新建設模式下軌道交通工程消防給水系統設計

江 琴

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100034）

隨著城軌交通的發展及集約用地的需求，深埋車站、城軌與高鐵、機場GTC大樓結合的大型樞紐站，與商業結合的站城一體化車站，多線換乘車站、車輛段上蓋 TOD開發項目等大型綜合體項目，以一種嶄新的建設模式在國內軌道交通領域得到迅猛發展。各種綜合體項目體量龐大、功能復雜，一旦發生火災，影響范圍大，但國內尚無針對性的消防設計規范，形式比較嚴峻。通過對實際工程的不斷探索，針對軌道交通消防給水系統新的建設模式進行創新，構建了嶄新的具有軌道交通特色的新型消防給水系統，并在相應的工程中得到廣泛應用，為地鐵相關設計規范的編制和修訂提供依據。

1 深埋車站消防給水系統設計

受地勢條件影響，深埋車站也成為重慶地鐵的一個重要特點。自2003年韓國大邱地鐵火災后，重慶地下車站除設置消火栓系統外，同時在車站站臺層也設置了自動噴水滅火系統，室內外全部消防系統設計流量為80 L/s。大部分車站的市政自來水均能從環狀管網獲得兩路供水水源，但市政管網的供水量不能滿足車站消防設計總量要求；市政供水壓力能否滿足車站消火栓及噴淋系統要求，與車站地勢條件和市政自來水廠的相對位置有關。

針對深埋車站，地下車站消防給水系統采用了以常高壓系統為主的設計指導思想，充分利用車站埋深形成靜壓及市政供水條件；車站消火栓及噴淋系統分別采用市政及室外消防水池直接供水的常高壓系統和消防水池消防泵加壓供水的組合方式，以應對市政供水能力不滿足消防用水總量要求的供水條件；同時減少消防水池有效容積及消防泵的配置，節省工程投資。這不失為一種全新的軌道交通消防給水系統設計理念。

10號線二期工程七星崗站站廳覆土56～65 m，車站埋深較深，整體采用暗挖法施工。車站消防水源由市政兩路環狀供水管網供給，市政供水量不滿足室內外消火栓及噴淋系統同時使用的要求，但市政供水壓力滿足除地鐵出入口外車站其他場所消火栓及噴淋系統的使用要求。該站在地面設置消防水池和消防泵房，消防水池有效容積144 m3，儲存2 h室內消火栓系統流量[1]，出入口消火栓系統由消防泵從消防水池抽水加壓供給，站廳、站臺及區間消火栓系統由消防水池直接供給，車站室外消火栓系統及自動噴水滅火系統由市政自來水直接供給，具體如圖1所示。

圖1 七星崗站消防給水系統設計原理Figure 1 Design schematic of fire water supply system at Qixinggang Station

2 地下車站消防給水系統設計

地下車站一般在道路下方設置，地面除出入口和風亭外，無其他建筑設施，消防給水系統設計高位水箱較為困難；而高架車站屋面一般采用輕鋼結構工程，基本無設置高位水箱的條件。

現行國家標準《地鐵設計防火標準》明確規定：地面和高架車站采用消防水泵加壓供水的消火栓給水系統，應設置穩壓裝置和氣壓設備，可不設高位水箱，室內消火栓系統和自動噴水滅火系統的穩壓罐的有效容積均不小于150 L[2]。既有工程地面和高架車站消防給水系統均未設置高位水箱，系統設計應按照《地鐵設計防火標準》的要求執行。地下車站消火栓及噴淋系統是否設置高位水箱，在現行國家標準中暫無明確規定。在實際工程中，地下車站消火栓系統延續了既有工程的習慣做法，未設置高位水箱。當車站設置自動噴水滅火系統時，可在室外地面設置高位水箱，以滿足噴淋系統前10 min的供水要求。然而，室外高位水箱的設置對占地和景觀均造成影響。為解決嚴寒地區高位水箱的冬季保溫問題，需設置高位水箱間，并增設采暖設施。綜合考慮地鐵實際因素，在保證消防給水系統安全性的前提下，地下車站消防給水系統在保證前10 min消防流量高位水箱的設置上，提出了兩種新的設計理念。

2.1 利用市政自來水穩壓替代高位水箱

《消防給水及消火栓系統技術規范》第5.2.2條規定：高位消防水箱的設置位置應高于其所服務的水滅火設施，且最低有效水位應滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力，其中多層公共建筑不應低于0.07 MPa，自動噴水滅火系統最小不應小于 0.10 MPa。第 6.1.9條第3款規定：當市政供水管網的供水能力在滿足生產、生活最大小時用水量后，仍能滿足初期火災所需的消防流量和壓力時，市政直接供水可替代高位消防水箱[3]。

國內大部分城市市政最低供水保障壓力不小于0.14～0.2 MPa，地下車站最不利點的消火栓一般位于出入口通道第一級臺階處，市政供水壓力可滿足最不利消火栓靜水壓力大于7 m的要求，也可滿足站廳噴淋最不利噴頭靜水壓力大于10 m的要求，市政管網供水能力完全滿足初期火災消防流量要求。因此，采用市政自來水進行穩壓替代高位水箱的設計方案，符合現行國家標準的規定。

杭州地鐵3號線某地下車站消防水源由市政環狀管網接出兩根DN200給水管供給，市政供水壓力最低保障壓力為 0.2 MPa，車站消火栓系統從市政管網直接加壓供給，系統設置消防泵和穩壓泵組。在消防引入管上設置一根市政超越管，與消防水泵加壓后的管道連接；在該管道上設置流量開關，動作流量為2.5 L/s；在消防水泵出水管上，設置兩組壓力開關(互為備用)，以保證消防泵同時具備流量開關和壓力開關的啟泵功能。該系統在傳統方案的基礎上增加了市政超越管及流量開關，提高了消防系統安全性，具體方案如圖2所示。

圖2 市政超越管設置Figure 2 Schematic of municipal overtake pipe setting

2.2 噴淋系統高位水箱與消防水池合并設置

現行國家標準《自動噴水滅火系統設計規范》第10.3.3條規定：采用臨時高壓給水系統的自動噴水滅火系統，不設置高位消防水箱時，氣壓供水設備的有效水容積，應按系統最不利處4只噴頭在最低工作壓力下的5 min用水量確定[4]。若按這個要求，地鐵噴淋系統氣壓罐的有效容積將達到1 600 L；氣壓罐體量大，在地下車站布置及運輸都較困難，實施難度大。

當高位水箱設置高度高于車站站廳或站臺噴頭高度時，高位水箱的設置滿足規范要求。當車站室內消火栓和噴淋系統已在室外設置埋地消防水池時，消防水池池底高于車站噴頭高度，在消防水池內疊加18 m3高位水箱的有效水容積，采用高位水箱與消防水池合建的方案，可解決室外設置高位水箱的占地、景觀及冬季保溫等問題。

長春地鐵某車站在出入口附近地坪以下設置了消防水池和消防泵房，消防水池與高位水箱合建，有效容積為270 m3，其中室內消火栓和噴淋系統用水量為252 m3，高位水箱的有效容積為18 m3，消防水池上部為高位水箱的有效容積，消防泵房內設置消防泵及增壓穩壓設施。噴淋及消火栓系統初期火災及火災設計流量均由消防水池兼高位水箱提供，具體方案如圖3所示。

圖3 消防水池與高位水箱合設系統Figure 3 Outdoor fire water supply system design

筆者認為，當市政供水為雙水源環狀供水時，其供水壓力可滿足最不利點噴頭0.1 MPa靜壓；當市政供水能力滿足噴淋和消火栓系統初期火災流量要求時，噴淋系統也可采用市政自來水穩壓的供水方式。

3 交通樞紐站消防給水系統設計

自2009年北京地鐵4號線北京南站樞紐站開通運營以來，地鐵與高鐵、機場合建的大型交通樞紐站越來越多，代表性車站有北京大興機場站、清河站、星火站，以及杭州蕭山機場站和南寧吳圩機場站等。樞紐工程建筑體量大，不同交通功能的建筑在平面和豎向空間相互交叉，設計邊界模糊，國內規范消防設計依據匱乏，綜合體地下車站的消防給水系統設計標準及方案尚無統一定論。

早期北京南站地鐵站廳與高鐵站共用大廳，車站設置室內消火栓系統，在站廳和站臺設置自動噴水滅火系統，室內消火栓系統按地下車站設計標準20 L/s設計，噴淋系統按中危Ⅱ級設計。大興機場站采用與北京南站相同的設計標準，而近期設計的清河站交通樞紐和星火站在特殊消防設計結論中均保留了站廳噴淋系統，取消了車站站臺噴淋系統。

北京地鐵 3號線朝陽綜合交通樞紐總用地面積5.4 hm2，地上2層為公交停車樓，地下2層為樞紐換乘大廳，地下3層和4層為地鐵 M3線和 R4線星火站。地鐵與樞紐大廳通過開敞空間上下連通，通過樞紐大廳分別與京沈高鐵北京朝陽站和公交站進行換乘，樞紐大廳、地鐵站廳和站臺劃分為同一個防火分區，具體如圖4所示。

圖4 朝陽站交通樞紐工程剖面Figure 4 Cross section of Chaoyang Station Transportation Hub

地鐵工程除室外消防給水系統由樞紐統一設計外，室內消火栓和噴淋系統與樞紐工程完全分開獨立設計。按現行國家標準《地鐵設計防火標準》的要求，地鐵室內和室外消火栓系統取20 L/s進行設計。地鐵僅在站廳公共區設置自動噴水滅火系統，噴淋系統按中危Ⅱ級進行設計；在地鐵與樞紐連通口部的地鐵站廳層，設置大空間智能型主動噴水滅火系統，設計流量為20 L/s。

對近幾年樞紐工程消防給水系統設計方案的研究發現，對于樞紐工程不同功能分區的建筑室內外消火栓系統，設計參數分別按照相應行業國家規范的設計標準進行取值。但筆者認為，此種方式僅適合于不同功能建筑消防給水系統相互獨立設置的情況。當樞紐綜合體采用一套消防給水系統，且樞紐之間不同單體防火分區及疏散區域不能完全分開時，室內外消火栓系統的用水量應根據不同功能，取綜合體建筑總體積的最大設計流量作為綜合體消防設計流量。關于噴淋系統設置范圍的問題，筆者認為車站站廳、站臺劃分為一個防火分區，在站廳已設置噴淋的前提條件下，站臺增設噴淋的難度不大，投資增加不多。站臺增設噴淋系統將有效控制站臺的初期火災，對減小地鐵火災蔓延及提高綜合樞紐的整體消防安全性有著積極意義。

4 帶蓋開發車輛段消防給水系統設計

北京地鐵 10號線五路停車場上蓋開發成功的案例得到了軌道交通行業的普遍認可，目前新建工程軌道交通車輛段已普遍按上蓋開發進行設計。上蓋開發功能一般為住宅、學校、商業、停車庫等，也有部分項目蓋板上方為綠地或公園。受規劃條件限制，帶蓋開發車輛段有全地下、半地下和地面等3種形式。

車輛段和上蓋開發項目以車輛段蓋板為界，形成大型綜合體，功能復雜，一旦出現火災相互干擾，影響較大，消防設計無相應規范可遵循，設計難度大。

成都地鐵5號線回龍停車場與11號線停車場共址建設，項目用地面積36.87 hm2，蓋下共有3個單體建筑，為運用庫、材料庫、工程車庫及材料棚。運用庫進行上蓋開發，咽喉區上蓋屋頂綠化，為地上車輛段。蓋下運用庫、材料庫設置自噴系統和室內消火栓系統，工程車庫設置室內消火栓系統，沿消防車道設置室外消火栓系統，具體如圖5所示。

圖5 回龍停車場總平面Figure 5 General plan of Huilong parking lot

4.1 消防給水系統設計參數確定

蓋下各單體建筑的室內外消火栓系統設計參數，應根據車輛段的形式分別取值。對于地面車輛段，單體建筑應根據建筑定性，按地上建筑消防用水量取值；對于半地下和全地下車輛段，位于地下部分的單體建筑應按地下建筑消防用水量取值。

4.2 自動噴水滅火系統設置范圍

根據《地鐵設計防火標準》第7.4.1條要求，建筑面積大于6 000 m2的地下、半地下和上蓋設置了其他功能建筑的停車庫、列檢庫、停車列檢庫、運用庫、聯合檢修庫，應設置自動噴水滅火系統。

目前車輛段除以上單體建筑外，蓋下物資庫等丙類倉庫根據《建筑設計防火規范》的要求，也設置了自動噴水滅火系統。蓋下的工程車庫是否設置噴淋系統沒有定論。筆者認為，工程車庫為丙類廠房，建筑整體消防設計要求較高，與建筑消防設計相匹配，工程車庫宜設置自動噴水滅火系統進行保護。

4.3 咽喉區消防給水設計

咽喉區周圍設置消防車道，咽喉區消防是否按區間消防進行設計一直都有爭議，既有工程消防給水系統有按區間設置室內消火栓口，也有按室外消防沿消防車道設置室外消火栓的設計方案[5]。目前，行業內普遍認為：咽喉區一般為地鐵出入庫列車經過，列車不載客，咽喉區除設置軌道、接觸網等設施外，無其他設施，可視為安全區考慮。

對于地面車輛段，咽喉區消防給水系統應沿周圍消防車道設置室外消火栓，所設置的間距適當加密，按不大于50～80 m進行設計。對于半地下和全地下車輛段，除按地面車輛段設置室外消火栓外，咽喉區宜按區間設置區間消火栓口，并在適當位置設置水龍帶箱，以增加地下車輛段火災的救援能力。

5 結語

國內軌道交通在迅猛發展的同時，新的建設模式層出不窮，大型綜合體項目日益增多，在缺乏相應規范的情況下，軌道交通消防給水設計也面臨不斷的挑戰和技術創新需求。

筆者認為：針對地下車站，在市政供水能力及壓力均能滿足地鐵使用要求的前提條件下，地下車站的消防給水系統應充分利用地下工程形成的靜壓，采用常高壓消防給水系統，消防前10 min流量也可盡量利用市政自來水解決；針對大型交通樞紐項目，消防給水系統如何構建，應在充分考慮地鐵車站與樞紐融合程度的前提下，分別考慮不同的策略；帶蓋開發的車輛段項目消防給水系統設計，則應與建筑消防整體設計保持一致性。在確保消防給水系統供水安全可靠的前提條件下，如何利用軌道交通的特點，構建更優的適合地鐵的消防給水系統，還值得進一步探討及論證。