地铁车站消防电气设计的几点探讨

李晓明， 许圣乾

(1. 中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308；2. 济南轨道交通集团有限公司，济南 250000)

0 引言

随着我国城市的不断发展，地铁作为一种便捷、快速的公共交通，为人们的出行提供了便利。同时地铁的安全运营成为了市民的关注重点，其中地铁消防安全成为重中之重。

近几年来，笔者参与并负责设计了多个城市的地铁车站项目，在设计、施工配合和消防验收中遇到并解决了很多问题。 本文通过笔者近几年遇到的地铁车站工程特点，同时结合最新电气及防火设计规范，提出关于地铁车站消防电气的几点看法，与电气设计同仁进行交流。

1 消防负荷的配电

根据笔者近几年参与的地铁项目总结，目前地铁行业沿用的地下车站电气设备用房设置原则为:在站厅层或站台层负荷大端设置一座35/0.4kV 降压变电所。 站厅层两端环控机房附近各设置一处环控电控室，负责所在端通风空调设备的配电及控制；站厅层两端设备区各设置一处照明配电室，负责所在端设备区及相邻公共区一半的动力照明的配电及控制；站台层两端设备区各设置一处照明配电室，负责所在端设备区及相邻公共区及相邻区间一半的动力照明的配电及控制；站厅及站台公共区均不设置电气用房。

根据《地铁设计防火标准》GB 51298—2018 第4.2.1 条和第4.2.2 条的规定，站厅层和站台层公共区为同一防火分区，且不超过5 000m2；设备区按照单个防火分区面积不超过1 500m2设置。 对于标准地下岛式车站，站厅层设备小端设备用房较少，可通过整合调整设置成一个防火分区，但是特殊车站面积较大，会出现设置两个防火分区的情况；而设备大端由于设置了大量的弱电机房、运营管理用房、环控机房及风道，设备区面积均大于1 500m2，往往需设置两个或三个防火分区。 由于地铁车站的工程特点决定了电气设计不同于常规民用建筑，笔者通过对过往工程案例的经验总结，结合最新电气及防火规范的要求，提出几点关于地铁车站消防电气设计新的设计调整及注意事项。

1.1 设备区内消防负荷的配电

地铁车站设备区内消防负荷众多，主要为通信、信号、综合监控、气灭、应急照明、防排烟风机等负荷。 其中各类通信、综合监控、信号、安防设备的用电，已经在各系统设计中进行了整合配电，且通信、信号设备的供电可靠性，直接关乎列车的安全运营，故各弱电系统的配电采用就地在各弱电机房内独立就地设置双切配电箱；而其余气灭、应急照明、防火卷帘等小容量消防负荷，笔者建议根据防火分区的划分，在照配室或环控电控室内集中设置末端双切箱，然后放射式或树干式的配电，从而减少了双切箱的数量，同时保证了消防负荷的供电可靠性。 典型配电系统图如图1 所示。

图1 典型车站站厅层动力配电系统图

此外主要的消防负荷集中为消防风机。 地铁车站内消防风机主要有2 类，一类为消防专用风机，如大系统排烟风机、小系统排烟风机、加压风机、补风机等，仅火灾工况下开启；另一类为兼用排烟风机，如隧道风机、排热风机，日常负责区间隧道通风换气及列车余热排除，火灾工况时参与站台层公共区或区间隧道排烟。 关于上述消防负荷的配电，笔者总体归纳以下三种方案可供参考。

方案一:当风道、防排烟机房与环控电控室设置于同一防火分区内时，采用在同一防火分区内设置环控电控室，车站同一端的火灾事故风机、防排烟风机及相关风阀由同防火分区内的环控电控室内双电源切换后放射式配电及控制。

方案二:当风道、防排烟机房与环控电控室无法设置于同一防火分区内时，根据防排烟风机的分布，设置多个环控电控室，来满足消防负荷的配电，对于远离环控电控室的安全出/入口、出/入口内的防排烟设备，采用在通风机房内就地设置双切配电箱的形式进行配电及控制。

方案三:当风道、防排烟机房与环控电控室无法设置于同一防火分区内时，考虑隧道风系统整体设备功率偏大，故将环控电控室与隧道风系统设置同一防火分区，设备区及公共区的防排烟设备通过在机房内采用就地设置双切箱就地配电及控制。

上述三种方案的优缺点如表1 所示。

表1 消防风机配电方案对比

通过上述三种方法的对比，建议后续设计中典型标准车站的设计，在前期与土建设计配合中，积极采用方案一，提高供电可靠性，同时减少工程造价；而针对带渡线、换乘、带商业开发等异型车站，建议优先考虑方案二；方案三中由于车站设备大、小端通风专业设置多个防排烟机房，将导致车站双切配电箱的整体数量增多，同时增加了进线电缆及变电所低压柜的出线数量，整体造价增加较多，并且与《民用建筑电气设计标准》GB 51384—2019 关于减少双切设置的设计理念不符，故今后设计中地铁车站不建议采用方案三。

1.2 公共区内消防负荷的配电

目前地铁行业沿用的设计原则为公共区不设置配电间，利用设备区照明配电室作为集中配电及控制中心。 而根据《民用建筑电气设计标准》GB 51384—2019 第13.7.11 条“除消防水泵、消防电梯、消防控制室的消防设备外，各防火分区的消防用电设备，应由消防电源中的双电源或双回线路电源供电，并且末端配电箱应安装于防火分区的配电小间或电气竖井内”的要求，针对地铁公共区的消防设备配电提出了新的要求。 而目前地铁常规设计均为公共区应急照明集中设置于设备区照配室，放射式至公共区，防火卷帘门双切箱就地公共区侧墙设置，消防电扶梯设置于三角机房内或公共区侧墙内，已无法满足最新消防电气设计理念。 故笔者提出在站厅层公共区两端各设置一个小型配电间，负责站厅、站台公共区消防负荷的配电(图2～3)，提升公共区消防负荷配电可靠性与独立性，以保证火灾工况下公共区乘客的安全疏散及救援。

图2～3 为地下岛式车站常规标准布置图。 图中编号和设备房名称对应关系为:电1-环控电控室、电2-照明配电室、电3-配电间。

图2 车站站厅层电气设备房布置图

图3 车站站台层电气设备房布置图

2 应急照明

关于应急照明的定义，《建筑照明设计标准》GB 50034—2013 第2.0.19 条明确“应急照明:因正常照明的电源失效而启用的照明。 应急照明包括疏散照明、安全照明、备用照明。”笔者认为此处的应急照明应具有两层含义，即一种为非消防状态下的应急照明，主要包括备用照明和安全照明，另一种为消防状态下的应急照明，主要包括备用照明和疏散照明。

2.1 公共区备用照明

根据《民用建筑电气设计标准》GB 51384—2019 第10.4.1 条:“正常照明失效将导致无法工作和活动的场所应当设置备用照明”和第10.4.2 条:“当正常照明的负荷等级与备用照明负荷等级相等时可不另设备用照明”。 以及《地铁设计规范》GB 50157—2013 第15.5.1 条“地下站厅站台、应急照明等公共区照明、应急照明为一级负荷，而地上站厅站台等公共区照明为二级负荷”。

后续设计中应注意，地下站公共区照明的设计根据地铁设计惯例，采用两个单电源照明配电总箱的交叉配电，可同时满足公共区正常照明及非消防备用照明的需求，无需另外设置备用照明；而地上车站公共区照明设计中应特别注意，由于公共区照明为二级负荷，无法满足备用照明的要求，故需单独进行备用照明的设计。 需要强调的是，两种车站的备用照明做法截然不同，需设计师特别注意。

2.2 设备区备用照明

在《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB 51309—2018 执行之前，地铁消防应急照明采用双电源切换+EPS 的方式，在车站站厅及站台层设备区集中设置，蓄电池日常处于浮充状态，在设备房内设置双控开关，可实现日常的就地控制，同时火灾时由FAS 强制点亮所有应急照明灯具，设计初衷是因为设备区备用照明与疏散照明灯具合二为一，备用照明兼作疏散照明，需火灾时强制点亮来提供人员疏散必要疏散照度。 而如今随着《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB 51309—2018的执行，备用照明和疏散照明分离设计，备用照明也不再兼作疏散照明，笔者认为关于备用照明的设计应做出调整，即:备用照明采用单控开关，取消强制点亮，火灾状态下，由现场值守人员手动打开。图4～5 分别为调整前、后的备用照明控制原理图。

图4 调整前应急照明控制原理图

图5 调整后备用照明控制原理图

2.3 疏散照明

地铁疏散照明应采用集中控制型消防应急照明和疏散指示系统，主要由系统控制主机、A 型应急照明集中电源箱和集中电源集中控制型消防应急灯具等组成。 疏散照明的设计中有以下几点需要注意。

(1)关于集中电源持续供电时间的设置，应根据《地铁设计防火标准》GB 51298—2018 第11.2.5条规定“地下车站及区间应急照明的持续供电时间不应小于60min”，即火灾工况下的疏散照明供电时间为60min；《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB 51309—2018 第3.6.6 条“非火灾状态下不超过0.5 h”的规定，从而确定集中电源持续供电时间不低于90min，在设计中应根据建设单位反馈的非火灾状态下的持续时间来确定蓄电池的总持续时间。

(2)根据《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB 51309—2018 第3.1.4 条中提到了出口标志灯分为疏散出口和安全出口消防应急标志灯具，同时查询国标图集19D702-7《应急照明设计与安装》发现，安全出口标志灯与疏散出口标志灯为两种图例。 目前大多工程设计并未进行区分，根据《地铁设计防火标准》GB 51298—2018 第2.0.1 条

“安全出口:供人员安全疏散，并能直接通向室内外安全区域的车站出口、楼梯或扶梯的出口、联络通道的入口、区间风井内直通地面的楼梯间入口”的定义和条文解释，后续在应急照明设计在关于出口标志灯的设置应根据所处位置加以区分。

(3)疏散照明设计中，应根据《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB 51309—2018 的要求，满足疏散最低照度的要求，针对地铁车站公共区结构柱、三角机房等的设置，部分区域疏散照度仅通过简单计算无法核查疏散照度的要求，建议利用DIALux 软件进行疏散照度模拟，以保证疏散最低照度的要求。 图6 为车站站厅层公共区疏散照度等照度曲线。

图6 车站站厅层公共区疏散照度等照度曲线

3 消防切非

根据《民用建筑电气设计标准》GB 51348—2019 第13.4.8 条“火灾确认后，应能在消防控制室切断火灾区域及相关区域的非消防电源”，《地铁设计规范》GB 50517—2013 第19.3.6 条“火灾自动报警系统确认火灾后，消防控制设备应按防火分区在配电室或变电所切断相关区域的非消防电源”的规定，目前地铁消防切非设计普遍为火灾时在低压柜内“一刀切”。 由于地下车站设备区防火分区较多，非消防负荷容量小且分散，通常做法为非消防负荷配电箱集中设置于照配室、环控电控室内，且切非接口设置于变电所内，但火灾工况下，无法准确做到按防火分区切非。 建议后续设计时，不同防火分区的非消防负荷集中在照配室或环控电控室内的配电箱分母线配电，同时将切非由统一在变电所低压柜内调整为低压柜+配电箱内两处结合设置，从而实现火灾工况下的精细控制，避免扩大影响。 同时还应注意如下特殊回路的切非要求。

(1)公共区照明应采用延时切非，可以减少火灾初期，突然断电引起的乘客恐慌。

(2)垂直电梯的电源应根据现场电梯归首层反馈后再切除，避免人员困于电梯内。

(3)二级负荷的风机、风阀应采用延时切非，待FAS 反馈模式给BAS，并等风阀执行操作完成后再切除电源，从而可避免风阀未关闭导致的串烟等问题。

4 消防配电线缆选择

目前各大城市地铁建设中，均在不同程度压缩规模，针对纵向电缆敷设大部分仍采用消防与非消防电缆共井敷设，根据《建筑设计防火规范》GB 50016—2014(2018 版)第10.1.10 条，共井敷设时消防负荷电缆应采用矿物绝缘类不燃性电缆。 但在施工中发现，传统的重载矿物绝缘电缆敷设难度大、施工工艺高且地铁环境潮湿，根据多个地铁项目反馈，运营多年后，矿物电缆均不同程度出现了绝缘材料潮湿导致的漏电等故障。 目前市场上柔性矿物绝缘电缆种类较多，解决了矿物绝缘电缆造价高、敷设难度大的缺点，但是没有相应的国家标准作为支撑，而随着《额定电压0.6/1kV 及以下云母带矿物绝缘波纹铜护套电缆及终端》 GB/T 34926—2017 的发布，为柔性矿物绝缘电缆的选择提供了依据，笔者参与的多个铁路项目已开始采用。 同时根据《建筑设计防火规范》2019 年和2021年修订征求意见稿中均将矿物绝缘不燃性电缆调整为A 类(不燃)电缆，两次征求意见相较于2018版，为电缆的选型指明了方向，未来的消防负荷电缆的选择将更加细化，根据所用环境，结合《电缆及光缆燃烧性能分级》GB 31247—2014，明确电缆的燃烧性能参数，合理选择电缆型号。

5 结束语

地铁作为城市公共交通的重要组成部分，电气设计中的消防配电设计显得尤为重要，直接关乎地铁的安全运营和应急救援。

本文旨在通过结合地铁车站防火分区的设置调整电气设备用房，从而更好地满足消防电气的设计，提高系统可靠性；同时通过优化备用照明和疏散照明的设计，合理选择矿物绝缘电缆，不断完善地铁消防配电系统，从而保证地铁的安全运营。