軌道交通消防給水系統(tǒng)演變與優(yōu)化

穆育紅

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加速，軌道交通建設(shè)進(jìn)入成熟期，作為軌道交通的主要組成部分，消防及運(yùn)營(yíng)安全越來(lái)越受到重視。近年來(lái)消防規(guī)范不斷更新，專(zhuān)用于地鐵的防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)布實(shí)施。由于各地市政水源條件、市政自來(lái)水部門(mén)要求、消防強(qiáng)審與驗(yàn)收部門(mén)要求不同，目前各條線路消火栓系統(tǒng)方案差別較大，如上海地鐵13號(hào)線1、2、3期，北京地鐵14號(hào)線，北京地鐵八通線南延、北京地鐵19號(hào)線等，它們開(kāi)通的時(shí)間不同，遵守的消防規(guī)范不同，地鐵線路的消防方案也有區(qū)別。對(duì)不同時(shí)期線路的消火栓給水系統(tǒng)方案梳理和分析研究，以期探索找到符合地鐵項(xiàng)目特點(diǎn)的消防方案，提高地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

1 軌道交通消防給水系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范差異性分析

軌道交通的消防規(guī)范版本不斷更新，專(zhuān)門(mén)針對(duì)地鐵的消防標(biāo)準(zhǔn)也已頒布實(shí)施。GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、GB50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB50084—2017《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》，是最近幾年新線地鐵建設(shè)中用到的最新設(shè)計(jì)規(guī)范。這些新規(guī)對(duì)地鐵消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案帶來(lái)新的調(diào)整，甚至可以說(shuō)是變革。

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》于2014年開(kāi)始施行，比之前使用的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》增加了很多新條款、新要求，而且其他消防規(guī)范也相繼更新，對(duì)地鐵消防設(shè)計(jì)有很大影響，且部分條款難以執(zhí)行。

2018年底《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》開(kāi)始實(shí)施，與消火栓規(guī)范的條款有一些差異，見(jiàn)表1。《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范的調(diào)整，更適用于地鐵工程的消防給水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，在執(zhí)行規(guī)范時(shí)消防系統(tǒng)方案更加合理，而且便于實(shí)現(xiàn)。

表1 消防規(guī)范相關(guān)條款差異性Table 1 Different requirements related to fire hydrants under different fire codes

2 軌道交通消防給水系統(tǒng)演變與應(yīng)用方案研究

2.1 第一階段

上海地鐵某項(xiàng)目在2015年12月底通車(chē)，施工圖紙?jiān)缭?014年完成，執(zhí)行的消防規(guī)范主要是2006版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》與2013版《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》。車(chē)站采用消防泵房?jī)?nèi)只設(shè)置兩臺(tái)消防主泵、消火栓按鈕啟泵的消防方案。該項(xiàng)目在2015年底準(zhǔn)備消防驗(yàn)收過(guò)程中，上海市消防局要求執(zhí)行《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，主要內(nèi)容①車(chē)站消火栓系統(tǒng)要做到自動(dòng)啟泵；②必須保證有兩個(gè)出入口設(shè)有室外消火栓。

由于車(chē)站消防泵房已沒(méi)有空間增設(shè)消防穩(wěn)壓裝置，要做到水力自動(dòng)啟泵，只能設(shè)置流量開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟泵。上海地鐵車(chē)站一般都有兩路市政消防水源引入管，因此在車(chē)站最高層(站廳層)只設(shè)消防泵房不設(shè)消防水池，消防泵從市政給水管網(wǎng)直接抽水加壓。第一次改造時(shí)，消防泵揚(yáng)水干管一端設(shè)置了流量開(kāi)關(guān)，流量開(kāi)關(guān)的啟泵流量為一個(gè)消火栓的流量5 L/s。當(dāng)打開(kāi)靠近流量開(kāi)關(guān)一側(cè)的站廳層消防管網(wǎng)上的一支消火栓(見(jiàn)圖1)時(shí)，流量開(kāi)關(guān)動(dòng)作，消防泵自動(dòng)啟泵無(wú)問(wèn)題。但當(dāng)打開(kāi)遠(yuǎn)離流量開(kāi)關(guān)一側(cè)的消防環(huán)網(wǎng)上的一支消火栓時(shí)，流量開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，消防泵不自動(dòng)啟泵。需要繼續(xù)打開(kāi)一支消火栓，流量開(kāi)關(guān)才動(dòng)作，消防泵啟動(dòng)。

圖1 上海地鐵車(chē)站第一次改造方案的消防泵房平面(增設(shè)一個(gè)流量開(kāi)關(guān))(單位：mm)Figure 1 The fire pump room with a flow switch added in the first renovation plan for Shanghai Subway Station

主要原因是，常規(guī)民用建筑單體的消防管網(wǎng)主要由豎向消防立管構(gòu)成，而地鐵車(chē)站消防環(huán)網(wǎng)是水平成環(huán)的，而且站廳消防水平環(huán)網(wǎng)長(zhǎng)400～500 m，再經(jīng)站臺(tái)層與區(qū)間的消防環(huán)網(wǎng)連接，地鐵消防水平管網(wǎng)規(guī)模更大更長(zhǎng)，打開(kāi)遠(yuǎn)端一個(gè)消火栓時(shí)，水流優(yōu)先從就近側(cè)供給消火栓系統(tǒng)，不能及時(shí)補(bǔ)充到遠(yuǎn)端消火栓出水點(diǎn)，消防泵房揚(yáng)水干管上的流量開(kāi)關(guān)感知的水流變化小于1個(gè)消火栓的流量，因此不能即時(shí)動(dòng)作。調(diào)整方案后，在消防泵揚(yáng)水干管的另一端，增設(shè)一個(gè)流量開(kāi)關(guān)(見(jiàn)圖2)，這時(shí)無(wú)論打開(kāi)哪個(gè)消火栓，流量開(kāi)關(guān)都能迅速動(dòng)作，消防泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟泵。流量開(kāi)關(guān)的啟泵流量為5 L/s。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試還發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖2)，當(dāng)打開(kāi)任意點(diǎn)附近的兩個(gè)消火栓時(shí)，流量開(kāi)關(guān)也能及時(shí)動(dòng)作，消防泵迅速啟泵，說(shuō)明雖然確定流量開(kāi)關(guān)的啟泵流量是5 L/s，但是當(dāng)只打開(kāi)一個(gè)消火栓時(shí)，水流不均勻，消防泵房?jī)?nèi)管網(wǎng)流量達(dá)不到5 L/s，流量開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，只有加大消防用水量才能讓流量開(kāi)關(guān)迅速動(dòng)作啟泵。

圖2 上海地鐵車(chē)站第二次改造方案的消防泵房平面(增設(shè)2個(gè)流量開(kāi)關(guān))Figure 2 The fire pump room with two flow switches added in the second renovation plan for Shanghai Subway Station

針對(duì)地鐵系統(tǒng)存在一些難以執(zhí)行的條款，《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》規(guī)范管理組回復(fù)了地鐵設(shè)計(jì)如何執(zhí)行消火栓規(guī)范中的一些條款，如消防泵房可設(shè)置在站廳層及以上樓層；至少有2個(gè)出入口室外有要有消火栓保護(hù)；室外消防流量不小于20 L/s。

在新建地鐵項(xiàng)目中，有的城市消防局認(rèn)可消火栓規(guī)范組回函，地鐵車(chē)站就按消火栓規(guī)范及規(guī)范組回函執(zhí)行，如沈陽(yáng)、南寧、合肥；有的城市消防局不認(rèn)可消火栓規(guī)范組回函，就完全執(zhí)行了消火栓規(guī)范，如上海、青島、蘇州等地。

2.2 第二階段

經(jīng)過(guò)幾年新舊消防規(guī)范過(guò)渡期，各線路對(duì)消火栓給水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。如北京某地鐵線路工程，在2017- 2018年與土建配合，執(zhí)行消火栓規(guī)范，按360 m3儲(chǔ)存車(chē)站室內(nèi)外消防水量(室內(nèi)20 L/s，室外30 L/s，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間2 h)。因2018年底12月施行的GB51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》有一些條款表述不夠清晰，理解上存在爭(zhēng)議，因此當(dāng)時(shí)按消火栓規(guī)范及規(guī)范組專(zhuān)家回函進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，設(shè)置了消防水池、車(chē)站室內(nèi)、室外及地下區(qū)間三組消防泵組。車(chē)站消防泵房?jī)?nèi)不僅設(shè)有消防主泵，同時(shí)設(shè)置了消防穩(wěn)壓裝置(兩臺(tái)穩(wěn)壓泵和一座穩(wěn)壓罐)，都從消防水池吸水加壓。消防泵揚(yáng)水干管上設(shè)有壓力開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟泵，兩個(gè)出入口室外設(shè)有消火栓。

車(chē)站消防驗(yàn)收時(shí)，消防專(zhuān)家要求打開(kāi)一支消火栓試驗(yàn)自動(dòng)啟泵，結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)消火栓噴了很久壓力開(kāi)關(guān)遲遲沒(méi)有動(dòng)作。穩(wěn)壓泵參數(shù)：Q=1 L/s，H=55 m，穩(wěn)壓泵啟泵壓力P1=0.30 Mpa，穩(wěn)壓泵停泵壓力P2=P1/ 0.85=0.35 MPa，壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作值P=0.20 MPa(見(jiàn)圖3和圖4)。現(xiàn)場(chǎng)觀察壓力表找到問(wèn)題，由于車(chē)站規(guī)模大，站廳消防水平環(huán)網(wǎng)長(zhǎng)度超過(guò)500 m，雖然泵房?jī)?nèi)消防揚(yáng)水干管已經(jīng)成環(huán)，減少了環(huán)網(wǎng)長(zhǎng)度，但消防管網(wǎng)壓降也很難達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值，把壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作值調(diào)高到0.25 MPa，很快壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，消防泵啟動(dòng)。

圖3 施園站消防泵房大樣 Figure 3 Details of the fire pump room for Shiyuan Station

圖4 施園站消防平面 Figure 4 The plane of fire protection for Shiyuan Station

分析消防泵房大樣圖，采用國(guó)標(biāo)圖集15S90915S909《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》圖示版中提供的計(jì)算方法，由于地鐵車(chē)站消防環(huán)網(wǎng)的特殊性，不能按設(shè)定值實(shí)現(xiàn)及時(shí)啟泵，壓力開(kāi)關(guān)的啟泵值不能過(guò)低，需要現(xiàn)場(chǎng)不斷調(diào)試，找到合理的設(shè)定值。

2.3 第三階段

2019年10月，北京地鐵某線開(kāi)始給排水消防系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)，該線單水源車(chē)站設(shè)有消防水池消防泵房、只儲(chǔ)存室內(nèi)消防水量144 m3，消防泵房?jī)?nèi)設(shè)有消防主泵與穩(wěn)壓泵組，設(shè)置壓力開(kāi)關(guān)啟泵、流量開(kāi)關(guān)啟泵。至少有2個(gè)地鐵出入口有室外消火栓保護(hù)。

在消防泵揚(yáng)水管上設(shè)置了以下設(shè)備：①電接點(diǎn)壓力表。設(shè)定值與持壓泄壓閥動(dòng)作值一致，在持壓泄壓閥超壓泄水時(shí)，電接點(diǎn)壓力表動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)給車(chē)站車(chē)控室，值班人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)消防泵房有超壓泄水現(xiàn)象，需要現(xiàn)場(chǎng)查看，防止消防泵房被大量泄水淹沒(méi)失去作用。②遠(yuǎn)傳壓力表。能夠在車(chē)控室觀察到平時(shí)與消防時(shí)的管網(wǎng)壓力值，隨時(shí)了解管網(wǎng)壓力情況。③市政水源跨越管。與穩(wěn)壓泵組出水管合并后，設(shè)置流量開(kāi)關(guān)，再接至消防主泵揚(yáng)水干管上。消防主泵接穩(wěn)壓管后，兩端分別設(shè)壓力開(kāi)關(guān)及閥門(mén)，在泵房?jī)?nèi)成環(huán)。這幾項(xiàng)措施保證消防主泵在地鐵車(chē)站或區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠迅速自動(dòng)啟泵。

由于設(shè)置了市政給水跨越管，把消防水源與消防泵揚(yáng)水干管連通，消防管網(wǎng)既由穩(wěn)壓裝置穩(wěn)壓，也由市政管網(wǎng)穩(wěn)壓(見(jiàn)圖5)。穩(wěn)壓泵參數(shù)是固定的，而市政水壓是波動(dòng)的，為了不受市政水壓的干擾，消防穩(wěn)壓泵組只能采用高壓穩(wěn)壓方案，即穩(wěn)壓泵壓力高于市政水壓，而壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作值也要高于市政壓力，否則市政水壓的波動(dòng)造成壓力開(kāi)關(guān)無(wú)法動(dòng)作。目前按0.4 MPa定義的壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作值。

圖5 北京地鐵新線消防泵房系統(tǒng)圖 Figure 5 The system in the fire pump room of the new Beijing Metro line

為了保證市政跨越管上的流量開(kāi)關(guān)及時(shí)動(dòng)作啟泵，不再以一個(gè)消火栓流量作為動(dòng)作值，流量開(kāi)關(guān)的啟泵流量確定為2.5 L/s，這樣即使現(xiàn)場(chǎng)只有一個(gè)消火栓打開(kāi)，壓力開(kāi)關(guān)如果不能及時(shí)動(dòng)作，流量開(kāi)關(guān)也能及時(shí)動(dòng)作啟泵。

該線基本是以一站一區(qū)間來(lái)劃分消防保護(hù)單元(見(jiàn)圖6)，但是在區(qū)間超過(guò)2 km時(shí)，會(huì)在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道或廢水泵房處設(shè)置消防連通管，增加消防單元的安全性，并以消防連通管為界，兩側(cè)車(chē)站各保護(hù)一半?yún)^(qū)間，兩個(gè)消防供水單元之間不連通，減少水壓的互相干擾。

圖6 北京地鐵某線消防供水單元?jiǎng)澐质疽鈭D Figure 6 The water supply divisions for fire protection in the new Beijing subway line

3 結(jié)論與建議

通過(guò)已通車(chē)線路不同時(shí)期的地鐵消防給水系統(tǒng)方案與調(diào)試運(yùn)行結(jié)果，前后對(duì)比分析，總結(jié)出地鐵消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要根據(jù)其土建條件、消防管網(wǎng)特性、運(yùn)營(yíng)管理的特殊性、消防安全的重要性綜合考慮。既保證地鐵消防安全，不引起土建規(guī)模方案及與投資的巨大變化，也符合消防規(guī)范的要求，做到火災(zāi)時(shí)及時(shí)有效地 滅火。要在每條線路的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與后期運(yùn)營(yíng)管理中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析原因，及時(shí)調(diào)整完善地鐵消防方案，更好地適應(yīng)地鐵環(huán)境與運(yùn)營(yíng)需求，滿足不斷更新的消防規(guī)范，提高地鐵消防減災(zāi)能力。

考慮到目前地鐵車(chē)站埋深越來(lái)越大，市政給水壓力在夜間經(jīng)常超過(guò)0.4 MPa，會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)壓力超過(guò)1.0 MPa，存在消防管網(wǎng)漏水、自動(dòng)啟泵、壓力開(kāi)關(guān)無(wú)法動(dòng)作等諸多風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)建議結(jié)合消防引入管上設(shè)置減壓閥、選用接口承壓大的管材等相關(guān)措施，進(jìn)一步研究合適的低維護(hù)高可靠性的消火栓給水系統(tǒng)。