运维阶段各有其优缺点，而高压细水雾灭火系统在运维阶段更易于管理和维护；从经济性方面上，高压细水雾灭火系统在工程初期建设成本较高，但运营维护费用低，在30年全生命周期内，其综合费用低于IG541气体灭火系统，前者的周期费用约为后者的63.3%，高压细水雾灭火系统更具有经济优势。因此，本工程最终选择高压细水雾灭火系统作为重要电气设备房间的自动灭火系统。