地铁车站高压细水雾灭火系统设计探讨

简海强

（中铁上海设计院集团有限公司天津分院，天津 300000）

1 引言

地铁是我国城市轨道交通重要的一个组成部分，但是地铁由于自身条件和环境因素的影响和限制，一旦发生火灾，救援人员和现场灭火设施因受到地理和环境条件等多种因素的影响和制约，很难在第一时间赶到现场进行紧急救援，这必然会对地铁运营造成严重影响，甚至会导致重大的人员伤亡。在GB 50898—2013《细水雾灭火系统技术规范》的指导下，本文以某市地铁4 号线为例，阐述了高压细水雾灭火系统相较于与其他类型的消防灭火系统不同的特点，以及在此次项目建设中的整体技术方案和应用情况。对于推动我国高压细水雾灭火系统技术在城市地铁领域的研究和发展有深远意义。

2 工程概况

地铁某车站内部为地下2 层、地上1 层的岛式列车停靠站，共设计8 个出入口，2 座风亭，1 号、2 号风亭均为矮风亭,该站总建筑面积19 560.9 m2。车站内部采用了高压细水烟雾灭火系统，用来保护重要的电气设施和房间。车站内共有20个保护房间。房间的功能和面对的危险问题不同，所以，设计时需要按照不同房间的实际情况进行设计[1]。

3 高压细水雾灭火系统的概述、灭火机理及特点

3.1 细水雾灭火系统的概述

高压细水雾灭火系统采用的灭火介质是水，是一种通过高压力的水通过特殊喷嘴产生粒径为40～200 μm 的细水雾进行自动灭火的消防系统。根据驱动源类型分类，有泵组式和瓶组式这两种不同的系统。通常在地铁车站中采用较多的是泵组式系统，分别由细水雾开（闭）式喷头、区域控制阀组、高压细水雾泵组、供水控制管网、过滤器、不锈钢管道以及火灾报警控制系统等组成。

3.2 细水雾灭火系统的灭火机理

高压细水雾灭火系统的灭火原理主要是通过高效吸热冷却和快速排氧窒息达到灭火的效果，高压细水雾雾滴累积体积分布参数Dv0.9＜200 μm（Dv0.9为体积占比90%的水微粒的直径），具有巨大的比表面积，能被迅速汽化，吸收大量热量，冷却火焰表面温度，提高灭火效率。与此同时，吸收热量后迅速汽化，变成水蒸气，体积增大到1 700 多倍，在这个过程中，水蒸气在火焰周围形成屏障，阻止新鲜空气进入，使燃烧区域的氧气浓度降低，燃烧因缺氧而受到抑制或中断。此外，灭火过程中，细水雾在燃烧区周围形成了高强度的吸热屏障，阻断热辐射的传递，从而有效隔绝因显著的热辐射而造成安全事故外扩散或危害性人生命安全的风险性[2]。

3.3 高压细水雾灭火系统的特点

高压细水雾灭火系统的灭火效率高，同时灭火范围广，屏蔽热辐射与净化的作用，对设备无损坏以及电绝缘性好灭火等特点。与其他灭火系统相比，高压细水雾灭火系统还有用水量小，能够远距离输送，系统需要的供水管径小，占用空间小等优点，详见表1。

表1 高压细水雾灭火系统与其他灭火系统对比表

4 地铁车站高压细水雾灭火系统设计

4.1 设计依据

公安部天津消防研究所《高压细水雾在地铁车站设备区电气房间应用试验报告》（2018 年6 月）；GB 51298—2018 《地铁设计防火标准》；GB 50898—2013《细水雾灭火系统技术规范》。

4.2 保护范围

本站高压细水雾系统主要保护区域：站厅层包括信号设备室、配电间1、警用通信机房、配电间2、AFC 配线间1、AFC配线间2；设备层包括变配电室、商用通信机房、配电间3、弱电通信机房、配电间4、环控电控室1、环控电控室2；站台层包括1#整流变压室、2#整流变压室、控制室、开关柜室、配电间5、屏蔽门控制室、配电间6。保护面积合计约1 102 m2。

4.3 系统设计方案

本站共需设置20 个保护房间，系统采用开式全淹没、闭式（预作用）灭火系统结合的泵组式应用形式。高压泵组、补水装置及贮水水箱等设备集中设置在设备层高压细水雾泵房内。保护房间外设置区域控制阀箱，保护房间内无吊顶和架空地板，不增设喷头[3]。

4.3.1 设计参数

设计额定温度：20 ℃；

系统持续喷雾时间≤30 min；

开式灭火系统的响应时间不大于30 s；

闭式（预作用）系统作用面积按140 m2计算，闭式最大保护区小于140 m2时，按最大保护区面积为作用面积；

最不利点喷头工作压力不低于10 MPa；

喷头有效工作雾滴体积直径Dv0.5≤75 μm、Dv0.99≤150 μm；

根据《高压细水雾系统在地铁中的应用研究及实验成果报告》（2018 年7 月），开式全淹没系统喷雾强度不小于0.75 L/（min•m2），闭式灭火系统喷雾强度不小于1.4 L/（min•m2）。

4.3.2 系统水源及供水要求

系统供水的水质要求，应符合现行国家标准GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》的规定（氯离子含量≤25 mg/L）。本车站为单路水源，高压细水雾系统用水由市政给水引入管单独接一根DN100 给水管道（倒流防止器后），接至高压细水雾泵房，最终接至贮存全部用水量的贮水箱（有效容积不小于8.7 m3），高压细水雾系统增压补水装置吸水管道从水箱中吸水，供系统使用。

细水雾系统配套设置增压补水装置，含增压泵两台，一用一备，水泵参数：流量Q=5 L/s，扬程H=37 m，功率N=4 kW。控制柜接收到调节水箱液位信号可控制补水增压泵启停。

调节水箱前需要设置过滤器，过滤器为铜合金、不锈钢或其他耐腐蚀性能不低于不锈钢、铜合金的材料；过滤器的网孔孔径不应大于喷头最小喷孔孔径的80%。

4.3.3 系统布置

车站内一般电气设备房间采用开式全淹没系统，在误喷可能对地铁运营产生干扰的电气设备房间采用闭式灭火系统保护。

本站开式灭火系统共设置3 个防护区，防护区1 包含4个保护房间，分别为配电间1（站厅层）、警用通信机房（站厅层）、变配电室（设备层）、AFC 配线间1（站厅层）；防护区2 包含6 个保护房间，分别为配电间2（站厅层）、商用通信机房（设备层）、配电间3（设备层）、弱电通信机房（设备层）、配电间4（设备层）；防护区3 包含3 个保护房间，分别为配电间5（站台层）、屏蔽门控制室（站台层）、配电间6（站台层）；各防护区按可同时喷放计算设计流量，其余保护区采用闭式(预作用)系统（见表3）。

闭式（预作用）灭火系统所带闭式喷头数量不超过100 个。

高压细水雾设置防滴漏安全功能或措施，具备对高压泵组启动初期和停泵后的喷头滴水进行技术处理。

站台层公共区域预留高压细水雾喷枪接口。

站厅层开式灭火系统管网末端设置试水阀箱，可定期进行系统试喷。

喷头在房间的布置应考虑喷头与设备位置，喷头布置应避开设备正上方，同时避免被管线遮挡，防止喷放后的凝露滴至设备上区域控制阀箱应设置靠近门或柱的位置，采用暗装的方式，不能影响人员疏散逃生。

房间内所有管道和喷头与裸露或非绝缘带电设备的间距不得小于0.5 m。

系统的泄水考虑在站台层站台门端门外一处阀箱处进行泄水，泄水排至线路排水边沟，贮水水箱和调节水箱排水接至泵房内排水沟，经由地漏收集排至线路排水边沟，最终流入车站废水泵站。

4.3.4 主要设备选型

1）喷头及开闭式选型

根据公安部天津消防研究所《高压细水雾在地铁车站设备区电气房间应用试验报告》中的试验数据和结论，本站高压细水雾分为开式灭火系统和闭式灭火系统2 种选型，开式和闭式喷头参数详见表2。

表2 喷头参数

2）泵组选型

系统设计流量通过闭式灭火系统作用面积140 m2内设置闭式喷头总流量与开式灭火系统最大防护区内所有保护区的喷头同时喷放的总流量比较后，择较大值流量作为系统设计流量，本站闭式灭火系统最大保护区为站台层开关柜室，共设置24 只K=1.2 闭式喷头，总流量为288 L/min，开式灭火系统最大防护区为防护区1，共设置有56 只K=0.5 开式喷头，总流量为280 L/min，经对比，本站系统设计流量为Q=288 L/min（见表3）。

表3 系统设计参数

系统工作压力计算采用Darcy-Weisbach（达西-魏斯巴赫）计算公式，系统工作压力按照最不利点的工作压力10 MPa进行水力计算，同时考虑预留喷枪接口的沿程损失，计算结果：H=11.5 MPa。

根据计算结果，泵组选用XSW-BZ300/14-3×1（主泵三用一备，稳压泵一用一备），泵组Q=300L/min，H=14MPa，N=90kW。单台主泵参数为：Q=100 L/min，H=14 MPa，N=30 kW。稳压泵参数为Q=11.8 L/min，H=1.4 MPa，N=1.1 kW。泵组自带控制柜，泵组出口设置泄压调压阀，开启压力为14 MPa，泵组设置调节水箱，泄压调压阀出水接至调节水箱内，在出水口设置消能措施。水箱有效容积不小于0.8 m3，并满足防尘、避光的要求。

高压细水雾泵组应具有自动巡检和手动巡检两种功能，自动巡检周期应能根据需要设定。在巡检中水泵逐台启动运行，每台泵运行时间不小于2 min，并应有巡检指示；设备应能保证在巡检过程中遇消防信号自动退出巡检，进入消防运行状态，巡检中发现故障应有声、光报警[4]。

3）阀组选型

每个保护区设置一套分区控制阀组，分区控制阀组型号应能满足保护区内喷头同时喷放，且管道内不流速度不大于10 m/s，选型详见系统设计参数表3。

4.4 设计须注意的问题

1）为了避免喷头堵塞，系统对水质的要求很高。本设计增压补水装置至调节水箱前设置过滤器，过滤器的网孔孔径不应大于喷头最小喷孔孔径的80%，从而避免碰头堵塞的情况。

2）目前，高压细水雾灭火系统设计规范还很少，各领域应用受限制，国内有GB 50898—2013《细水雾灭火系统技术规范》，而且各规范对重要的设计参数要求差别较大。各行业的细水雾技术规范还没有出版，很大程度上限制了高压细水雾灭火系统的应用与推广。所以在设计时，应结合项目实际情况，合理设计。

3）规范中规定，闭式灭火系统作用面积不宜小于140 m2，本设计中设置闭式灭火系统房间面积范围为22.57～125.95 m2（见表3）。从造价方面，几个房间可以共用一个控制阀箱，减少控制阀箱的数量从而降低工程的造价，但因地铁环境特殊性、房间设备的重要性，在设计时，我们把安全性放在首位，每个保护房间均设置控制阀箱，采用一屋一阀箱控制。

4）闭式灭火系统因为需要等到火势达到一定严重程度后，即喷头温度达到57 ℃后，闭式喷头破裂才能实现灭火，所以，在误喷可能对地铁运营产生干扰的电气设备房间采用闭式系统保护。为保证闭式灭火系统有效运行，闭式喷头安装位置距房间内屋顶超过150 mm 时应设置集热板，集热板平面面积不小于0.12 m2。这既保证误喷可能对地铁运营产生干扰又可以达到有效的灭火效果。

5）根据现场检查发现，房间内喷头与管线、电缆、灯等会有碰撞的情况，如果发生碰撞，将影响高压细水雾的灭火效果，从而会对重要设备造成损坏。切记，喷头正下方不要有其他专业任何的设备。

6）细水雾灭火系统管道和管道连接件应采用满足系统工作压力要求的022Cr17Ni12Mo2 奥氏体不锈钢无缝钢管，主管道及管件可根据BIM 图进行工厂化预制，在现场进行组合式连接，或采用氩弧焊焊接。各保护区支管道根据现场情况现场制作好后采用氩弧焊焊接。氩弧焊焊接应由专业的技术人员焊接。

7）地铁高压细水雾灭火系统设计时应合理布置管线，尽量避免设置管道电伴热保温，这不仅可以减少项目投资费用，还可以避免管道结冰、冻裂等冻害情况，进而提高高压细水灭火系统运行的可靠性[5]。

5 结语

高压细水雾是通过冷却、空气窒息和隔热辐射这三重作达到抑制火灾、控制火灾并最终消灭火灾的目的。细水雾灭火系统同时具备气灭系统和自动喷淋系统的双重作用和优点，既有自动淋系统的冷却降温作用，又有气体灭火系统的窒息作用，因此，值得我们去大力推广并使用的灭火技术。但仍需不断提高其适用性以及相应规范标准。希望本项目设计及经验能为同行提供设计借鉴。