地鐵工程水消防系統的設計要點分析

劉啟志

（佛山軌道交通設計研究院有限公司，廣東 佛山 528315）

1 工程概述

本文選取廣州市軌道交通7號線一期工程西延順德段工程作為研究對象，探討該工程所包含的各項水消防系統設計。工程線路總長約13.45 km。共設8座地下車站，共有1座停車場，1座主變電站，控制中心設置在大石控制中心。線路起于美的大道站，出站后沿益豐路向西南方向敷設，大洲站為終點，與廣州市軌道交通七號線一期工程連接。

2 消防水系統的組成

我國地鐵水消防系統的組成主要包括消火栓及自動噴淋系統、滅火器以及自動滅火系統。全線車站及地下區間均設有室內消火栓系統。消防按同一時間發生一起火災計，車站根據市政水源和水壓等情況，接出兩路消火栓給水干管并在站廳層水平成環和通過立管與站臺層管網連接豎向成環，使消火栓給水系統形成立體環狀供水管網。

車站兩端左右線分別向地下區間隧道引入一根DN150消防給水干管，沿隧道行車方向右側布置，根據消火栓保護劃分界面，使車站及相鄰區間形成一個完整的環狀消防給水管網。車站出入口設置水泵接合器，每個消防水泵接合器15～40 m范圍內設置室外消火栓，室外消火栓設置數量應滿足滅火救援要求，且不應少于2個。車站便民設施或小型商鋪按中危險級Ⅰ級設置自動噴水局部應用系統。

全線車站均設有滅火器及微型消防站，滅火器危險等級按照嚴重級計算，并在每個滅火器箱內配自救面具二套。對此，為保證地鐵工程的正常運營和消防安全，盡可能減少火災發生后的經濟損失及盡快恢復地鐵的正常運營，地下車站的重要電氣設備用房采用自動滅火系統進行保護。

3 水消防系統設計的方案細節

3.1 消防水源的方案比選

在地鐵設計中，城市中心區地鐵車站一般均能滿足兩路供水，在遠離市區或發展新區的地鐵車站一般只能滿足一路供水。因此結合地鐵車站的市政條件，一般會有以下兩種消防供水方案。當室外為兩路供水條件的地段，且水源有足夠的流量和壓力可以滿足車站消防用水要求時，室內消火栓系統可由市政給水管網直接供水，系統為常高壓系統。

根據《水消規》相關規定，一路供水條件的地段，車站需要設置儲存全部室內消防用水量的臨時高壓給水系統。從市政給水管網中引入一根市政自來水管，在車站室內部設置消防水泵房，并配備滿足消防用水量的消防水池，以保證室內的消防供水。

比較兩路供水方案與設置一路供水設置消防水池的實際應用狀況，可知后者相比前者具有一定的優勢。

（1）由于火災事故發生時用水需求量大，直接會影響市政給水管水壓，導致栓口出水壓力偏低，而消防水池平時存有消防用水量，平時只需要在48 h內補水，對市政管網正常工作影響較小。

（2）在運營成本及工程實施界面上，兩路供水的車站需要設置兩塊水表，維護成本較大，并受到城市控規及周邊用地要求影響，若自來水主管單位后期反饋不具備接管條件，對工程的推進有較大影響。設置消防水池，使得外部工程實施界面條理化與簡單化，能夠為消防用水提供可靠的安全保障。因此本工程最終選擇一路供水設置消防水池及消防水泵的設計方案。

3.2 區間消防供水的設置方案

（1）車站與相鄰兩個半區間形成一個完整的環狀消防給水管網，即“一站兩個半區間”。該方案在區間中部聯絡通道處，在道床上設置過軌連通管形成消火栓供水環網。該方案能有效縮短長距離區間的消火栓口出水時間，減少消火栓環網的水頭損失，減低車站消防泵組的揚程，也能縮短火災自動報警系統的控制范圍，更有利將報警信號傳達到消防泵組。但根據以往的施工經驗，道床的預留消火栓管槽一般難以預留準確，一旦遺漏需要鑿除軌道部分的回填層，梯形道床一般留200 mm管槽供施工安裝，實施難度較大，且消火栓過軌管一般容易出現滲水，難以維修，容易發生安全事故。

（2）車站與相鄰一個區間形成一個完整的環狀消防給水管網，即“一站一區間”。考慮消火栓過軌管在施工期的安裝難度及運營期的檢修難度，近年來的新線設計，均逐步考慮車站采用“一站一區間”的消火栓保護范圍模式。車站的區間消火栓管提升至相鄰車站的站廳層風道內進行連通，避免消火栓過軌管在區間的作業施工，也便于后期運營維護。但相應的消火栓供水壓力要求和火災自動報警系統控制難度加大，需要采用水力模型進行各種事故工況分析。

3.3 自動噴水局部應用系統的設置方案

車站商鋪在新一輪的地鐵建設大潮中，作為地鐵商業資源開發的一種主要形式，在給地鐵乘客提供便利、穩定運營客流量、增加運營收入的同時，也給地鐵消防安全帶來了新的考驗。根據國內既有地鐵商鋪的火災試驗，火災發生轟燃的時間短、發熱量大、產生的有毒有害氣體濃度高，一旦發生火災，極易導致嚴重后果。因此有必要對商鋪增強消防滅火設施的配置，國內不少城市地鐵根據相關規范要求設置自動噴水局部應用系統，如深圳地鐵4號線、廈門地鐵1號線、佛山3號線等[1]。

本工程在車站小型商鋪及便民設施設置自動噴水局部應用系統，中危險級Ⅰ級，噴水強度為6 L/（min·m2），持續時間為0.5 h，采用K=80的快速響應噴頭（公稱動作溫度68 ℃），采用通透性吊頂或不設吊頂時采用上噴式噴淋頭，有扣板吊頂時采用下噴式噴淋頭，最不利點灑水噴頭處設末端試水裝置。

考慮車站最大商鋪面積不大于30 m2，同時開放的噴頭數量不多于6個，用水量不大于10 L/s，車站室內消火栓系統設計流量滿足的情況下，合用室內消防用水量、穩壓設施、消防水泵及供水管道等。局部應用系統應設置遙控信號閥、水流指示器和壓力開關，分別傳遞開閉信號、流量信號和壓力信號給火災自動報警系統，以確保管網在待工作及正常工作狀態下，均能保持正常水壓，確保滅火效果。

3.4 自動滅火系統的方案比選

目前，國內多數城市的地鐵工程所搭載的自動滅火系統介質一般為三種，七氟丙烷氣體滅火系統、IG541氣體滅火系統、高壓細水霧自動滅火系統。所選的滅火劑除滿足電氣設備滅火的技術要求外，應考慮毒性對人的危害并滿足環保等方面的要求，必須安全可靠、技術先進。其中七氟丙烷在高溫滅火條件下可分解產生氫氟酸，對重要電子設備儀器有腐蝕風險，嚴重時可造成人員傷亡或設備停止運行。因此，七氟丙烷介質的安全性能較差，不宜用于地鐵車站的電氣設備。對IG541氣體滅火系統、高壓細水霧自動滅火系統兩種介質技術經濟對比分析[2]。

IG541氣體滅火系統是采用52%氮氣（N2）、40%氬氣（Ar）和8%二氧化碳（CO2）三種惰性氣體的混合物作為滅火介質的自動滅火系統。其滅火機制為窒息，即通過噴放惰性氣體混合物，迅速使防護區氧氣濃度從21%降低至可燃濃度以下，使燃燒物因缺氧而停止燃燒達到滅火目的，在規定的濃度范圍內使用對人體無害，保護電子儀器設備。需要在車站設置儲存氣瓶及管道氣態高壓輸送，鋼瓶維修保養不當會有爆炸的風險，此外鋼瓶占地面積大、鋼瓶數量多，會增加車站土建的建設成本。

同時，根據《氣瓶安全技術監察規程》（TSG R0006—2014），鋼瓶需每3年進行一次特種設備檢測和氣體充裝，使用年限達到20年需全部更換，維護價格昂貴。以該工程標準站作為投資成本比較單元，IG541氣體滅火系統初期投資費用為140.68萬元，考慮氣體鋼瓶檢測費、日常維護費、折現率等費用，其30年全生命周期費用為687.45萬元。

高壓細水霧滅火系統的滅火介質為水，來源方便，價格低廉，對人員和環境安全、環保，適用于撲救相對封閉空間內的可燃固體、可燃液體和帶電設備火災。其滅火機制為冷卻、隔絕輻射熱、消煙、持續控火及至滅火等四個優點。優點主要為占地空間少，只需設置一個水泵間（泵房地面與室外出入口地坪高差少于10 m）就可以滿足系統的使用要求；系統為臨時高壓系統，平時以穩壓泵往管網充水，危險性較小，且自帶巡檢功能，維護相對簡單。但災后系統噴放的排水除濕所需時間較長，同時且對電氣設備可能造成二次水漬損失，應及時進行災后排風。

以該工程標準站作為投資成本比較單元，高壓細水霧滅火系統初期投資的費用為240.10萬元，充分考慮箱體水源更換、日常維護費、折現率等費用，其30年全生命周期的費用為434.91萬元。

從技術方面上，兩種自動滅火系統在設計、施工、運維階段各有其優缺點，而高壓細水霧滅火系統在運維階段更易于管理和維護；從經濟性方面上，高壓細水霧滅火系統在工程初期建設成本較高，但運營維護費用低，在30年全生命周期內，其綜合費用低于IG541氣體滅火系統，前者的周期費用約為后者的63.3%，高壓細水霧滅火系統更具有經濟優勢。因此，本工程最終選擇高壓細水霧滅火系統作為重要電氣設備房間的自動滅火系統。

4 結語

綜上所述，本文通過實際工程案例對地鐵水消防系統的設計要點進行分析，加強對地鐵水消防系統的理解，掌握技術重難點，落實到給排水設計的工作中，嚴格地按照相關標準規范實施，保障地鐵水消防系統的安全性，為廣大的乘客生命安全提供保障。