高速鐵路大型客站給排水設(shè)計(jì)特點(diǎn)及效果分析

張漢英

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢　430063)

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高速鐵路大型客站給排水設(shè)計(jì)特點(diǎn)及效果分析

張漢英

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430063)

摘要：鄭州東站給排水設(shè)計(jì)中涵蓋了給水、排水、消防的全部內(nèi)容，其特點(diǎn)為采用了儲(chǔ)能罐式真空卸污方式，卸污系統(tǒng)能耗低，易于改擴(kuò)建，適用性強(qiáng)；將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于給排水控制系統(tǒng)中，采用標(biāo)準(zhǔn)化的功能終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，降低系統(tǒng)復(fù)雜性，提高系統(tǒng)可靠性，有利于終端設(shè)備運(yùn)營維護(hù)。根據(jù)自來水的供水壓力，針對(duì)用水點(diǎn)不同水壓需求，采用分壓供水方式，減少加壓供水量，降低設(shè)備運(yùn)行能耗；新型旅客列車上水設(shè)備的使用降低上水人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了上水效率，節(jié)約了水資源；分區(qū)消防方式的選用，減少了消防設(shè)備的配置，節(jié)約了工程投資；直飲水設(shè)施配置為旅客健康提供了保障。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；鐵路客站；儲(chǔ)能罐式真空卸污；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；分壓供水；旅客列車上水設(shè)備；分區(qū)消防；直飲水

高速鐵路鄭州東站位于京廣和徐蘭兩大高速鐵路的交叉點(diǎn)，同時(shí)有鄭開城際、鄭機(jī)城際及鄭萬鐵路等多條線路引入鄭州東站，京廣場(chǎng)、城際場(chǎng)和徐蘭場(chǎng)三場(chǎng)并列布置，總規(guī)模16臺(tái)32線，其中西側(cè)京廣場(chǎng)16線、東側(cè)徐蘭場(chǎng)12線、中部城際場(chǎng)4線，京廣場(chǎng)和城際場(chǎng)分別于2012年9月、2014年12月開通運(yùn)營，徐蘭場(chǎng)擬于2016年6月開通運(yùn)營。車站總建筑面積407 128 m2，其中站房建筑面積149 981 m2，站臺(tái)雨蓬面積78 640 m2。新建車站設(shè)計(jì)年度用水量為3 500 m3/d，其中客車上水量717 m3/d。

1卸污系統(tǒng)及選型設(shè)計(jì)

高速旅客列車均為密閉式廁所，密閉式廁所滿足高速鐵路運(yùn)輸密閉性、舒適性和潔凈環(huán)保的要求，長途通過列車、立折列車均沒有時(shí)間進(jìn)入運(yùn)用所進(jìn)行卸污作業(yè)，要求在列車運(yùn)行時(shí)刻表規(guī)定的短時(shí)間內(nèi)在車站快速完成卸污作業(yè)，對(duì)卸污設(shè)施的建設(shè)提出了巨大的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)外常用的卸污方式為固定式真空卸污，固定式真空卸污方式又分為儲(chǔ)能罐式真空中心及凸輪泵機(jī)組兩種方式，鄭州東站卸污設(shè)計(jì)經(jīng)過充分的理論分析、模擬計(jì)算，采用了儲(chǔ)能罐式真空中心。

鄭州東站京廣場(chǎng)高架站臺(tái)股道間設(shè)3排旅客列車卸污管道及接收單元(分別位于7～8、13～14、15～16股道間)，高架站臺(tái)股道間卸污管道沿32號(hào)橋墩下至出站層，匯集為2根干管鋪設(shè)至真空中心。設(shè)計(jì)考慮同時(shí)對(duì)2列16編組高速列車進(jìn)行卸污作業(yè)。根據(jù)《鐵路污水處理工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10079—2013)要求：立折列車卸污時(shí)間不應(yīng)大于15 min，最大卸污量Q=2×16×500/(60×0.8×15)=22.23 L/s。

卸污系統(tǒng)真空排量系數(shù)取5～7，則真空中心形成真空的設(shè)備抽吸空氣的流量需達(dá)到400 ～560 m3/h。

本設(shè)計(jì)真空卸污中心位于車站西南角地下室，選用V=6 m3鋼制真空罐2組(1用1備)，3臺(tái)Q=250 ～300 m3/h，N=5.5 kW真空泵(2用1備)，2臺(tái)Q=20 ～30 m3/h，H=10 m，N=4 kW污水泵(1用1備)，750 m3/h除臭設(shè)備1套，控制系統(tǒng)1套。

京廣場(chǎng)高架站臺(tái)7～8、13～14、15～16股道間管溝內(nèi)分別設(shè)置3條DN160 HDPE卸污管(PE80以上，壓力等級(jí)1.0 MPa以上)，每條卸污線間距25 m設(shè)置卸污接收單元(真空卸污槍)，共18套。卸污單元參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)半徑13 m；抽吸軟管參數(shù)：DN50，PVC加強(qiáng)襯，耐真空度-80 kPa；電機(jī)功率：1.1 kW；外形尺寸：1 650 mm×675 mm×830 mm(長、寬、高)；卸污單元安裝在管溝內(nèi)，頂面露出地面高度≤350 mm；單元設(shè)置滿足建筑限界要求。

鄭州東站卸污系統(tǒng)通過真空泵的工作使真空罐和卸污管道內(nèi)產(chǎn)生真空，當(dāng)列車?？康桨l(fā)線時(shí)打開卸污單元，將單元內(nèi)的吸污軟管與列車污物箱排污口連接，列車污物箱內(nèi)的污物在真空作用下進(jìn)入卸污管道，最終經(jīng)過排污泵被排到站外厭氧化糞池。真空中心內(nèi)設(shè)備機(jī)組控制系統(tǒng)采用PLC微機(jī)智能控制，無需人員值守。見圖1～圖4。

圖1　站臺(tái)層上水、卸污單位元

圖2　真空罐

圖3　真空泵

圖4　排污泵

2給排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭州東站給排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，按《鐵路給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10010—2008)要求以標(biāo)準(zhǔn)化、具備上網(wǎng)功能的功能終端作為系統(tǒng)的智能化節(jié)點(diǎn)，對(duì)車站給排水系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控；并以標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)絡(luò)作為自控系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸通道，構(gòu)成車站給排水設(shè)備既能分散獨(dú)立控制運(yùn)行、又便于遠(yuǎn)程集成管理的給排水自動(dòng)控制管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

本設(shè)計(jì)給排水自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)化的功能終端設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)傳輸通道組成。

分別統(tǒng)計(jì)兩版教材“平方根”“無理數(shù)的引入”兩塊內(nèi)容中的例習(xí)題數(shù)量，我們發(fā)現(xiàn)：美GMH版的例習(xí)題數(shù)量遠(yuǎn)多于浙教版，大約是浙教版的1.5倍.而且美GMH版在每一道例題后都會(huì)相應(yīng)安排同一類型的習(xí)題，方便學(xué)生及時(shí)鞏固.

(1)標(biāo)準(zhǔn)化功能終端主要由水泵和閥控制功能終端(泵閥遠(yuǎn)控箱)、水計(jì)量功能終端(遠(yuǎn)傳流量計(jì))、模擬量采集功能終端(液位/壓力采集終端)和電計(jì)量功能終端(累計(jì)電量采集器)等四類終端組成。這四類終端均為標(biāo)準(zhǔn)化配置，以標(biāo)準(zhǔn)化功能終端取代傳統(tǒng)的集中監(jiān)控模式，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)可靠性，有利于終端設(shè)備運(yùn)營維護(hù)。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)通道系采用標(biāo)準(zhǔn)化的通訊網(wǎng)作為自控系統(tǒng)信息和控制命令的傳輸通道。通過標(biāo)準(zhǔn)化的通訊線插座，可將上述各標(biāo)準(zhǔn)化功能終端掛到網(wǎng)上連成網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)授權(quán)可以對(duì)車站各種給排水設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程訪問及遠(yuǎn)程日常管理。見圖5。

圖5　給水控制設(shè)備

3生活供水系統(tǒng)、貯水方式的優(yōu)化

車站水源采用城市自來水，根據(jù)城市自來水公司提供的車站接管點(diǎn)處管網(wǎng)的水量(管徑DN300西南、西北角各1處)、水壓(0.28 MPa)資料；站房面積大(建筑面積149 981 m2)，用水點(diǎn)較多，車站供水方式采用分壓供水，用水壓力小于接管點(diǎn)處自來水管供水壓力的用水點(diǎn)，采用自來水直供；用水壓力大于或等于接管點(diǎn)處自來水管供水壓力的用水點(diǎn)，采用加壓供水(Q=144 m3/h，H=75 m，N=65.5 kW變頻調(diào)速供水設(shè)備1套)。為提高客車上水的安全可靠性，高架站臺(tái)客車上水系統(tǒng)采用獨(dú)立加壓設(shè)備及供水管網(wǎng)(Q=450 m3/h，H=50 m，N=114 kW變頻調(diào)速供水設(shè)備1套，兼顧各站臺(tái)消防用水)。

加壓站(位于站房西南角地下室)室內(nèi)貯水設(shè)備采用2組300 m3食品級(jí)不銹鋼水箱貯水，取代了常規(guī)設(shè)計(jì)采用的鋼筋混凝土水池貯水，保證了供水水質(zhì)安全可靠。見圖6。

圖6　變頻供水設(shè)備及不銹鋼水箱

4消防供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1站房室外消防系統(tǒng)

站房室外消防流量40 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h，采用低壓消防，城市自來水直供，兩路進(jìn)水，環(huán)狀供水，間距不大于120 m設(shè)置消火栓。

4.2高架站臺(tái)消防系統(tǒng)

高架站臺(tái)消防流量20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h，水槍充實(shí)水柱10 m，采用高壓消防，由站臺(tái)兩端客車上水干管供水。

4.3高架平臺(tái)消防系統(tǒng)

高架平臺(tái)消防流量20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h，水槍充實(shí)水柱10 m，采用臨時(shí)高壓消防，由室內(nèi)消防泵組提供兩路進(jìn)水，環(huán)狀供水，間距不大于120 m設(shè)置消火栓。見圖7。

圖7　室內(nèi)消防設(shè)備

5節(jié)水節(jié)能型客車上水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為適應(yīng)高速鐵路客站對(duì)旅客列車快速自動(dòng)上水管理水平的更高要求，本設(shè)計(jì)積極推廣節(jié)能節(jié)水型客車上水新技術(shù)，在鄭州東站采用了“客車上水自動(dòng)控制及管理系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要由電動(dòng)控制上水單元、上水單元管理機(jī)、注水管接頭以及相應(yīng)的電氣控制及管理系統(tǒng)等組成。

鄭州東站京廣場(chǎng)高架站臺(tái)除正線以外的每2條到發(fā)線間管溝內(nèi)設(shè)置1條DN200鋼絲網(wǎng)骨架PE上水管，間距25 m設(shè)置1套電動(dòng)控制上水單元，每排上水管設(shè)置17套電動(dòng)控制上水單元，1套上水單元管理機(jī)。共設(shè)8排客車上水管。

電動(dòng)控制上水單元參數(shù)：輸入電壓220 VAC波動(dòng)范圍180～240 VAC；工作電壓24 V；整機(jī)額定功率178 W；進(jìn)水口水壓靜壓>0.15 MPa；進(jìn)水口徑DN40；水管件螺紋接口標(biāo)準(zhǔn)：11/2″；出水軟管口徑DN25；出水軟管長度15 m；出管方式：出口朝上多方向進(jìn)出管，工作范圍達(dá)30 m；遙控距離>50 m；外形尺寸：底面長704 mm、頂面長1 790 mm、寬570 mm、總高721 mm；上水單元安裝在管溝內(nèi)，頂面露出地面高度≤350 mm；上水單元設(shè)置滿足建筑限界要求。

上水單元管理機(jī)參數(shù)：工作電壓單相220VAC波動(dòng)范圍180～240VAC；整機(jī)額定功率50 W；使用網(wǎng)絡(luò)RS485；通訊速率9 600 bps；遙控距離大于50 m；外形尺寸：350 mm×200 mm×565 mm(長、寬、高)；上水單元管理機(jī)安裝在管溝內(nèi)，頂面露出地面高度≤350 mm；管理機(jī)設(shè)置滿足建筑限界要求。

該系統(tǒng)上水方式除由人工采用特制氣動(dòng)式快速管接頭(專利產(chǎn)品)與客車注水口對(duì)接外，其余作業(yè)均為自動(dòng)化完成，具有無線遙控、自動(dòng)計(jì)量顯示、水滿及定時(shí)自動(dòng)關(guān)停、自動(dòng)脫管、自動(dòng)回管、余水自動(dòng)收集及防凍等主要功能。上水系統(tǒng)監(jiān)控中心為上述設(shè)備系統(tǒng)的集中監(jiān)控與信息管理的工作平臺(tái)。該平臺(tái)通過上水現(xiàn)場(chǎng)信息采集系統(tǒng)及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，由中心計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，對(duì)股道間上水單元控制機(jī)的作業(yè)運(yùn)行及相關(guān)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、統(tǒng)計(jì)、顯示以及監(jiān)控，以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)上水作業(yè)過程的電子信息化管理。

6直飲水系統(tǒng)應(yīng)用

本設(shè)計(jì)在鄭州東站站房采用了先進(jìn)的集中式直飲水系統(tǒng)，設(shè)置于給水加壓站內(nèi)，南、北候車室直飲水終端間設(shè)有直飲水水嘴。直飲水處理系統(tǒng)劃分為兩大部分即前端的制水系統(tǒng)和后端的供水系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)之間是松耦合關(guān)系，可獨(dú)立工作。制水系統(tǒng)從自來水管網(wǎng)接入自來水，分別通過多介質(zhì)過濾罐、活性碳過濾罐、軟水罐、精濾罐后，再次增壓打入RO反滲透系統(tǒng)，制成純凈水進(jìn)入儲(chǔ)水罐中。供水系統(tǒng)利用變頻恒壓設(shè)備，將水輸送到各樓層候車室飲水點(diǎn)，供旅客飲用。為了保證水質(zhì)，儲(chǔ)水罐的出水口安裝紫外線設(shè)備進(jìn)行消毒。一般情況，夜間制水系統(tǒng)進(jìn)入維護(hù)狀態(tài)，分批打開回水閥，在水中加入臭氧，對(duì)飲水管道和儲(chǔ)水罐進(jìn)行消毒處理，保證管道的干凈。 見圖8。

圖8　直飲水設(shè)備

7給排水系統(tǒng)的運(yùn)行效果分析

7.1卸污系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

真空卸污系統(tǒng)卸污單元與卸污管路完全密封，無異味、無堵塞、無漏氣、漏水及泄漏污物現(xiàn)象；最大程度地改善了操作環(huán)境，有效消除了卸污過程對(duì)站區(qū)周邊環(huán)境、旅客及工作人員的影響。真空泵、污水泵功率較小，運(yùn)營過程中能耗較低，節(jié)能效果顯著。

2012年10月系統(tǒng)使用初期，列車集便器污物箱內(nèi)有旅客丟棄的毛巾、衛(wèi)生巾等雜物，造成卸污單元軟管堵塞，卸污系統(tǒng)工作不暢，客運(yùn)管理部門加強(qiáng)列車宣傳，旅客素質(zhì)提高，污物箱內(nèi)雜物減少，無卸污軟管堵塞現(xiàn)象發(fā)生。12月因氣溫較低，真空卸污單元軟管在反復(fù)拉伸、收縮使用過程中出現(xiàn)過斷裂現(xiàn)象，供貨廠商及時(shí)對(duì)軟管進(jìn)行了更換，并對(duì)軟管材質(zhì)進(jìn)行了改良，保證了卸污系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前鄭州東站真空卸污設(shè)施運(yùn)行3年來，設(shè)備性能穩(wěn)定，滿足立折列車卸污作業(yè)要求。

2013年11月8日，中國鐵路總公司領(lǐng)導(dǎo)、其他設(shè)計(jì)單位同仁及路局運(yùn)營單位到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，給予了極高評(píng)價(jià)，鄭州東站卸污系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為中國鐵路總公司動(dòng)車、客車卸污地面設(shè)施建設(shè)的示范工程。

7.2給排水自控系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理念應(yīng)用于鐵路給排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上徹底克服了傳統(tǒng)給排水集中監(jiān)控模式系統(tǒng)復(fù)雜、可維護(hù)性差、各系統(tǒng)軟件硬件設(shè)備不通用的弊端，最大限度地降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)可靠性，有利于系統(tǒng)終端設(shè)備運(yùn)營維護(hù)保養(yǎng)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理要求。

7.3生活供水系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

生活供水系統(tǒng)采用分壓供水，僅用水壓力高于自來水供水壓力0.28 MPa的用水點(diǎn)采用變頻供水設(shè)備加壓供水，供水設(shè)備流量大大減小，功率較小，節(jié)能效果顯著?？蛙嚿纤┧O(shè)備與生活供水設(shè)備分開設(shè)置，無客車上水時(shí)段，客車上水變頻供水設(shè)備僅穩(wěn)壓泵運(yùn)行，降低了電耗。

7.4客車上水系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

節(jié)水節(jié)能型客車上水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的上水作業(yè)設(shè)備相比，整個(gè)上水過程操作簡捷便利，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低、輔助上水時(shí)間少、上水及節(jié)水效率顯著提高，該系統(tǒng)運(yùn)行3年來其平均上水作業(yè)效率比傳統(tǒng)上水設(shè)備提高約40%。同時(shí)因?yàn)椴捎昧俗詣?dòng)回管裝置，上水作業(yè)場(chǎng)地的整潔美觀，滿足高速鐵路客站的環(huán)境要求。同時(shí)也為2014年鐵路總公司頒布的《旅客列車上水設(shè)備》(Q/CR15—2014)標(biāo)準(zhǔn)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。

7.5直飲水系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步以及廣大人民群眾健康意識(shí)的增強(qiáng)，旅客對(duì)生活飲用水的質(zhì)量要求逐步提高，直飲水系統(tǒng)的應(yīng)用體現(xiàn)了高速鐵路客站以人為本，優(yōu)質(zhì)服務(wù)的要求。

8結(jié)語

鄭州東站給排水工程設(shè)計(jì)中采用的分壓供水技術(shù)及新型旅客列車上水、卸污系統(tǒng)技術(shù)等代表了國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先的設(shè)計(jì)水平，給排水設(shè)施運(yùn)營3年來，設(shè)備運(yùn)行正常、系統(tǒng)穩(wěn)定，在節(jié)水、節(jié)能等方面均成效顯著，受到了工程建設(shè)各方面的贊譽(yù)，為類似工程設(shè)計(jì)提供了借鑒和參考，石武高速鐵路鄭州至武漢段給排水設(shè)計(jì)榮獲國家鐵路局工程監(jiān)督管理司2013～2014年度鐵路優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。

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收稿日期：2016-01-06

作者簡介：張漢英(1967—)，女，高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于蘭州鐵道 學(xué)院給水排水工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：962730637@qq.com。

文章編號(hào)：1004-2954(2016)06-0173-04

中圖分類號(hào)：U238； X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.036

Design Features and Effects Analysis of Water Supply and Drainage System for Zhengzhou East Railway Station

ZHANG Han-ying

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)

Abstract：The design of water supply and drainage for Zhengzhou East Railway Station covers the all facilities for water supply，drainage and fire control，featured with storage canister vacuum sewage disposal mode，sewage disposal system of low energy consumption，easy expansion and strong applicability. The design applies things technology into water supply and drainage control system，uses a standardized function of the terminal equipment and network transmission channel，reduces system complexity and improves system reliability in favor of operation and maintenance of terminal equipment. According to water supply pressure and the water pressure requirements at different water supply points，partial pressure of water supply is employed to reduce the amount of pressurized water and energy consumption of equipment. The new water supply equipment for passenger train reduces work load，improves the efficiency of passenger train water supply and saves water resources. The adoption of divisional fire prevention requires less fire fighting equipment and cuts project investment. The drinking water facilities protect passengers’ health．

Key words：High-speed railway; Railway passenger station; Storage canister vacuum sewage dumping; Computer control systems; Partial pressure of water supply; Water supply equipment for passenger train; Divisional fire prevention; Drinking water