某城市地鐵給排水及消防系統方案比選

楊偉帥 程 茀 劉學志

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 概述

北方某城市×號線一期工程線路全長約27 km，共設車站21座，其中地下站20座，高架站1座，與規劃的多條軌道交通線路交叉，共設6座換乘站。全線設車輛段和停車場各1處。

給排水及消防系統作為地鐵設計中的一個系統，主要包括給水系統、排水系統、水消防系統、氣體滅火系統，擔負著地鐵全線生產、生活供水、排水，火災防護等作用，是將來地鐵高效、安全運營的重要保障，因此，給排水及消防系統中幾個子系統方案的選擇十分重要，應根據實際條件確定合理、可靠的方案，同時應盡量使系統節能、環保。

下面是對某城市×號線一期工程正線給排水及消防系統的方案比選過程及結論。

2 系統方案比選

2.1 給水系統

全線各站、區間的用水水源均采用城市自來水。

每個車站由城市自來水干管上引2根給水管作為消防水源，并由此2根供水干管中的一條分出1根供水管供車站生產、生活用水。站內采用生產、生活和消防給水分開的給水管網系統，生產和生活給水引入管與消防給水引入管在進車站以前分開，并分別設水表計量。生產、生活給水系統管道在站內枝狀布置。

2.2 水消防系統

2.2.1 消火栓系統

消火栓滅火系統是地鐵內最基本的滅火系統，具有造價低、維護費用低、滅火可靠等特點，目前國內對該系統的設計比較統一，在有市政供水的車站均不設置消防水池，由消防泵直接從市政管網抽水，其依據主要是《地鐵設計規范》13.2.4第2條“當城市自來水的供水量能滿足生產、生活和消防用水的要求，而供水壓力不能滿足消防用水壓力時，應和當地消防及市政部門協商設消防泵和穩壓裝置，不設消防水池。”但由于各地消防及市政部門對此種做法的理解及審核不同，因此有必要對是否設消防水池進行比選，以供業主及相關部分參考。

另外，由于北方地區地鐵內部分區域消防管冬季可能凍結，目前已有城市的地鐵設計采用干式消火栓系統[1]，但地鐵內消火栓管網較長，干式系統充水時間難以滿足規范要求，設計前需充分與消防部門溝通，得到其認可。

1)消防水池的設置。

若在車站內須設置消防水池，必然造成車站內消防泵房面積增加，進而造成整個車站用房面積的增加，不利于節省土建工程造價。一般設水池泵房面積比不設水池泵房面積至少增加40m2左右，按地鐵1萬元/m2的造價指標計算，車站土建造價相應增加40萬元左右，再加上消防水池本身的造價10萬元左右，每座車站增加50萬元。另外，設置消防水池還會帶來結構承重增加、水池及水質維護等問題。

目前其他城市已完成的地鐵設計，如北京、沈陽、大連、天津，經過與市政自來水公司、消防局協商，地下車站內的消防泵均可以直接從市政管網上吸水，省去了消防水池，既節省了投資，又可保證車站消防安全。并且地鐵全線只按同一時間內發生一次火災考慮，對市政自來水管網的影響不是很大，因此，本次設計建議車站不設消防水池，消防泵直接從市政管網吸水。

2)干、濕式消火栓系統的比選。

車站內消火栓系統一般采用濕式系統，區間消火栓系統則有濕式和干式兩種形式。

濕式系統管網中經常充有水，消防時隨時可出水。濕式系統冬季對保溫要求高，保溫措施不好冬季易凍，且存在管道漏水現象。電伴熱保溫的日常運行費用較高。

干式系統平時管網內不充水，在地下車站和區間連接的地方設置快速啟閉閥。在發生火災時，開啟電動快開閥，車站消防泵組管網的水迅速向對應區間的管道輸入，管道內空氣在水壓的作用下通過快速排氣閥迅速排除，管道在短時間內由干式迅速轉變為濕式系統，消火栓口接出水龍帶和水槍達到滅火的目的。干式系統由于平時管道無水，因此不需設置電伴熱保溫，無凍結問題，平時不會有漏水現象，但由于需快速向管道充水，因此所需水泵揚程較大，且充水時對管道作用力大，需要更加穩固的管道連接及支護措施。

但由于地鐵區間長度一般在1km左右，因此干式系統充水時間較長，大約需10min，這不符合《建筑設計防火規范》12.2.2中第3條“當采用干管系統時，應在管網最高部位設置自動排氣閥，管道充水時間不應大于90s”的規定，因此，10min的充水時間需要與當地消防局溝通，得到其認可才可考慮干式系統。

由于干式系統充水時間遠超出規范規定，因此很難得到消防部門的同意，目前僅天津地鐵做過干式系統方面的試驗，得到天津消防局的認可，并在天津地鐵一條線路的設計中應用。本次工程為該城市的第一條地鐵線，推薦使用安全可靠、技術成熟、符合標準的濕式系統。

2.2.2 自動噴水滅火系統

自動噴水滅火系統的問題主要是設不設、在什么地方設，下面對這兩個問題進行分析:

1)規范現狀。

國家現行的《建筑防火規范》《地鐵設計規范》均未明確地鐵工程除商業開發以外的其他區域必須設置自動噴水滅火系統;而天津地標《地鐵安全防范系統技術規范》“6.4.4.1換乘的地下車站及地下三層及以上車站站廳、站臺公共區、車站結合的商業開發區域均應按照中危險Ⅱ級設計自動噴水滅火系統。”上海地標《城市軌道交通設計規范》“26.4.6.1地下車站的站廳層、站臺層的公共區及長度超過100m的出入口通道應設置自動噴水滅火系統”。地鐵車站內設置自動噴水滅火系統的形式主要有3種:

a.所有地下站的站廳站臺部位均設置自動噴水滅火系統，尤以上海地區為代表;

b.所有地下站除商業開發部分均不設置自動噴水滅火系統，如北京、沈陽、哈爾濱;

c.在地下換乘站及車站的部分區域內設置自動噴水滅火系統，如天津、成都。

2)方案比選。

形式1所有車站內均設置自動噴水滅火系統后，必然提高工程造價。

形式2工程造價最低，但就部分特殊車站而言，如換乘車站存在一定的消防風險。

主要是由于換乘站有以下特點:

a.客流量大，攜帶行李多，火災初期熱釋放速率大，煙霧量大;

b.建筑規模大，布局復雜，火災撲救難度大，不利于疏散;

c.人流密集，一旦發生火災，自動噴水系統噴水將很大程度減小人員恐慌，利于疏散。

因此，為盡可能減少火災風險，同時避免不必要的浪費，推薦采用形式3，在商業開發部分和同站換乘車站的站廳層設置自動噴水滅火系統。

2.3 排水系統

全線排水系統由污水排放系統、廢水排放系統和雨水排放系統構成，內部排水采用分流制。廢水排放系統和雨水排放系統基本采用水池收集、泵提升排放的形式，污水排放系統則有傳統污水池+污水泵、一體化密閉式污水提升裝置[2]、真空排水系統[3]幾種形式，目前各地的應用也不盡相同，下面就這幾種污水排放形式進行比選。

傳統污水池+污水泵形式是在衛生間旁或下方設置污水泵房，站臺板下設集水池，污水通過污水泵提升并排放。一體化密閉式污水提升裝置是將污水泵置于密閉的污水箱內，污水箱為封閉裝置，避免箱內環境與外部相通。真空排水系統是一個由真空機組等設施組成的一個完全密閉的排水系統，排水時利用管網中的真空可將排水器具中的污水提升吸入管網匯入真空機組內并排出。

傳統形式的優缺點如下:

1)集水池容易滋生異味及蚊蠅細菌，影響車站運營環境;

2)為了施工安裝和日后檢修工作的進行，無法將集水坑完全封閉，必須設計檢修孔和人孔，鋼制的蓋板無法避免異味外溢;

3)泵房內空氣質量很差，泵房內異味會散到周邊房間過道和地鐵通道以及公共區內，破壞了乘車環境;

4)工程造價低。

相對傳統形式，一體化密閉式污水提升裝置和真空排水系統的優點有:

1)密閉無異味，環保衛生;

2)結構緊湊，節省空間;

3)不需修建地下污水池，無需采取結構防滲漏措施。

但二者造價較高，真空排水系統造價還要高于一體化密閉式污水提升裝置，且真空機組設備較復雜，管道封閉性要求高，可靠度要低于一體化密閉式污水提升裝置。

因此，本工程推薦采用一體化密閉式污水提升裝置。

2.4 氣體自動滅火系統

地下車站的通信、信號設備室和電源室等重要電氣設備房間需設置氣體滅火系統。氣體自動滅火系統目前國內地鐵常用的主要有七氟丙烷系統、IG541自動滅火系統、高壓細水霧系統。

其中七氟丙烷系統所用滅火劑能產生HF酸性分解物，對計算機等電器有一定腐蝕，故國外已開始限制在計算機及通訊設備用房使用，但總體造價較低。IG541系統所用滅火劑為IG541，完全由大氣中自然存在的氣體組成，無毒、無腐蝕性分解物，但造價較高。高壓細水霧系統以水作為滅火介質，完全環保，適用場所較多，作為一種新興系統發展迅速。

就IG541系統和高壓細水霧系統的應用情況看，IG541系統的應用略多。另外，高壓細水霧系統目前無全國性規范可依，實際應用也主要集中在上海地區，因此，本工程仍推薦采用IG541系統。

3 結語

地鐵工程與人們日常生活密切相關，是人們日常出行的首選工具，客流量大，出現事故的影響嚴重。整個工程投資巨大，系統繁多，功能復雜，選擇合理、可行、可靠的系統方案對地鐵運營意義重大，尤其是給排水及消防系統擔負著地鐵防火滅火的任務，其方案的選擇要更加慎重。

[1]曾國保，車躍龍.地鐵內采用干式消火栓系統的可行性研究[J].鐵道工程學報，2007(4):89-91.

[2]劉學志，程 茀.密閉污水提升裝置在地鐵中應用的研究[J].鐵道工程學報，2008(6):98-100.

[3]崔志國，邵迎旭，費志華，等.煙臺文化中心室內真空排水設計[J].給水排水，2010，36(5):70-73.

[4]鄭習羿.鐵路工程施工用水方案研究[J].山西建筑，2011，37(2):117-118.