軌道交通工程中消火栓系統設計關鍵技術探討

周金忠, 張美琴, 范太興, 杜金海

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司, 天津 300308)

0 引言

隨著軌道交通的高速發展,無論是從市區延伸到郊區,從地鐵過渡到市郊鐵路,還是從一個城市延伸到另一個城市,從市郊鐵路過渡到城際鐵路,車站所處的環境(如周邊消防設施、水源條件)和區間長度均出現了很大變化,對消防設計提出了更多、更新的要求。為了保證軌道交通的消防安全,其消防設計水平也應相應提高。該方面理論已越來越成熟,從水消防角度來看,在GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》[1](簡稱《水消規》)、GB 51298—2018《地鐵設計防火標準》[2](簡稱為《地鐵火標》)基礎上,新出了TB 10623—2014《城際鐵路設計規范》[3]、TB 10624—2020《市域(郊)鐵路設計規范》[4]等專業規范及標準。但由于設計工作人員水平參差不齊,現場情況千變萬化,從規范理解到設計層面落實總有不盡如人意之處; 加之消防安全隱患發展為安全事故的概率較低,有些安全隱患易被忽略。為了讓軌道交通設計更安全,筆者在此介紹南京—馬鞍山城際鐵路(簡稱寧馬線)設計實踐中“車站及區間消火栓系統設計”的經驗,主要是對“設計中存在的做法反差比較大同時又存在消防安全隱患”的幾個重要問題的探討和實踐,同時表達筆者的看法,以期供類似項目借鑒。

第1個問題是消防泵房的保護距離,這在過去地鐵設計中一般不是問題,但隨著市郊鐵路、城際鐵路的發展,隧道區間長度變得越來越長,如山嶺長隧道區間、水下長隧道區間的出現,慢慢變成了影響消防安全的一個重要問題,有必要進行深入地探討。第2個問題是車站給水水壓制式,在軌道交通設計中,給水形式主要指在不同供水條件下選用合適的給水水壓制式,這在地鐵設計中一般也不是大問題,因為在市區一般容易滿足雙路供水條件,水量、水壓也能得到保證; 同時,消防車也能及時趕到火災現場,提供滿足消防救援要求的消防用水。但在郊區一般很難滿足雙路供水條件,水量也不一定能得到滿足; 同時,及時趕到火災現場的消防車也不及市區多。因此,為了適應軌道交通發展,有必要研究“適應不同條件的車站給水水壓制式”問題。第3個問題是消防設施布置,包括室內外消火栓、水泵接合器、消防水池等的布置,特別是單路供水時,對消防設施布局有一些特殊要求,目前很多設計其實是存在安全隱患的,因此,也有必要做一些研究,并且將成果應用于實踐。

首先,目前國內對車站及區間臨時高壓系統的保護距離(即消火栓泵房保護范圍)討論不多,但也有一些研究。如張存等[5]結合南京地鐵3號線大盾構過江隧道工程設計,提出為了適應不同位置火災,過江地鐵區間的消防平面布置應采用“區間兩端的地鐵車站各負責半個區間的消防供水”的方案,設計中閥門布置必須要滿足消防控制、維修等方面要求。周金忠等[6]從水下道路隧道消防滅火理念、水下道路隧道工程特點、工程造價等角度,提出水下道路隧道兩端應分別設計一套消防供水設施,設計時應優先采用帶穩壓泵的臨時高壓供水方式。上述文獻通過分析研究典型案例,對類似工程有指導意義,但對軌道交通工程的研究缺乏整體性、針對性及定量性。為此,有必要對軌道交通領域消火栓泵房保護范圍做系統性、定量性的研究,以滿足指導整條軌道交通線的設計實踐需要。

其次,對軌道交通領域給水形式討論得比較多。如張存等[7]結合南京地鐵寧和城際線工程,對單路供水地下車站消防系統設計進行了探討,認為大多數出入口均布置在道路同一側的車站,優先選用方案1(即在傳統消防設計方案基礎上,每個出入口處均設計1個室外消火栓,該室外消火栓接自市政給水管或室外消火栓管); 對于遠離市區或發展新區的單路供水地下車站,方案3(即出入口室外消火栓接自室內消火栓管網,同時增加室內消防泵組的流量及揚程,以滿足室內外消火栓的流量、壓力要求)更合理。周金忠等[8]結合彭城廣場單水源地下站的設計分析,提出了單水源地下站的4種給水方案: 方案1適用于車站出入口和市政水管在道路同側布置且出入口數量較少的地下車站; 方案2不受出入口數量和室內外消防用水量的限制,可廣泛用于多出口、帶大型商業開發的地下車站; 方案3適用于遠離消防站且水壓偏低的小型地鐵地下車站; 方案4理論上適用于離消防站近且水壓偏低,帶大型商業開發的地鐵地下車站。張存等[7]從典型標準車站方面、周金忠等[8]從大型車站(帶商場)方面,對單路供水地下車站給水形式做了針對性、系統性的具體研究,其成果可以指導地下車站給水形式設計實踐,但目前國內對高架車站的討論還不充分。為此,有必要按上述論文的思路,對軌道交通領域高架車站給水形式設計進行系統性研究。

最后,對室內外消火栓、水泵接合器、消防水池等布置的探討相對比較多。如周金忠等[9]結合地鐵地下車站工程實際情況,按《水消規》要求,對消防水源、供水設施、給水形式及管網方案選擇、室外消火栓及水泵接合器設置等問題進行比較論證; 張忠品等[10]對地下工程出入口室外消火栓的設計進行了總結。其中,周金忠等[9]對室內外消火栓、水泵接合器、消防水池等表達比較完整系統,但與給水形式研究類似,對高架車站討論還不充分。為此,有必要對軌道交通領域高架車站中消防設施布置進行系統性研究。

綜上,本文主要研究軌道交通領域的消火栓泵房保護范圍、高架車站給水形式及其消防設施布置要求。筆者在學習和總結前人研究的基礎上,首先,提出“軌道交通工程中消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內”的原則,為此,在本工程中采用一種新的消防供水方案,即“消防供水多方案組合模式”; 其次,提出2種“單路水源高架站的消防供水方案”及其適用范圍; 最后,提出“室外低壓、室內臨時高壓系統的高架站,當超出了消防水池150 m保護半徑時,應增設相應的消防水池取水井; 布置高架車站撲救面上的室外消火栓時,應優先布置在每個高架站出入口附近。

1 消防泵房保護范圍的確定

1.1 消防泵房保護距離的理解和實踐應用

關于消防泵房的保護距離,《水消規》第6.1.11條對臨時高壓供水系統的保護距離提出了要求,即“工礦企業消防供水的最大保護半徑不宜超過1 200 m”。規范的意圖主要是從管理方便角度出發,但筆者卻另有考量。在青島膠州灣海下隧道設計時,首先,出于安全可靠的考慮,不敢輕易突破消防泵房的保護距離; 其次,考慮到消防工程設計中,室外消防管道一般沿道路布置,故消防管道長度和消防泵房最大保護半徑不一致,消防管道長度一般為最大保護半徑的1.414倍,不宜超過1 700 m左右,而隧道工程中,管道長度和保護距離基本一致; 最后,考慮到隧道內消防管道比室外埋地消防管道更便于維修和滲漏檢查,所以將1 700 m放寬到2 000 m。因此,青島膠州灣海下隧道設計中,消防泵房保護距離控制在2 000 m之內[11]。

后來,根據消防主管部門的要求,現場做了變更設計,將消防泵房保護距離擴大到3 000 m左右。但工程驗收時發現: 離消防泵房2 000 m處打開消火栓槍時,消防泵啟動時間明顯偏長,特別是在離消防泵房3 000 m處(隧道最低點)打開消火栓槍時,消防泵啟動時間太長,以致于業主和驗收單位都無法接受。為此業主、設計院及施工單位一起對現場進行了調研,發現施工單位將連接消防泵和隧道內消火栓環網的2根消防管少安裝了1根(約1 000 m)。為此業主要求施工單位整改,即補充另外一根消防管。整改后發現: 在離消防泵房2 000 m處打開消火栓槍時,消防泵啟動時間基本滿足要求,但在離消防泵房3 000 m處(隧道最低點)打開消火栓槍時,消防泵啟動時間還是偏長。因此,筆者認為消防泵房保護距離控制在2 000 m之內是安全可行的。

筆者在對福州地鐵機場線做強審時,發現有一個車站的區間偏長,并且采用車站消防泵保護一站帶一相鄰區間方案,消防泵保護距離近4 000 m。設計人員對此方案的優缺點及是否安全可靠沒有概念,為了安全起見,筆者就要求他們修改設計方案。另外,筆者對寧波至象山市域(郊)鐵路做強審時,也發現有的區間太長,但他們在區間風井增設了消防泵房。總體院的理由是消防泵房保護距離偏長就存在安全隱患,但對具體的保護半徑上限沒有定量概念,這和筆者設計思路一致,就同意了他們的方案。

總之,如果對地面建筑而言,“消防供水的最大保護半徑不宜超過1 200 m”主要是從管理角度考量,那么對隧道而言,“消防泵房保護距離控制在2 000 m以內”主要側重消防安全考量。因為當隧道消火栓泵房最大保護半徑超過2 000 m,那么遠端消火栓出水時,消防泵房啟動時間會更長。并且還有一種可能,即遠端打開消防水槍時,一方面由于水壓太低,不滿足滅火需要,另一方面由于出水量太少,在穩壓泵作用下,管道壓力下降太慢,主泵無法啟動,這是規范不容許的。所以,這樣的消防泵房布置存在嚴重安全隱患。因此,筆者認為“消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內”。

1.2 軌道交通中消火栓泵房保護范圍的確定

根據GB 50157—2013《地鐵設計規范》[12]第28.3.3條可知,敞開區間不必設計消火栓系統,所以高架車站消火栓泵房保護范圍只包括高架車站,也就不存在最大保護半徑超過2 000 m的情況。因此,本文重點討論地下車站消火栓泵房的保護范圍。

1.2.1 傳統的地下車站消火栓泵房保護范圍方案

地下車站消火栓泵房保護范圍一般有2種典型方案。方案1的保護范圍為“一站帶左右各半個相鄰區間”(見圖1),即對于一個完整區間而言,消防供水由其前后2個車站的消防系統共同承擔,并在區間聯絡通道處設置橫向連通管; 而對于整個地鐵線路而言,各消防單元的消防管網相互連接,構成一體。南京地鐵大多數地下車站消火栓泵房保護范圍采用這種方案,其主要缺點為: 1)區間分界處消火栓管道要穿軌道; 2)沒有橫向聯絡通道時該類方案不好實施。

圖1 車站消火栓泵房保護范圍方案1(一站帶左右各半個相鄰區間)

方案2為“一站帶一相鄰區間”(按右邊區間考慮,見圖2),成都地鐵大多數地下車站消火栓泵房保護范圍采用這種方案。即對于一個完整的區間而言,其消防供水由左端車站消防系統單獨承擔,區間消防管網在右端的車站站廳層(或設備層)連接成環; 而對于整條地鐵線而言,每個車站與右端1個區間作為1個消防供水單元,并與其他供水單元相互獨立。方案2主要缺點為: 1)消防泵房的保護距離較遠; 2)消火栓水泵揚程偏高。

圖2 車站消火栓泵房保護范圍方案2(一站帶一相鄰區間)

1.2.2 2種傳統的地下車站消火栓泵房方案比較

2種方案的主要優缺點見表1。

表1 2種方案主要優缺點對比

1.2.3 軌道交通中消防供水多方案組合模式

1.2.3.1 對方案1的優化

對于整條地鐵線路而言,方案1中消防供水單元相互連接構成一體,這就造成了如下缺點: 1)管道上閥門較多,并且有的閥門較遠,導致不易控制; 2)1個區間由兩端車站共同供水,消防閥門聯動控制較為復雜。因此,有必要對方案進行優化: 將方案1中各個消防供水單元之間的連接管道取消,均形成獨立的消防供水單元。這樣優化的理由為: 1)方案1中即使連接成一體也沒有什么價值,因為相鄰的消火栓泵無法給本單元提供滿足消防救援水壓的水量; 2)方案2不連通也運行良好。

1.2.3.2 2種傳統方案優缺點分析

從上述比較可以看出: 當區間隧道長度較短時,2種方案沒有多少本質區別,均可行;但是當地鐵區間較長時,方案1具有明顯的優勢。下面以南京地鐵3號線的過江地鐵區間(簡稱過江區間)為例來說明。方案1中如在區間A端發生火災,那么火災報警系統向車站甲報警,車站甲啟動消防設施,為區間A端火災提供滿足要求的消防水; 反之,如在區間B端發生火災,則車站乙啟動消防設施,為區間B端火災提供滿足要求的消防水。而方案2無論區間A端還是區間B端發生火災,火災報警系統均向車站甲報警,車站甲啟動消防設施,為區間A端或B端火災提供滿足消防要求的水量。方案1中車站消火栓泵房保護范圍為車站加半個區間長度,而方案2中車站消火栓泵房保護范圍為車站加整個區間長度。如過江區間設計中采用方案1,消火栓泵房保護距離不到2 000 m; 而如果采用方案2設計,消火栓泵房保護距離達到4 000 m左右,不但增加了消防泵揚程,還存在消防隱患。

1.2.3.3 消防供水多方案組合模式

從上述分析可以看出,長距離隧道區間中方案1比方案2更具優勢。但從“消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內”的角度看,隨著區間長度增加,2種方案均會存在消防隱患。2種方案各有所長,但也有短板,筆者認為一條線如果采用“多種方案組合的模式”,會更有利于提高工程的性價比。為此,在過去工作經驗基礎上,提出了“消防供水多方案組合模式”,即根據區間長度不同,分別采用不同的消防供水方案。同時,對“采用不同消防供水方案”的前提條件提出定量化標準,以保證消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內。寧馬線設計中的“消防供水多方案組合模式”為: 1)優先采用一站帶左右各半個相鄰區間方案; 2)當區間長度小于2 000 m時,也可以采用一站帶一相鄰區間方案; 3)當區間長度大于4 000 m時,在采用一站帶左右各半個相鄰區間方案的基礎上,在區間風井設計獨立的消防泵房,以保證所有消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內; 4)將各車站消防泵房保護的消防供水單元完全獨立。

2 給水形式

2.1 雙路供水車站給水水壓制式

在市區一般容易滿足雙路供水條件,在郊區一般不容易滿足。在這里必須強調: 如果具備雙路供水條件,那么就一定要優先采用雙路供水。因為雙路供水設計方案有明顯的優點,那就是市政水源在火災期間會不停地提供消防用水量,如果發生特大火災,其優點會體現得更充分,此時實際火災延續時間往往要大于規范上規定的火災延續時間。因此,對車站(特別是包含商業開發等的大型車站)有條件時應優先采用雙路供水方案,盡量不要選用能滿足規范要求的單路供水方案。

不論是地下車站還是高架車站,在雙路供水方案下,給水水壓制式一般選用 “室外低壓消防給水系統,室內臨時高壓消防給水系統”制式。這種做法很成熟,在此不展開討論。

2.2 單路供水地下車站給水水壓制式

很多車站不滿足雙路供水條件,如市郊鐵路、城際鐵路設計中,由于大多數車站設計在郊區,只具備單路供水條件,如象寧馬線項目中,大多數郊區站均只具備單路供水條件。在這種情況下,室內采用臨時高壓消防給水系統是不用討論的,但室外是采用“低壓消防給水系統”還是“臨時高壓消防給水系統”有必要進行探討。

對于地下車站給水水壓制式選擇問題,筆者在文獻[7]中做了充分表達,中心思想為: 1)當車站出入口、市政自來水管均布置在道路同一側,且消防車能及時趕到時,“室外低壓、室內臨時高壓消防給水系統”(方案1,見圖3)更合理。該方案特點為: ①每個出入口處均設計1個室外消火栓,該類室外消火栓均接自市政給水管或室外消火栓管; ②消防水池必須滿足儲存室內和室外的消防用水之和(簡稱大水池); ③消防泵組的流量及揚程,只滿足室內消火栓的流量、壓力要求(簡稱小泵)。2)對于在遠離市區或新開發區的單路供水地下車站,“室內外共用臨時高壓消防給水系統”(方案2,見圖4)更合理。該方案特點為: ①出入口室外消火栓接自室內消火栓管網; ②設計大水池; ③消防泵組的流量及揚程能滿足室內外消火栓的流量和壓力要求(簡稱大泵)。

圖3 單路供水地下車站消防方案1(室外低壓、室內臨時高壓消防給水系統)

上面只給出結論,具體內容在論文里有詳細表達,在此不做展開。寧馬線單路供水車站就根據外部條件,在上述2種給水水壓制式中選擇。

2.3 單路供水高架車站給水水壓制式

對于高架車站,和地下車站一樣,在單路供水條件下,室內采用臨時高壓系統,但室外是采用“低壓消防給水系統”還是“臨時高壓消防給水系統”有必要進行認真探討。

2.3.1 高架車站室外消火栓系統設計要求

地下車站室外消火栓系統設計要求主要體現在《水消規》第7.3.4條和第5.5.7條,而高架車站室外消火栓系統設計要求則主要體現在《水消規》第7.3.2、7.3.3和5.5.7條,所以高架車站和地下車站的室外消火栓系統設計要求反差很大。

高架車站必須按《水消規》第7.3.2條要求設計室外消火栓系統,即“室外消火栓的數量應根據室外消火栓設計流量和保護半徑計算確定,保護半徑不大于150 m,每個室外消火栓出流量宜按10～15 L/s計算”,其中“保護半徑不大于150 m”的要求,地下車站不必執行,而高架車站必須執行; 并且這里的150 m不是直線距離,而必須考慮道路、建筑的影響,這點一定要注意,特別是對跨路設計的高架站。

高架車站還必須按《水消規》第7.3.3條要求設計室外消火栓系統,即“室外消火栓宜沿建筑物周圍均勻布置,且不宜布置在建筑物一側,建筑物撲救面一側的室外消火栓數量不宜少于2個”。其中“建筑物撲救面一側的室外消火栓數量不宜少于2個”的要求,地下車站不必執行,而高架車站必須執行。所以,正常情況下高架車站室外消火栓系統管道應成環狀,即要求室外應采用臨時高壓系統。

2.3.2 單路供水高架車站室外低壓、室內臨時高壓系統

《水消規》第6.1.5條要求:“消防車從消防水池吸水向建筑物供應室外消防用水時,消防水池保護半徑不應大于150 m”。《水消規》第5.4.7條要求:“水泵接合器距離消防水池不宜小于15 m,且不宜大于40 m”。筆者認為可以這樣理解: 地下車站室外消防用水是通過水泵接合器提供到室內管網的,所以只要滿足《水消規》第5.4.7條,即消防水池取水口到水泵接合器的距離在15～40 m即可,不要求整個地下車站在消防水池150 m保護范圍內。這也是單路供水地下車站消防方案中只設計1個室外消防水池的原因,即單路供水地下車站消防方案1必須滿足室外消防水池到水泵接合器的距離在40 m之內的要求,而單路供水地下車站消防方案2連這個要求也可以不滿足。高架站室外消防水池設計時,要考慮消防車從消防水池吸水后直接向建筑物滅火,所以,如果1個消防水池150 m的保護半徑能保護整個高架車站,那么設計一個室外消防水池即可。但一般情況下,1個消防水池150 m的保護半徑很難保護整個高架車站,必須增設對應的消防水池取水井。

南京3號線林場站是一個典型的高架車站,其周圍市政道路只能提供一路水源,采用了大水池+小泵的消防系統方案。該站采用了室外淺埋消防水池儲存室外消防用水量,站廳層設室內消防水池供室內消防用水量的消防模式。為保證高架車站在室外消防水池150 m的保護范圍內,除了在消防水池正上方設置消防取水口外,還應在車站另一側消防車道附近設置消防取水井,消防取水井和室外消防水池通過連通管連通,以保證車站室外兩側均在室外消防水池的保護范圍內; 同時,要保證接入室內管網的水泵接合器距上述取水口距離滿足15～40 m的規范要求。林場站室外消防平面如圖5所示,該工程已通過了消防驗收。

圖5 高架車站室外消防平面示意圖(單位: m)

筆者在溫州軌道交通咨詢工作中,發現幾個單路供水的高架站設計方案為: 室外低壓、室內臨時高壓系統,即大水池+小泵方案,變相用消防車代替室外消火栓泵。該方案能實現室外消火栓的供水作用,但實現不了室外消火栓的撲救功能,即不滿足《水消規》第7.3.2條的保護半徑要求和第7.3.3條的數量要求。整改方案為: 在道路的另一側消防車道附近增設消防取水井,消防取水井和室外消防水池通過連通管連通,以保證車站室外兩側均在室外消防水池的保護范圍內。

所以,單路供水高架車站室外低壓、室內臨時高壓系統為大水池+小泵的消防給水系統方案。如果1個消防水池150 m的保護半徑不能保護住整個高架車站要求,那么就必須增設對應的消防水池取水井。該方案的適用范圍為: 1)高架站布置在市政道路一側,并且車站離市區較近,消防基礎設施條件較好,消防車能及時趕到火災現場; 2)條件特別困難的既有高架車站改造工程。

2.3.3 單路供水高架車站室內、外均為臨時高壓系統

根據上述分析可知,單路供水高架車站一般采用室內、外均為臨時高壓系統,具體可分為2種方案。方案1即室內外消火栓系統分開,該方案特點為: 1)車站撲救面上必須滿足2個及以上室外消火栓,所有室外消火栓均接自室外消火栓管道; 2)設大水池; 3)2套消防泵組,分別滿足室內、外消火栓系統的流量及揚程要求。方案2即室內外共用消火栓系統,該方案特點為: 1)車站撲救面上必須滿足2個及以上室外消火栓,所有室外消火栓均接自共用消火栓管; 2)設大水池; 3)1套消防泵組,滿足室內、外消火栓系統的流量及揚程要求。

從上述比較可知方案2有明顯的優點: 1)考慮到室內外消火栓系統流量都不太大,揚程也相差不多,2套系統合起來對使用功能影響不大; 2)共用方案可以減少電器控制設備,降低設備投資; 3)減少泵房面積。所以,一般建議采用方案2室內外共用臨時高壓消防給水系統。

所以,寧馬線單路供水高架車站均采用室內外共用臨時高壓系統,即大水池+大泵方案,車站撲救面上必須滿足2個及以上室外消火栓,所有室外消火栓均接自共用消火栓管。該方案的適用范圍為: 1)高架站布置在市政道路中央,這種方案可以避免跨路設計消防水池取水井; 2)車站離市區較遠,消防車等基礎設施條件較差時采用,以保證消防安全。

3 消防設施布置問題

3.1 室外消火栓及水泵接合器

3.1.1 地鐵車站室外消火栓及水泵接合器布置

筆者在寧波地鐵5號線一期工程咨詢時發現,在地下車站設計中,設計人員將《地鐵火標》7.2.2條“關于室外消火栓不應少于2個”的要求,錯誤地理解為只布置 2 個室外消火栓即可,同時,還要求2個室外消火栓設計在車站對角的出入口處。筆者認為按這種理解來布置地鐵車站室外消火栓及水泵接合器存在嚴重的安全隱患。為此,筆者和總體院及強審單位進行了討論,然后達成共識并把共識精神寫進了《地下車站消防水源、供水設施及給水形式探討》[7]中 ,其中心思想為: 室外消火栓根據作用不同可分為供水類室外消火栓和撲救類室外消火栓,供水類室外消火栓一般可以由市政給水引入管直接接出,但當市政為單路水源時,必須設在室外消防水池附近。必須滿足《水消規》第5.4.7條要求,即和水泵接合器距離為15～40 m; 不必滿足《水消規》第7.3.2條要求,即不必考慮150 m的保護距離,一般設計在消防進水管上。而撲救類室外消火栓只要滿足距地鐵地下車站出入口5～40 m的距離要求即可,無需滿足室外消火栓距水泵接合器的距離要求。必須滿足《水消規》第7.3.4條要求,即“人防工程、地下工程等建筑應在出入口附近設置室外消火栓,且距出入口距離不宜小于5 m,且不宜大于40 m”,一般從室外支狀管網上連接,也可以由站內室內消火栓環網接出。供水類室外消火栓數量應根據《水消規》第7.3.2條要求計算,但撲救類室外消火栓數量應根據《水消規》第7.3.4條要求確定,即“應在每個出入口5～40 m范圍設計撲救類室外消火栓”。

筆者在成都地鐵強審時發現,在單路供水地下車站設計中,水泵接合器設計思路不合理,水泵接合器布置存在嚴重的安全隱患。筆者將強審意見寫入《地鐵地下車站室外消火栓系統設計理念探討》[13]中,其中心思想為: 對于單路供水的地下車站, 2個水泵接合器均必須設計在消防水池5～40 m范圍,并且一定要考慮消防車停放及操作空間,水泵接合器數量不得隨便增加和減少; 在水泵接合器附近應設計對應數量的供水類室外消火栓。

3.1.2 高架車站室外消火栓及水泵接合器布置

高架車站水泵接合器、供水類室外消火栓布置和地下車站一樣,但對撲救類室外消火栓布置方面反差較大,主要根據《水消規》第7.3.2和第7.3.3條布置,即對室外低壓、室內臨時高壓消防給水系統中,當高架站超出消防水池150 m保護半徑時,必須增設對應的消防水池取水井; 《水消規》第7.3.3條也只要求“撲救面上有2個及以上室外消火栓”,沒有明確要求高架站出入口設置室外消火栓; 但GB 50016—2014《建筑設計防火規范》[14]第7.2.4條要求“公共建筑的外墻應在每層的適當位置設置可供消防救援人員進入的窗口”。考慮到“高架站出入口”比“外墻窗口”更有利于消防救援人員進入室內撲救,所以,布置高架車站撲救面上的室外消火栓時,應優先布置在高架站出入口處附近,并且均接自室外消火栓管。

3.2 室內消火栓及管道布置

3.2.1 室內消火栓布置

室內消火栓布置大同小異,但還有一些共性問題要注意。首先,站廳層及站臺層公共區可燃物少且空間開闊,消火栓槍更容易發揮作用,所以不必將消火栓設計太密,只要保證2支水槍同時保護到即可,關鍵是要在出入口附近處設計消火栓,以保證消防救援方便高效; 其次,設備區可燃物多,并且空間狹窄,建議消火栓設計盡量保持富余; 同時,盡量將消火栓箱布置到過道里顯眼的地方,萬不得已設計到房間內時,也盡量靠近房間門口,以利于消防隊員方便使用; 最后,風道里盡量不要設計消火栓,因為風道里既沒有可燃物,燃燒后果也不嚴重,如果將消火栓管道少布置在風道里,那么就可以減少不必要的電伴熱設施,以降低運營成本。

3.2.2 管道布置

消火栓管道布置關系到消防設施維修是否方便。首先,消防管道盡量減少過軌,當必須過軌時,如區間中間成環的消火栓管,就有必要做專門處理,如采用特殊管材和接頭方式。其次,盡量減少消火栓立管、支管穿中板,以避免“站臺層維修消火栓而檢修人員必須跑到站廳層去關閉檢修閥門”等情況。例如: 當布置站臺層較長端設備區消火栓時,盡量將消火栓布置到設備區一側,這樣既可避免從站廳層接消火栓管道到站臺層,又有利于消火栓方便使用。最后,室內外消火栓系統共用消防泵組時,設計水泵接合器位置要注意和撲救類室外消火栓的距離,以避免發生消防水來回循環。

4 結論和建議

4.1 結論

1)軌道交通工程中消防泵房保護距離應控制在2 000 m以內。

2)地下車站消火栓供水方案應采用“消防供水多方案組合模式”。①優先采用一站帶左右各半個相鄰區間的供水方案; ②當區間長度小于2 000 m時,也可以采用一站帶一相鄰區間的供水方案; ③當區間長度大于4 000 m時,可在一站帶左右各半個相鄰區間的供水方案基礎上,在區間風井設計獨立的消防泵房方案; ④將各車站消防泵房保護的消防供水單元完全獨立。

3)“高架站布置在市政道路一側,并且離市區較近、消防基礎設施條件較好”或“條件特別困難的既有高架車站改造”時,應選擇室外低壓、室內臨時高壓系統。“高架站布置在市政道路中央”或“離市區較遠、消防車等基礎設施條件較差”時,應選擇室內外共用臨時高壓消防系統。

4)高架車站室外消防水池、撲救類室外消火栓設計時,一定要注意: ①室外低壓、室內臨時高壓系統中,當高架站超出了消防水池150 m保護半徑時,應增設相應的消防水池取水井; ②車站撲救面上布置室外消火栓時,應優先布置在每個高架站出入口處附近。

4.2 在理論和實踐上的意義及價值

理論方面,以設計實踐為基礎,從消防安全角度提出了“軌道交通工程中,為了保證消防安全,消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內”,對臨時高壓系統應用附加了一個定義域,對消防安全建設起了相當大的作用; 同時,為了在軌道交通設計落實上述理念,筆者提出了一種新的消防供水方案,即“消防供水多方案組合模式”,并對“采用不同的消防供水方案”的前提條件提出了定量化標準,在完整性、定量性、科學性方面上了一個檔次。對軌道交通領域車站給水形式設計進行了系統性研究,總結出了“適應不同條件下的高架車站供水方案”,并表達了各種方案的特點、優缺點及適應范圍,為軌道交通理論研究提供了寶貴的第一手資料。對消防設施布置,特別是對單路供水車站,提出了一些觀點和看法,對消除安全隱患理論研究方面,也有一定的啟發作用。

實踐上,本文中的內容取材于設計和審圖中發現的實際問題,這些問題的特點為設計中做法反差比較大但又存在消防安全隱患。這次主要討論消火栓系統方面的關鍵技術問題,整理出相對合理和系統性的結論,主要用于指導寧馬線的設計工作,目前寧馬線的消火栓系統設計基本上是按本文要求設計的。另外,筆者作為項目負責人,正在負責進行一項科研項目——國家建筑標準設計圖集《軌道交通項目給水及消防設計》編制,本論文對此科研也有一定的指導意義。

4.3 存在的問題及期望

“軌道交通工程中,為了保證消防安全,消防泵房保護距離盡量控制在2 000 m以內”的觀點,是個別工程的設計經驗,沒有經過系統性的實踐驗證。所以,在應用中可能比較保守,還有待進一步研究,得出更合理的結論。同理,筆者提出的“消防供水多方案組合模式”也有待于工程實踐來驗證。總結出的“適應不同條件下的車站給水水壓制式”方案,筆者都有成功的設計案例,但是否能適應其他地區也有待更多實踐來驗證。