地鐵車站群組消防供水模式探討

鄭 超

(深圳市市政設計研究院有限公司,518029,深圳∥工程師)

目前,我國地鐵車站通常劃歸為1個獨立的消防管理單元。根據以往設計經驗,若地鐵車站周邊水量或水壓不滿足消防要求,則通常要在該站設置消防泵房或者增加消防水池來增大供水壓力。然而每站增設消防泵房或消防水池又會面臨造價增加的情況。對此,本文提出地鐵群組消防水模式,將數座地鐵車站劃分為1個車站群組,在滿足消防要求且保證可靠性的前提下,通過合理控制群組規模,統一進行車站群組水消防設計。

按區域統一進行消防供水設計,已在辦公建筑群及高校校園等民用建筑領域中得到應用[1-2];在軌道交通領域,北京地鐵4號線[3]也曾有類似的分析,而且地鐵停車場及車輛段(以下簡稱“場段”)中常常采用1套消防泵組供給場段內多個單體使用。上述案例為地鐵群組消防設計提供了參考。然而地鐵車站群組水消防的具體分析計算及可靠性的研究卻鮮有提及,對此,本文對地鐵車站車站群組水消防系統的供水模式及設計進行系統性分析。

1 地鐵車站群組的消防供水模式

地鐵車站間距短則可能僅幾百米,最遠不過數公里,這為車站群組區域消防提供了可能。《地鐵設計規范》[4]規定,一條線路的防火設計應按同一時間發生一次火災考慮。根據《消防給水及消火栓系統技術規范》(以下簡稱“《消規》”)[5]對建筑群共用臨時高壓消防給水系統的要求,公共建筑宜為同一產權或物業管理單位。由于地鐵車站往往是屬于同一產權或者物業單位,不屬于工礦企業,故可將地鐵車站群組作為特殊的公共建筑群統一考慮,采用共用臨時高壓消防給水系統進行區域供水。

將幾座車站劃歸為1個消防單元進行統一考慮,將位于群組中心位置的1座車站設為消防主站,并在消防主站設置1處消防泵房;若該主站消防水量不滿足要求,則設置消防水池;消防主站負責整個群組內車站及區間消防用水的臨時高壓消防給水系統。群組臨時高壓消防給水系統示意圖如圖1所示。

圖1 群組消防臨時高壓消防給水系統示意圖

2 地鐵車站群組水消防系統的設計

2.1 管網壓力損失計算

開展群組消防設計的前提是合理確定車站群組消防泵站的服務范圍,而服務范圍與消防供水的管網壓力損失有直接關系。因此,需要計算管網壓力損失情況。

根據《消防給水及消火栓系統技術規范》(以下簡稱“《消規》”),消火栓栓口動壓力不應大于0.50 MPa,且當大于0.70 MPa時必須設置減壓裝置?！兜罔F設計防火標準》(以下簡稱“《火標》”)[6]規定,消火栓口處的出水動壓力大于0.70 MPa時,應設置減壓措施?？梢?兩個規范對消火栓出口動壓均有不超0.70 MPa的要求。本文考慮系統安全性及維護成本后提出:消火栓栓口動壓最小值為0.25 MPa,最大值為0.70 MPa;在區域消防服務范圍內盡量采用常規消火栓,部分超壓位置(0.50～0.70 MPa)設置減壓穩壓栓。根據《火標》規定,地下車站的室內消火栓設計流量按20 L/s計算,地下區間的室內消火栓設計流量按10 L/s計算。由于區域消防為一個環網整體,故在本文的區間水力計算中,室內消火栓設計流量統一取20 L/s。

當前地鐵車站室內消防管材及區間管材主要采用內外涂環氧樹脂鋼管。本文將按此管材進行水力計算。

管網壓力損失由管道沿程損失和管道局部損失組成。根據《消規》,管道沿程損失水力計算式為:

(1)

式中:

i——單位長度管道沿程水頭損失,單位MPa/m;

C——海澄-威廉系數,C=140;

q——管段消防給水設計流量,取20 L/s;

di——管道的內徑,取0.15 m。

由式(1)計算可得,i= 8.31×10-5MPa/m。局部水頭損失按管道沿程水頭損失的30%來估算,由此進而可獲得單位長度的管網壓力損失。經計算,考慮管道沿程損失和管道局部損失后,管道每1 000 m的水頭損失約為0.108 MPa。

2.2 線路坡度對消防泵房最遠服務距離的影響

地鐵區間線路通常會有一定的坡度。根據《地鐵設計規范》的規定,地鐵區間最小線路坡度宜取3‰,有困難條件下可取2‰。本文將根據這兩個坡度值,按消防主站位于最不利V字坡和最有利人字坡兩種情況對消防管網壓力損失進行計算。

分析中,最不利點的消火栓最小動壓按0.25 MPa計算,消火栓最大動壓按0.70 MPa計算,鄰站的最不利點消火栓通常在該站站廳層,地鐵車站標準站的站廳層消火栓口距站臺層消防管網最低點高度約為7.20 m。計算可得,在不同線路坡度時的消防泵房最遠服務距離如表1所示。

表1 在不同線路坡度時的消防泵房最遠服務距離

2.3 車站群組的消防劃分規模

基于消防泵房最遠服務距離,扣除車站范圍內的最遠供水距離(即消防車站與區間分界點處(車站進水點)到最不利點消火栓的距離),再考慮實際地鐵區間距離數據,即可獲得該地鐵車站群組消防劃分規模。

本文以某地鐵項目為例,地鐵車站區間長度為1.2 km,車站長度為230 m,車站寬度為21 m;結合管道拐彎情況,車站最遠供水距離按350 m考慮(具體項目應按實際情況取值)。將表1的消防泵房最遠服務距離減去最遠供水距離(350 m),即可得到該地鐵車站群組消防劃分規模,如表2所示。

表2 地鐵車站群組消防劃分規模表

從表2可以看出,當若區間長度為1.2 km,線路坡度為3‰時,若消防主站位于人字坡頂點,則可按五站六區間規模劃分地鐵車站群組,進行消防設計;若消防主站位于V字坡最低點,則可按三站兩區間規模劃分地鐵車站群組,進行消防設計。

2.4 預警及閥門控制

通常地鐵車站消防管網布置為水平成環或豎向成環,并在在站廳層公共區和設備區增加連接管,以減少環網長度。

在車站群組消防供水設計中,考慮到管網輸送距離及漏損情況,需增加對鄰站消防管網壓力和流量的監控。建議在鄰站的站廳公共區環網、站廳設備區環網,以及站廳和站臺間豎向管道等部位設置壓力傳感器,以確保在消防水壓力異常時能及時聯動報警。

在一般設計中,區間消防管道常常設置電動閥門。在車站群組消防供水設計中,區間消防管道不僅為區間消防供水,還承擔為相鄰車站輸送車站消防用水的任務。為避免發生火災時區間電動閥門關閉從而影響鄰站消防供水安全,故不建議在區間消防管道上安裝電動閥門。此外,建議在各區間消防管道上增設電磁流量計,實時遠程監控管道水量變化,以便掌握消防管網的漏損情況,及時對漏損位置進行判斷。圖2為區間消防管道電磁流量計安裝示意圖。在區間聯絡通道處,也建議增設消防聯通管。

注:DN 150表示管道的公稱直徑為150 mm;XH為消火栓。

火災發生時及時啟泵至關重要,壓力開關是直接自動啟動消防水泵主要設施。為避免壓力開關發生故障無法及時啟動消防水泵,建議在消防泵房內增設備用的壓力開關。

2.5 水泵接合器的設置

水泵接合器是消防給水設計中不可或缺的消防設施。根據《消規》,每個水泵接合器的給水流量為10～15 L/s。當群組消防作為整體考慮時,室外僅需設置2套水泵接合器即可滿足給水流量要求。但由于車站之間存在一定的距離,且《消規》規定,臨時高壓消防給水系統向多棟建筑供水時,消防水泵接合器應在每座建筑附近就近設置。因此,本文認為每座車站均應設置2套水泵接合器。當該站發生火災時候,消防車可通過就近水泵接合器向室內消火栓給水管網補水,從而確保該車站的消防供水。

2.6 鄰站單體控制室的設置

消防主站和鄰站共用一套消防給水系統,由于消火栓控制點位多,且消防泵房和消防控制室間存在一定距離,故消防聯動信號在傳輸中會出現一定的衰減。為了保證消防系統安全運行,實現就近管理,需在鄰站設置車站單體控制室,并將鄰站報警主機設置到單體控制室內,設置專線通過區間接至消防主站控制室,由消防主站控制室對各鄰站進行總體監控。當發生火災時,消防水泵是否手動關閉由具有管理權限的人員根據火災撲救情況確定。

3 結語

地鐵車站群組消防設計雖具有節約地下空間資源、降低投資、節能降耗的明顯優勢,但設計時需要根據線路坡度及所用管材等實際工程項目情況進行具體分析,核實消火栓超壓情況,進而合理控制車站群組消防規模。

此外,建議增設壓力傳感器、電磁流量計及壓力開關,監測管網運行狀況,確保消防系統安全穩定。