轨道交通消防给水系统演变与优化

穆育红

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037）

随着中国城市化进程的加速，轨道交通建设进入成熟期，作为轨道交通的主要组成部分，消防及运营安全越来越受到重视。近年来消防规范不断更新，专用于地铁的防火设计标准也发布实施。由于各地市政水源条件、市政自来水部门要求、消防强审与验收部门要求不同，目前各条线路消火栓系统方案差别较大，如上海地铁13号线1、2、3期，北京地铁14号线，北京地铁八通线南延、北京地铁19号线等，它们开通的时间不同，遵守的消防规范不同，地铁线路的消防方案也有区别。对不同时期线路的消火栓给水系统方案梳理和分析研究，以期探索找到符合地铁项目特点的消防方案，提高地铁运营安全。

1 轨道交通消防给水系统的相关规范差异性分析

轨道交通的消防规范版本不断更新，专门针对地铁的消防标准也已颁布实施。GB50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》、GB50016—2014《建筑设计防火规范》、GB50084—2017《自动喷水灭火系统设计规范》、GB51298—2018《地铁设计防火标准》，是最近几年新线地铁建设中用到的最新设计规范。这些新规对地铁消防系统的设计方案带来新的调整，甚至可以说是变革。

《消防给水及消火栓系统技术规范》于2014年开始施行，比之前使用的《建筑设计防火规范》增加了很多新条款、新要求，而且其他消防规范也相继更新，对地铁消防设计有很大影响，且部分条款难以执行。

2018年底《地铁设计防火标准》开始实施，与消火栓规范的条款有一些差异，见表1。《地铁设计防火标准》等规范的调整，更适用于地铁工程的消防给水系统方案设计，在执行规范时消防系统方案更加合理，而且便于实现。

表1 消防规范相关条款差异性Table 1 Different requirements related to fire hydrants under different fire codes

2 轨道交通消防给水系统演变与应用方案研究

2.1 第一阶段

上海地铁某项目在2015年12月底通车，施工图纸早在2014年完成，执行的消防规范主要是2006版《建筑设计防火规范》与2013版《地铁设计规范》。车站采用消防泵房内只设置两台消防主泵、消火栓按钮启泵的消防方案。该项目在2015年底准备消防验收过程中，上海市消防局要求执行《消防给水及消火栓系统技术规范》，主要内容①车站消火栓系统要做到自动启泵；②必须保证有两个出入口设有室外消火栓。

由于车站消防泵房已没有空间增设消防稳压装置，要做到水力自动启泵，只能设置流量开关实现自动启泵。上海地铁车站一般都有两路市政消防水源引入管，因此在车站最高层(站厅层)只设消防泵房不设消防水池，消防泵从市政给水管网直接抽水加压。第一次改造时，消防泵扬水干管一端设置了流量开关，流量开关的启泵流量为一个消火栓的流量5 L/s。当打开靠近流量开关一侧的站厅层消防管网上的一支消火栓(见图1)时，流量开关动作，消防泵自动启泵无问题。但当打开远离流量开关一侧的消防环网上的一支消火栓时，流量开关不动作，消防泵不自动启泵。需要继续打开一支消火栓，流量开关才动作，消防泵启动。

图1 上海地铁车站第一次改造方案的消防泵房平面(增设一个流量开关)(单位：mm)Figure 1 The fire pump room with a flow switch added in the first renovation plan for Shanghai Subway Station

主要原因是，常规民用建筑单体的消防管网主要由竖向消防立管构成，而地铁车站消防环网是水平成环的，而且站厅消防水平环网长400～500 m，再经站台层与区间的消防环网连接，地铁消防水平管网规模更大更长，打开远端一个消火栓时，水流优先从就近侧供给消火栓系统，不能及时补充到远端消火栓出水点，消防泵房扬水干管上的流量开关感知的水流变化小于1个消火栓的流量，因此不能即时动作。调整方案后，在消防泵扬水干管的另一端，增设一个流量开关(见图2)，这时无论打开哪个消火栓，流量开关都能迅速动作，消防泵实现自动启泵。流量开关的启泵流量为5 L/s。

现场调试还发现(见图2)，当打开任意点附近的两个消火栓时，流量开关也能及时动作，消防泵迅速启泵，说明虽然确定流量开关的启泵流量是5 L/s，但是当只打开一个消火栓时，水流不均匀，消防泵房内管网流量达不到5 L/s，流量开关不动作，只有加大消防用水量才能让流量开关迅速动作启泵。

图2 上海地铁车站第二次改造方案的消防泵房平面(增设2个流量开关)Figure 2 The fire pump room with two flow switches added in the second renovation plan for Shanghai Subway Station

针对地铁系统存在一些难以执行的条款，《消防给水及消火栓系统技术规范》规范管理组回复了地铁设计如何执行消火栓规范中的一些条款，如消防泵房可设置在站厅层及以上楼层；至少有2个出入口室外有要有消火栓保护；室外消防流量不小于20 L/s。

在新建地铁项目中，有的城市消防局认可消火栓规范组回函，地铁车站就按消火栓规范及规范组回函执行，如沈阳、南宁、合肥；有的城市消防局不认可消火栓规范组回函，就完全执行了消火栓规范，如上海、青岛、苏州等地。

2.2 第二阶段

经过几年新旧消防规范过渡期，各线路对消火栓给水系统进行了优化。如北京某地铁线路工程，在2017- 2018年与土建配合，执行消火栓规范，按360 m3储存车站室内外消防水量(室内20 L/s，室外30 L/s，火灾持续时间2 h)。因2018年底12月施行的GB51298—2018《地铁设计防火标准》有一些条款表述不够清晰，理解上存在争议，因此当时按消火栓规范及规范组专家回函进行施工图设计，设置了消防水池、车站室内、室外及地下区间三组消防泵组。车站消防泵房内不仅设有消防主泵，同时设置了消防稳压装置(两台稳压泵和一座稳压罐)，都从消防水池吸水加压。消防泵扬水干管上设有压力开关自动启泵，两个出入口室外设有消火栓。

车站消防验收时，消防专家要求打开一支消火栓试验自动启泵，结果现场消火栓喷了很久压力开关迟迟没有动作。稳压泵参数：Q=1 L/s，H=55 m，稳压泵启泵压力P1=0.30 Mpa，稳压泵停泵压力P2=P1/ 0.85=0.35 MPa，压力开关动作值P=0.20 MPa(见图3和图4)。现场观察压力表找到问题，由于车站规模大，站厅消防水平环网长度超过500 m，虽然泵房内消防扬水干管已经成环，减少了环网长度，但消防管网压降也很难达到压力开关设定值，把压力开关动作值调高到0.25 MPa，很快压力开关动作，消防泵启动。

图3 施园站消防泵房大样 Figure 3 Details of the fire pump room for Shiyuan Station

图4 施园站消防平面 Figure 4 The plane of fire protection for Shiyuan Station

分析消防泵房大样图，采用国标图集15S90915S909《消防给水及消火栓系统技术规范》图示版中提供的计算方法，由于地铁车站消防环网的特殊性，不能按设定值实现及时启泵，压力开关的启泵值不能过低，需要现场不断调试，找到合理的设定值。

2.3 第三阶段

2019年10月，北京地铁某线开始给排水消防系统施工设计，该线单水源车站设有消防水池消防泵房、只储存室内消防水量144 m3，消防泵房内设有消防主泵与稳压泵组，设置压力开关启泵、流量开关启泵。至少有2个地铁出入口有室外消火栓保护。

在消防泵扬水管上设置了以下设备：①电接点压力表。设定值与持压泄压阀动作值一致，在持压泄压阀超压泄水时，电接点压力表动作，发出报警信号给车站车控室，值班人员能够及时发现消防泵房有超压泄水现象，需要现场查看，防止消防泵房被大量泄水淹没失去作用。②远传压力表。能够在车控室观察到平时与消防时的管网压力值，随时了解管网压力情况。③市政水源跨越管。与稳压泵组出水管合并后，设置流量开关，再接至消防主泵扬水干管上。消防主泵接稳压管后，两端分别设压力开关及阀门，在泵房内成环。这几项措施保证消防主泵在地铁车站或区间发生火灾时能够迅速自动启泵。

由于设置了市政给水跨越管，把消防水源与消防泵扬水干管连通，消防管网既由稳压装置稳压，也由市政管网稳压(见图5)。稳压泵参数是固定的，而市政水压是波动的，为了不受市政水压的干扰，消防稳压泵组只能采用高压稳压方案，即稳压泵压力高于市政水压，而压力开关动作值也要高于市政压力，否则市政水压的波动造成压力开关无法动作。目前按0.4 MPa定义的压力开关动作值。

图5 北京地铁新线消防泵房系统图 Figure 5 The system in the fire pump room of the new Beijing Metro line

为了保证市政跨越管上的流量开关及时动作启泵，不再以一个消火栓流量作为动作值，流量开关的启泵流量确定为2.5 L/s，这样即使现场只有一个消火栓打开，压力开关如果不能及时动作，流量开关也能及时动作启泵。

该线基本是以一站一区间来划分消防保护单元(见图6)，但是在区间超过2 km时，会在区间联络通道或废水泵房处设置消防连通管，增加消防单元的安全性，并以消防连通管为界，两侧车站各保护一半区间，两个消防供水单元之间不连通，减少水压的互相干扰。

图6 北京地铁某线消防供水单元划分示意图 Figure 6 The water supply divisions for fire protection in the new Beijing subway line

3 结论与建议

通过已通车线路不同时期的地铁消防给水系统方案与调试运行结果，前后对比分析，总结出地铁消防系统设计要根据其土建条件、消防管网特性、运营管理的特殊性、消防安全的重要性综合考虑。既保证地铁消防安全，不引起土建规模方案及与投资的巨大变化，也符合消防规范的要求，做到火灾时及时有效地 灭火。要在每条线路的现场调试与后期运营管理中，发现问题、分析原因，及时调整完善地铁消防方案，更好地适应地铁环境与运营需求，满足不断更新的消防规范，提高地铁消防减灾能力。

考虑到目前地铁车站埋深越来越大，市政给水压力在夜间经常超过0.4 MPa，会导致管网压力超过1.0 MPa，存在消防管网漏水、自动启泵、压力开关无法动作等诸多风险。未来建议结合消防引入管上设置减压阀、选用接口承压大的管材等相关措施，进一步研究合适的低维护高可靠性的消火栓给水系统。