談地鐵車站的消防穩壓裝置設計

魏晨光

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司城交分院，天津 300251)

0 引言

隨著我國經濟和人口的高速增長，地上的交通形式已經無法滿足大中型城市的交通要求，特別是在早晚的高峰期，堵車現象幾乎在每個大中城市都會發生。地鐵作為城市軌道交通工程的核心項目正在我國大中型城市中全面開展。地鐵軌道交通是一項綜合的交通運輸系統，涉及多個專業，技術復雜，因此保證系統的安全穩定運行非常重要，尤其是設置火災的預防和救助系統，防止火災的發生與蔓延尤為重要。

在地鐵設計中考慮到城市遠期的發展，部分車站會設置在城市近郊位置，而這樣的位置往往現有的市政供水條件不完備，可能無法滿足車站消防用水要求，需考慮設置消防穩壓裝置。本文即從這個角度出發，針對消防穩壓系統的設置進行了分析與研究。

1 消防系統方式的選擇

地鐵車站的消防系統分為常高壓消防系統與臨時高壓消防系統。常高壓系統是指車站周邊的市政供水管網能夠提供兩路自來水作為消防水源，且其水壓、水量能夠滿足車站內消防系統用水要求，無需設置消防泵加壓，直接利用市政供水條件的消防方式，這種方式需要與當地的自來水公司溝通得到準確的市政資料后方可確認實施，深圳地鐵的部分車站就采用此方式。當市政供水壓力不滿足消防要求，需設置消防泵、穩壓裝置(當供水量不滿足要求時還需設置消防水池)的即為臨時高壓消防系統。其又分為利用市政供水壓力進行消防穩壓和設置穩壓裝置進行穩壓兩種方式。地鐵車站消防泵是否配套穩壓裝置，應根據市政供水的壓力來確定，這里需要注意理解消防系統最不利點的消防用水壓力要求與消防穩壓壓力要求的不同，當計算消火栓給水系統最不利點的穩壓壓力要求時，宜按消防增壓穩壓標準圖集98S205規定的消火栓流量5 L/s兩股水量計算(即10 L/s)，不應按車站室內的設計消防水量進行水力計算，最不利點消火栓水壓宜按不小于7 m水頭計算。當計算自動噴水滅火系統穩壓要求時，宜按5 L/s(4只噴頭流量)而非設計流量30 L/s進行水力計算，最不利點噴頭的壓力按不小于0.05 MPa計算，以此計算所得結果作為能度不應小于0.3 m。該工程的有些房間設置靜電地板，從靜電地否利用市政供水壓力進行穩壓的依據。如果確實無法滿足穩壓要求，就需要考慮穩壓裝置的設置。地鐵地下車站一般設置在道路下，無法設置高位消防水箱，地面及高架車站的頂層一般為站臺層，建筑側墻多為玻璃幕墻，屋頂為輕型結構，設置高位水箱很難實現，也影響美觀。筆者建議地鐵車站的消防穩壓裝置只設穩壓泵及穩壓罐來滿足消防要求。這種作法，天津、南京、深圳的消防部門均都認可。

2 穩壓裝置的設計計算

2.1 穩壓罐有效容積的確定

在《地鐵設計規范》中未明確穩壓裝置宜取用的設計參數，參考《建筑設計防火規范》規定設置臨時高壓給水系統的建筑物應設置消防水箱，儲存10 min的消防用水量。而地鐵車站不便于設置高位水箱，一些設計者將穩壓罐的有效容積取為10 min的車站消防系統用水量，這種將穩壓罐與消防水箱合并的作法確實能夠滿足規范的要求，但其是否合理還需分析。首先，車站室內消火栓系統的設計流量一般為20 L/s，10 min的消防水量即為12 m3，再加上穩壓罐的調節容積，穩壓罐的體積就會很大，需要占用較大的車站室內空間，不夠經濟合理。其次，穩壓裝置的主要作用是為消防系統提供靜態時的補充滲漏水量，為靜態管網最不利點消火栓或噴頭提供一個可用且穩定的壓力，并隨時為動態(火災時)管網提供消防主泵全負荷運轉前的短時間初期滅火水量。穩壓裝置是與消防主泵聯動的，消防主泵開始啟動時穩壓罐內水位剛好位于有效容積水位，在正常供電條件下，功率在75 kW以下的消防泵啟動時間為23 s，低于15 kW的消防泵不會超過8 s，當消防主泵進入全負荷運行狀態后，穩壓裝置就應停止工作，也就是說穩壓罐內的有效容積水量僅有23 s的系統消防水量被利用，剩余的水量沒有發揮用途。因此，筆者認為這種將穩壓罐與消防水箱合并的設計作法不妥。根據國標圖集98S205《消防增壓穩壓設備選用與安裝》總說明第七條對穩壓裝置的要求為“使氣壓罐內始終儲有30 s消防水量”，鑒于地鐵車站室內空間緊張的特殊情況，建議將穩壓罐的有效容積定為車站消防系統30 s的消防用水量。

2.2 穩壓泵的選型

《高層建筑設計防火規范》7.4.8.1條規定“增壓水泵的出水量，對消火栓給水系統不應大于5 L/s;對自動噴水滅火系統不應大于1 L/s。”條文說明中解釋為“對增壓泵，其出水量應滿足一個消火栓的用水量或一只自動噴水滅火系統噴頭的用水量。”同時滿足上述規定的消火栓系統穩壓水泵的流量為5 L/s，自動噴水滅火系統穩壓水泵的流量為1 L/s。設計者往往以此為依據來確定穩壓泵的設計流量，但筆者認為這種做法不妥，首先需要明確穩壓泵的功能，國標圖集98S205《消防增壓穩壓設備選用與安裝》總說明第八條關于穩壓泵功能的說明“平時管道系統如有滲漏等泄壓情況，控制穩壓泵不斷補水穩壓，在PS1，PS2(啟動—停止)反復運行，一旦有火情管道系統大量缺水，造成PS1壓力下降(PS1－P2)，降至P2時，發出報警信號，立即啟動消防泵，消防泵啟動后，穩壓泵自動停止。”可見穩壓泵的作用僅是為穩壓罐提供壓力保證和補充消防系統管網的滲漏、泄壓補水。如果將其設計流量定位為5 L/s，當穩壓罐的穩壓調節容積較小的情況下，將導致穩壓泵的頻繁啟停，運行不穩定且易發生故障。設想一下，如果在火災發生初期，消防系統只開啟了一支消火栓滅火，而穩壓泵的供水量就能滿足其要求，那么穩壓罐內壓力就不會降至主消防泵啟動壓力，系統將一直由穩壓泵單獨來提供水量、水壓，直至第二個消火栓的開啟。這顯然違背了設置消防穩壓裝置的初衷。筆者建議無論消火栓系統和自動噴水滅火系統為其配備的穩壓泵流量均不宜高于1 L/s，水泵壓力應滿足穩壓罐停泵壓力的要求。

2.3 穩壓罐的設計計算

其中，V為氣壓罐總容積;VΔ為消防貯水容積，VΔ=Vs+Vx+Vp，Vs為穩壓水容積，Vp為緩沖水容積，Vx為有效水容積;αb為工作壓力比，宜采用0.6 ～0.85。

穩壓罐的設計計算主要采用以下公式:

其中，β為容積系數，取1.05;P1為消防系統最低工作壓力;P2為消防系統最高工作壓力，滅火時消防水泵啟動壓力。

計算過程中還會用到PS2(穩壓泵停泵壓力)及PS1(穩壓泵啟泵壓力)兩個設計參數。

下面以大連地鐵某地面車站消火栓穩壓系統設計為例，演示計算過程。此站消火栓設計流量為15 L/s，滿足最不利點消火栓的水力要求所需壓力為0.35 MPa，則Vx=15 L/s×30 s=450 L，P1=0.35 MPa，擬設 P2=P1+0.10 MPa=0.45 MPa，PS1=P2+(0.02 ～0.03)MPa=0.47 MPa，PS2=PS1+(0.05 ～ 0.06)MPa=0.52 MPa，試算如下:

αb值滿足要求，如其超出0.6 ～0.85 的范圍，需調整 P2，PS1，PS2值重新計算。

選用相近容積的φ1 200×2 500，V=2 826 L。

3 結論與建議

1)應當充分地利用市政管網的水壓，在開展設計工作時應和自來水公司落實清楚各車站周邊的市政供水情況，并以此作為設計依據。如確實需要配套穩壓裝置則需與當地的消防部門溝通、解釋地鐵車站取消高位消防水箱作法的緣由，在征得認可后方可實施。2)在工程設計中，應將穩壓罐的計算過程中的各個工作點的壓力值及與其相對應的容積在圖紙上注明，以便于穩壓裝置的調試與運行。

［1］GB 50157-2003，地鐵設計規范［S］.

［2］GB 50155-2003，建筑給水排水設計規范［S］.

［3］GB 50045-1995，高層民用建筑設計防火規范(2005年版)［S］.

［4］賀傳政，賀冠男.消防增壓設施的是與非［J］.給水排水，2010(2):122-125.

［5］靳玉廣，周 煒，馬 葳.地下鐵道建設工程消防穩壓裝置設置探討［J］.給水排水，2007(1):120-121.