高壓細水霧滅火系統在大型綜合交通樞紐工程中的應用與探討

陳 新,程 茀

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

1 概述

隨著中國城市化進程的加速，軌道交通快速發展，為了解決城市交通問題，一批大型綜合交通樞紐紛紛出現。所謂交通樞紐通常涵蓋多種交通方式，如：鐵路、公交和地鐵等，功能復雜，人員設備密集，多采用地下大空間的建筑形式。它的這些特點使其防范火災的要求更為嚴格。火災的風險無需贅言，而在軌道交通系統中，由于地下空間疏散困難，火災的危害更為突出，長期以來，為了更好解決這一難題，發展了各種各樣的措施和技術。在這些措施和技術的基礎上，在天津站綜合交通樞紐工程的設計中，以節能、環保和以人為本的設計理念，通過研究、方案比選和性能化防火設計，采用高壓細水霧滅火系統替代氣體滅火系統，一舉解決了大型綜合交通樞紐電氣設備房間的消防設計難題。

2 大型綜合交通樞紐的特點

城市綜合交通樞紐涵蓋多種交通方式，采用立體換乘模式增強交通便捷性，空間大、通道復雜、人員和設備高度密集，層高也較大，造成很多地下大空間區域，同普通的地鐵車站比較其電氣設備房間的容積也更大。這種特殊性就使其消防安全更加重要。

3 大型綜合交通樞紐火災危險性分析

大型綜合交通樞紐的火災比一般地鐵火災發生的可能性更大，尤其電氣設備房間數量多，面積差別大，火災撲救困難，火災復燃危險性高。大型綜合交通樞紐火災的主要特點如下。

(1)發生突然，難于預防。樞紐內空間巨大，無人值守房屋多，發生火災的時間和地點無法預判，及時發現也很難。

(2)設備多，疏散障礙多，由于建筑體量大，排煙系統工作負荷大，火災時發煙量巨大，一旦濃煙不能及時排除。對人員疏散逃生和火災撲救都將帶來很大的障礙、發生群死群傷災害的風險大。

(3)火勢蔓延快，地下空間排煙排熱難，產生高溫煙氣氣流對人體會產生巨大的傷害，威脅現場遇險和救災人員的生命安全，同時會造成地下洞室溫度積聚后快速升高，加速發生“爆燃”的風險。

(4)地下空間情況復雜、變化快，外部進入進行火災撲救很困難。

4 高壓細水霧滅火系統應用在大型綜合交通樞紐中的可行性分析

4.1 國內外已建成的地鐵設備房間消防設施現狀及存在問題

國內外已運營的地鐵的設備房間的自動滅火系統多采用七氟丙烷或IG541混合氣體，在天津站綜合交通樞紐項目建設之初，也曾考慮是否可以采用傳統的氣體滅火系統來保證樞紐設備用房消防安全，但是在已建成的地鐵建設及運營中發現目前采用的氣體滅火系統存在一些問題。具體問題如下。

(1)高壓儲氣瓶安全防范要求高，運營檢修風險高。

(2)噴放時對管道的沖擊載荷可能破壞固定支架，帶來安全隱患；噴頭處產生的沖擊力及噪聲，可能造成人員恐慌，嚴重時可能造成傷亡事故，噴放后需要重裝儲氣瓶，系統恢復用時長。

(3)在地下工程中，土建部分投資高，可謂寸土寸金，如采用氣體滅火系統，氣瓶間會占用更多的面積，在設備房間很多的綜合樞紐中，這一缺點較普通的地鐵工程更為凸顯。

(4)維護和運營成本高，需專業人員進行維護管理。

(5)一個保護區對應一根輸氣管線，輸氣管線多，占據大量吊頂內空間，綜合管線排布困難。

4.2 高壓細水霧滅火系統應用在大型綜合交通樞紐中的可行性分析

針對上述的氣體滅火系統在地鐵工程出現的種種問題，結合高壓細水霧滅火系統和大型綜合交通樞紐工程的實際特點，2006年，在天津站綜合交通樞紐工程的可行性研究中，首次提出了采用高壓細水霧滅火系統替代氣體滅火系統的方案，并于2006年將《細水霧滅火系統在地鐵中的應用與研究》列為院級科研項目。2009年12月完成了該科研項目的全部工作并通過了鐵三院專家組的項目評審。2012年10月天津站綜合交通樞紐工程高壓細水霧滅火系統通過了天津市消防局的驗收。

4.2.1 高壓細水霧滅火系統的基本概念和特點

細水霧滅火系統是在特定的工作壓力下，采用特殊噴頭，以水為滅火介質，噴灑細水霧進行滅火或控火的一種固定式滅火系統。由于采用水為滅火介質，更為環保同時擁有良好的滅火性能；通過控制細水霧霧滴直徑，保證良好的電絕緣性能；動力來源于柱塞泵，具備連續、重復噴放滅火能力。

其滅火機理為：汽化降溫、隔氧窒息、乳化作用、浸潤作用、洗滌作用、屏蔽作用[1-2]。

4.2.2電氣設備房間設置高壓細水霧滅火系統的安全性分析

安全性分析主要針對設備、人員和系統自身3個方面。

(1)電氣設備安全

使用水介質來撲滅電氣設備火災，其安全性是關注的焦點，國內外很多研究機構為評價細水霧保護電器和電子設備的可行性，廣泛開展了全尺寸的滅火實驗，例如：針對地鐵常用的整流器，在其正常通電工作(無火災)的極端條件下，進行高壓細水霧冷噴實驗。噴放中抽取一個時間段觀察設備工作狀態，并在噴放后測量其絕緣電阻值。

通過這些，可以證明細水霧系統在滿足滅火要求的同時，對于電氣設備正常工作不產生影響，當然，從測到的絕緣電阻值也可以發現，在噴放過程中，電阻值是在下降的，即如果噴放時間過長，產生水漬，對電氣設備還是存在危害，這就需要現場工作人員及時操作停止噴放。

(2)人員安全

高壓水經霧化器充分霧化后，噴出的水霧如煙一般，灑水均勻，沖擊力很小，不會造成人員傷害。因此，滅火過程中，并非必須進行人員疏散，特別適用于有人值班的場所。

(3)系統安全

①管道、管件采用不銹鋼材質。

②水質經多級過濾，確保系統不會堵塞。

③卸載閥，確保管網壓力恒定在設計值范圍內。

④安全泄壓閥，確保系統管道的安全。

⑤控制方式：自動控制、手動控制和機械應急。

⑥噴頭的性能化布置，保證滅火的同時，也充分考慮系統噴放對設備的影響。

4.3 技術優勢

(1)設備占用空間小，泵房通常面積為15～20 m2，也可與樞紐消防泵房合建，不單獨占據面積，有效節約寶貴的地下建筑空間。

(2)系統管線數量和管徑較氣體滅火系統大大減少，只需一根DN25左右的干管，在管線多且復雜的樞紐工程中，大大有利于管線的排布。

(3)系統控制方式和工作形式多種多樣，更有利于針對不同防護區的特點，選用更為經濟合理的系統形式。

(4)系統滅火介質為水，取材方便、低廉，環保。

(5)系統日常維護簡單，有效降低運營費。

(6)在水源保證情況下，具備連續和反復工作能力，滅火能力更強。

(7)對防護區的空間密閉性要求低，可在敞開空間使用。

(8)可局部應用，保護獨立的設備或設備的某一部分，也可采用全淹沒系統，保護整個空間。

4.4 經濟比較

通常觀點認為高壓細水霧系統由于設備和主材價格高，工程造價遠遠高于氣體滅火系統，但是對于大型交通樞紐，由于其規模大、防護區多，高壓細水霧系統可以采用一套泵組設備覆蓋整個樞紐，工程總造價并不高于氣體滅火系統，凸顯了其規模經濟效應優勢；再考慮到遠低于氣體滅火系統的運營維護費用，高壓細水霧系統具有更低的年均成本。

5 高壓細水霧滅火系統的應用

天津站換乘交通樞紐地下部分共有4層：地下一層配合市政開發為交通層；地下二層為地鐵2、3、9號線車站的站廳層；地下三層為地鐵2、9號線的站臺層和地鐵3號線的設備層；地下四層為地鐵3號線的站臺層。地鐵2號線車站為側式站臺車站，9號線采用一島兩側式站臺形式，3號線車站為島式車站。天津站交通樞紐防護區數量共有89個，布置分散，平面最遠相距360多m，高度上相差12 m左右。采用氣體消防時，由于管線不能跨越軌道，若采用氣體滅火系統可能需要設置17個氣瓶間才能保護所有防護區，而采用高壓細水霧系統只需1個。

5.1 系統設計

5.1.1 系統選型

考慮細水霧滅火系統相對氣體滅火系統具有較強的可持續控火及滅火的能力，系統選用泵組式細水霧自動滅火系統，在地下一層設置一套高壓細水霧泵組保護所有的滅火區域。

考慮地鐵運營安全性的要求采用開式系統，每個保護區設置一套區域閥組，閥組設置于各個對應的保護區門外，保護區內輸水管道平時處于無水狀態。當閥組接收到兩路獨立報警信號報警后，控制閥組發出信號，開啟水泵及相應閥門實施滅火。該設置方式還改變了氣體滅火系統每個防護區都需設置一個輸氣管線的做法，只設置一根輸水干管，每個防護區從該干管接出支管，這種方式將管線數量有十多根降至一根，管徑由DN100降至DN25。

5.1.2 系統控制模式

系統設3種控制方式：自動控制、手動控制和機械應急操作。火災報警控制器在接收到2個獨立的火災復合報警信號后，延時0～30 s自動發出控制信號打開區域控制閥組，啟動高壓泵組。每個防護區門口設有啟動、停止按鈕，當人目測確認火災或自動控制還未動作或失靈時，可以按下就地啟動按扭來啟動系統。在報警控制器發出啟動信號后的延時時間發現系統誤報警時，可按下就地停止按扭來解除啟動信號。

當系統自動控制、手動緊急啟動按扭控制失靈時，可以進行機械應急操作，可人工打開區域控制閥組內的手動分區控制閥，應急啟動滅火系統主泵。火災被撲滅后，必須在控制盤手動關閉系統。

在消防控制中心設有高壓泵組遠程啟動/停止按扭，可對高壓泵組進行遠程啟動或停止操作并能顯示其啟停狀態。每個防護區的入口或附近便于觀察的地方設置聲光報警器及噴放指示燈。防護區內所有的通風、排煙系統及管道在滅火前應能自動停止工作并關閉相應的閥門，所有設備的動力電源及可燃氣源應連鎖關閉。

在滅火過程完成后，系統應能立即聯動相應區域的機械通風裝置，對高壓細水霧噴放區進行通風干燥，以便盡快進行修復工作。手動操作點均應設明顯的永久性標志。

5.2 高壓細水霧滅火系統的經濟性分析

根據天津站交通樞紐軌道換乘中心的工程條件，以七氟丙烷及IG541氣體滅火系統和高壓細水霧滅火系統進行經濟比較，詳見表1。

表1 氣體滅火系統與細水霧滅火系統經濟比較

注：1.氣體每年維護費按設備費的6%計算；2.細水霧每年維護費按1萬元計算；3.維護按20年計算。氣體滅火劑每10年更換1次，費用同設備費中滅火劑的費用。

由表1可以看出，在滅火設備的造價方面，氣體滅火系統高于高壓細水霧系統；在土建造價方面，按每平米造價1萬元計算，高壓細水霧滅火系統為20萬元，遠低于氣體滅火系統的127.5萬元；在維護費用方面，高壓細水霧滅火系統遠低于氣體滅火系統，僅為氣體滅火系統的4‰。

從以上分析可以看出，在總造價上，高壓細水霧滅火系統要低于其他氣體滅火系統，特別是從長期使用的角度來看，具有很高的使用價值和很低的年均成本。

6 結論與探討

通過分析大型綜合交通樞紐的工程特點、火災危險性和高壓細水霧滅火系統的技術經濟優勢，并結合天津站綜合交通樞紐工程的實例分析，可以發現高壓細水霧滅火系統的特點極其適合應用到大型綜合交通樞紐工程中，符合我國在新時期軌道交通建設中對節能、低碳、環保的要求，既可節約大量的工程投資和運營維護費用，又可提高滅火系統的可靠性和火災安全性，在大型綜合交通樞紐工程中有廣闊的推廣應用前景。

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