隧道工程水消防增壓系統壓力啟動模式優化分析

張鑫峰

上海市隧道工程軌道交通設計研究院 上海 200235

城市地下隧道軌道交通工程的消防系統供水，一般由城市給水干管引入兩路進水管，其中管網壓力和管網水量是消防系統設置模式的限制性條件。當城市管網壓力不能滿足消防水壓要求時，消防泵直接從城市管網抽水，不設消防水池；當市政給水不能滿足消防水量要求時，為了保證供水安全性，需增加消防水池[1]。

市政直接供水和消防水池供水是兩種常見的供水形式。下面針對這兩種不同形式的供水方案，著重分析壓力自動起泵控制點位的設置方案。

1 市政直抽增壓方案

城市地下隧道軌道交通工程通常穿越市政配套成熟的中心城區，雖然該區域市政給水管網密集，具備兩路供水的先天條件，可以有效保證車站的供水安全。但由于中心城區市政管網距離城市水廠較近，管網富余水壓較高，且市政管網水壓波動較大，無形中增大了采用市政直抽增壓供水自動起泵控制點位的設計難度。

自來水公司通常情況下不出具用水節點實時水壓數據，僅承諾給水節點水壓不低于國家規定的0.14MPa，為了保證消防增壓系統的可靠性。消防增壓設備參數設計過程中往往以最低值計算水泵揚程，這種設計模式，雖然保證了消防供水的可靠性，但水泵的揚程往往不能根據用水節點最低水壓達到合理選型、經濟節約的設計初衷。一方面，近中心城區的地方，市政節點水壓正常情況下都可以達到0.4MPa，倘若按照實際節點水壓值，消火栓增加設備基本上沒有設置的現實必要。出于安全供水的實際需要，根據最低水壓值的相關要求，又增設增壓穩壓設備[2]。

市政直抽增壓方案系統示意圖如下：

從市政給水管網設計直接抽水的方案，在增壓泵組后設置3處電接點壓力表。1號電接點壓力表控制穩壓泵的啟停狀態；2號電接點壓力表控制消防主泵的啟動狀態；3號電接點壓力表控制管網的最高、最低報警壓力（最高報警壓力=管網安全泄壓閥的泄壓值，最低報警壓力=消防泵啟泵壓力-1m）。

消防泵主泵設計揚程按照在市政最低水壓0.14MPa前提下，滿足最不利點消火栓壓力需求不小于0.25MPa計算。穩壓泵設計揚程在主泵基礎上增加0.05-0.10MPa。

業內對于穩壓泵是否參與消防，存在兩種分歧。第一種主流觀點，穩壓泵不參與消防。一方面在于著火后穩壓泵水量較小，達不到滅火的水量要求。另一方面，設置穩壓泵的目的僅僅是為了補償管網滲漏水，維持管網正常壓力需求。另一種觀點為穩壓泵參與火災初期消防自救，在消防主泵啟動時穩壓泵停止工作。筆者認為穩壓泵參與初期火災，可以有效避免消防主泵頻繁啟動。只有在穩壓泵及氣壓罐無法滿足水量需求的情況下，消防主泵再參與進來，一方面在一定程度上可以避免因誤開消火栓造成主泵啟動的情況發生；另一方面可以減少因自救式卷盤挪為他用情況下，不頻繁啟動主泵[3]。

根據《消防給水及消火栓系統技術規范》圖示，針對設置有消防泵及穩壓泵的系統，穩壓泵起泵壓力P1≥P不利市政穩壓(0.15MPa)，穩壓泵停泵壓力P2=P1/0.85。消防泵啟泵壓力P=P1-(0.07-0.10)。通常情況在地下車站，由于最不利點消火栓水壓P不利市政穩壓=0.14MPa +0.08MPa＞0.15MPa,致使發生火災前期,由于用水量少,管道水損低,管網壓力短時間內壓降無法滿足穩壓泵及主泵啟泵條件，致使延誤撲滅初期火災最佳時機。

鑒于此，為了避免中心城區管網壓力過高，消防主泵不能正常啟動的特殊情況。筆者認為為了保障最不利點栓口動壓要求，電接點壓力表控制點位設計如下：1號電接點壓力表的上下限對應穩壓泵的啟停狀態，穩壓泵起泵壓力P1需滿足最不利點動壓不小于0.32MPa，穩壓泵停泵壓力P2=P1/0.85。消防主泵起泵壓力P需滿足最不利點動壓不小于0.25MPa[4]。

消防主泵起泵壓力選在滿足最不利點動壓不小于0.25MPa有如下原因：首先，消火栓栓口動壓不小于0.25MPa情況下，可以滿足最不利點消火栓栓口不應小于0.25MPa的規范要求；其次，由于采用市政直抽的設計方案，最不利點存在大于0.25MPa的情況，在不啟動消防泵的情況下，可滿足消防水壓要求。基于該原因，起泵壓力值大于0.25MPa，一方面會造成消防主泵頻繁啟動；小于0.25MPa，水泵基本上形同虛設，無實際意義。

消防水泵直抽的形式水泵啟動流程如下：正常情況下最不利點P不利介于P1與P2之間：(1)當P不利壓力下降至P1時，穩壓泵啟動，給消防管網補水；(2)當P不利升至P2時，穩壓泵停泵；(3)穩壓泵啟動，P不利持續下降，當下降至P時，消防主泵啟動同時穩壓泵停泵。

筆者認為消防水直抽的消防系統，將穩壓泵起泵壓力設置在滿足最不利點栓口動壓始終不低于0.32MPa，消防主泵起泵壓力設置在滿足最不利點栓口動壓始終不低于0.25MPa，這樣做可以有效消減市政水壓波動對車站消防系統的影響，消防主泵是否啟動，均不影響最不利點消火栓的使用需求。另外最不利點栓口動壓始終不低于0.25MPa，一方面避免消防泵頻繁啟停，另一方面可以盡量利用市政富裕水頭。增大消防泵起泵的壓力值，為保證管網消防供水安全，具有現實意義。

2 消防水池增壓方案

針對偏遠郊區及周邊市政當市政給水暫時配套不全的地方，由于周邊管線不能滿足消防水量要求，為了保證供水安全性，需增設消防水池。消防增壓穩壓系統直接從消防水池抽水。由于設置了消防水池，使室內消防環管與室外市政給水管隔離開來，市政富余水壓不直接作用于室內消防環管。由于消防水泵自動起泵的壓力控制點無市政水壓波動等因素的影響，使該系統在起泵點位控制上相對簡單[5]。

由于遠郊區市政供水存在覆蓋不全，管線不完善的特殊情況，增設消防水池是大部分地區自來水公司的推薦選項?？紤]到隧道工程消防供水的可靠性，增設消防水池成為不二之選。

消防水池增壓方案系統示意圖如下：

增設消防水池的消防系統，從消防水池直接抽水的設計方案，電接點壓力表設置情況同直接抽水的方案，根據需要設置3處電接點壓力表。1號電接點壓力表控制穩壓泵的啟停狀態；2號電接點壓力表控制消防主泵的啟動狀態；3號電接點壓力表控制管網的最高、最低報警壓力（最高報警壓力=管網安全泄壓閥的泄壓值，最低報警壓力=消防泵啟泵壓力-1m）。

消防泵主泵設計揚程按照滿足最不利點消火栓壓力需求不小于0.25MPa計算，穩壓泵設計揚程在主泵的基礎上增加0.07MPa，為保證水泵啟動瞬時超壓需要設置減壓閥[6]。

根據以往工程實際案例，筆者認為1號電接點壓力表的上下限對應穩壓泵的啟停狀態，穩壓泵起泵壓力P1需滿足最不利點動壓不小于0.25MPa，穩壓泵停泵壓力P2=P1/0.85。消防主泵起泵壓力P需滿足最不利點動壓不小于0.18MPa。這樣設置水泵自動起泵點位，可以保證消防主泵在投入使用時可以盡快參與消防，減小響應時間。

消防主泵起泵壓力選在滿足最不利點動壓不小于0.18MPa有如下原因：首先，消火栓栓口動壓不小于0.18MPa情況下，可以滿足最不利點消防水槍具有10米充實水柱出水要求；其次，穩壓泵的起泵壓力值高于主泵起泵壓力0.07MPa，滿足《新消規》“5.3.3-2穩壓泵的設計壓力應保持系統自動啟泵壓力設置點處的壓力在準工作狀態時大于系統設置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07MPa～0.10MPa”規范相關指導意見；再次，消防系統準工作狀態的壓力可以不小于0.15MPa的相關要求。

根據該方案，電接點壓力表控制消防泵的啟停，穩壓泵及主泵水泵啟動流程如下：正常情況下最不利點P不利介于P1與P2之間，1、當P不利壓力下降至P1時，穩壓泵啟動，給消防管網補水；2、當P不利升至P2時，穩壓泵停泵；3、穩壓泵啟動，P不利持續下降，當下降至P時，消防主泵啟動同時穩壓泵停泵。

筆者認為設置消防水池的消防系統，將穩壓泵起泵壓力設置在滿足最不利點栓口動壓始終不低于0.25MPa，消防主泵起泵壓力設置在滿足最不利點栓口動壓始終不低于0.18MPa，具有現實意義。穩壓泵啟停壓力區間需保證自救式卷盤消防供水水壓需求，消防主泵起泵壓力滿足管網充水設計要求。

3 結語

綜上所述，鑒于地下隧道消防通常采用直抽及消防水池供水的兩種不同設計模式，穩壓泵是否參與初期消防眾說紛紜。筆者認為提高穩壓泵設計標準，讓穩壓泵參與日常滲漏及初期火災，根據不同消防水泵吸水模式采用適合的起泵控制點位具有現實意義：（1）市政直抽增壓方案：穩壓泵起泵壓力P1需滿足最不利點動壓不小于0.32MPa，穩壓泵停泵壓力P2=P1/0.85。消防主泵起泵壓力P需滿足最不利點動壓不小于0.25MPa。（2）消防水池增壓方案：穩壓泵起泵壓力P1需滿足最不利點動壓不小于0.25MPa，穩壓泵停泵壓力P2=P1/0.85。消防主泵起泵壓力P需滿足最不利點動壓不小于0.18MPa。