劉啟志

（佛山軌道交通設(shè)計研究院有限公司，廣東 佛山 528315）

1 工程概述

本文選取廣州市軌道交通7號線一期工程西延順德段工程作為研究對象，探討該工程所包含的各項水消防系統(tǒng)設(shè)計。工程線路總長約13.45 km。共設(shè)8座地下車站，共有1座停車場，1座主變電站，控制中心設(shè)置在大石控制中心。線路起于美的大道站，出站后沿益豐路向西南方向敷設(shè)，大洲站為終點(diǎn)，與廣州市軌道交通七號線一期工程連接。

2 消防水系統(tǒng)的組成

我國地鐵水消防系統(tǒng)的組成主要包括消火栓及自動噴淋系統(tǒng)、滅火器以及自動滅火系統(tǒng)。全線車站及地下區(qū)間均設(shè)有室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。消防按同一時間發(fā)生一起火災(zāi)計，車站根據(jù)市政水源和水壓等情況，接出兩路消火栓給水干管并在站廳層水平成環(huán)和通過立管與站臺層管網(wǎng)連接豎向成環(huán)，使消火栓給水系統(tǒng)形成立體環(huán)狀供水管網(wǎng)。

車站兩端左右線分別向地下區(qū)間隧道引入一根DN150消防給水干管，沿隧道行車方向右側(cè)布置，根據(jù)消火栓保護(hù)劃分界面，使車站及相鄰區(qū)間形成一個完整的環(huán)狀消防給水管網(wǎng)。車站出入口設(shè)置水泵接合器，每個消防水泵接合器15～40 m范圍內(nèi)設(shè)置室外消火栓，室外消火栓設(shè)置數(shù)量應(yīng)滿足滅火救援要求，且不應(yīng)少于2個。車站便民設(shè)施或小型商鋪按中危險級Ⅰ級設(shè)置自動噴水局部應(yīng)用系統(tǒng)。

全線車站均設(shè)有滅火器及微型消防站，滅火器危險等級按照嚴(yán)重級計算，并在每個滅火器箱內(nèi)配自救面具二套。對此，為保證地鐵工程的正常運(yùn)營和消防安全，盡可能減少火災(zāi)發(fā)生后的經(jīng)濟(jì)損失及盡快恢復(fù)地鐵的正常運(yùn)營，地下車站的重要電氣設(shè)備用房采用自動滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

3 水消防系統(tǒng)設(shè)計的方案細(xì)節(jié)

3.1 消防水源的方案比選

在地鐵設(shè)計中，城市中心區(qū)地鐵車站一般均能滿足兩路供水，在遠(yuǎn)離市區(qū)或發(fā)展新區(qū)的地鐵車站一般只能滿足一路供水。因此結(jié)合地鐵車站的市政條件，一般會有以下兩種消防供水方案。當(dāng)室外為兩路供水條件的地段，且水源有足夠的流量和壓力可以滿足車站消防用水要求時，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)可由市政給水管網(wǎng)直接供水，系統(tǒng)為常高壓系統(tǒng)。

根據(jù)《水消規(guī)》相關(guān)規(guī)定，一路供水條件的地段，車站需要設(shè)置儲存全部室內(nèi)消防用水量的臨時高壓給水系統(tǒng)。從市政給水管網(wǎng)中引入一根市政自來水管，在車站室內(nèi)部設(shè)置消防水泵房，并配備滿足消防用水量的消防水池，以保證室內(nèi)的消防供水。

比較兩路供水方案與設(shè)置一路供水設(shè)置消防水池的實際應(yīng)用狀況，可知后者相比前者具有一定的優(yōu)勢。

（1）由于火災(zāi)事故發(fā)生時用水需求量大，直接會影響市政給水管水壓，導(dǎo)致栓口出水壓力偏低，而消防水池平時存有消防用水量，平時只需要在48 h內(nèi)補(bǔ)水，對市政管網(wǎng)正常工作影響較小。

（2）在運(yùn)營成本及工程實施界面上，兩路供水的車站需要設(shè)置兩塊水表，維護(hù)成本較大，并受到城市控規(guī)及周邊用地要求影響，若自來水主管單位后期反饋不具備接管條件，對工程的推進(jìn)有較大影響。設(shè)置消防水池，使得外部工程實施界面條理化與簡單化，能夠為消防用水提供可靠的安全保障。因此本工程最終選擇一路供水設(shè)置消防水池及消防水泵的設(shè)計方案。

3.2 區(qū)間消防供水的設(shè)置方案

（1）車站與相鄰兩個半?yún)^(qū)間形成一個完整的環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，即“一站兩個半?yún)^(qū)間”。該方案在區(qū)間中部聯(lián)絡(luò)通道處，在道床上設(shè)置過軌連通管形成消火栓供水環(huán)網(wǎng)。該方案能有效縮短長距離區(qū)間的消火栓口出水時間，減少消火栓環(huán)網(wǎng)的水頭損失，減低車站消防泵組的揚(yáng)程，也能縮短火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的控制范圍，更有利將報警信號傳達(dá)到消防泵組。但根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，道床的預(yù)留消火栓管槽一般難以預(yù)留準(zhǔn)確，一旦遺漏需要鑿除軌道部分的回填層，梯形道床一般留200 mm管槽供施工安裝，實施難度較大，且消火栓過軌管一般容易出現(xiàn)滲水，難以維修，容易發(fā)生安全事故。

（2）車站與相鄰一個區(qū)間形成一個完整的環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，即“一站一區(qū)間”?？紤]消火栓過軌管在施工期的安裝難度及運(yùn)營期的檢修難度，近年來的新線設(shè)計，均逐步考慮車站采用“一站一區(qū)間”的消火栓保護(hù)范圍模式。車站的區(qū)間消火栓管提升至相鄰車站的站廳層風(fēng)道內(nèi)進(jìn)行連通，避免消火栓過軌管在區(qū)間的作業(yè)施工，也便于后期運(yùn)營維護(hù)。但相應(yīng)的消火栓供水壓力要求和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)控制難度加大，需要采用水力模型進(jìn)行各種事故工況分析。

3.3 自動噴水局部應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)置方案

車站商鋪在新一輪的地鐵建設(shè)大潮中，作為地鐵商業(yè)資源開發(fā)的一種主要形式，在給地鐵乘客提供便利、穩(wěn)定運(yùn)營客流量、增加運(yùn)營收入的同時，也給地鐵消防安全帶來了新的考驗。根據(jù)國內(nèi)既有地鐵商鋪的火災(zāi)試驗，火災(zāi)發(fā)生轟燃的時間短、發(fā)熱量大、產(chǎn)生的有毒有害氣體濃度高，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此有必要對商鋪增強(qiáng)消防滅火設(shè)施的配置，國內(nèi)不少城市地鐵根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求設(shè)置自動噴水局部應(yīng)用系統(tǒng)，如深圳地鐵4號線、廈門地鐵1號線、佛山3號線等[1]。

本工程在車站小型商鋪及便民設(shè)施設(shè)置自動噴水局部應(yīng)用系統(tǒng)，中危險級Ⅰ級，噴水強(qiáng)度為6 L/（min·m2），持續(xù)時間為0.5 h，采用K=80的快速響應(yīng)噴頭（公稱動作溫度68 ℃），采用通透性吊頂或不設(shè)吊頂時采用上噴式噴淋頭，有扣板吊頂時采用下噴式噴淋頭，最不利點(diǎn)灑水噴頭處設(shè)末端試水裝置。

考慮車站最大商鋪面積不大于30 m2，同時開放的噴頭數(shù)量不多于6個，用水量不大于10 L/s，車站室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量滿足的情況下，合用室內(nèi)消防用水量、穩(wěn)壓設(shè)施、消防水泵及供水管道等。局部應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置遙控信號閥、水流指示器和壓力開關(guān)，分別傳遞開閉信號、流量信號和壓力信號給火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，以確保管網(wǎng)在待工作及正常工作狀態(tài)下，均能保持正常水壓，確保滅火效果。

3.4 自動滅火系統(tǒng)的方案比選

目前，國內(nèi)多數(shù)城市的地鐵工程所搭載的自動滅火系統(tǒng)介質(zhì)一般為三種，七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)、IG541氣體滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)。所選的滅火劑除滿足電氣設(shè)備滅火的技術(shù)要求外，應(yīng)考慮毒性對人的危害并滿足環(huán)保等方面的要求，必須安全可靠、技術(shù)先進(jìn)。其中七氟丙烷在高溫滅火條件下可分解產(chǎn)生氫氟酸，對重要電子設(shè)備儀器有腐蝕風(fēng)險，嚴(yán)重時可造成人員傷亡或設(shè)備停止運(yùn)行。因此，七氟丙烷介質(zhì)的安全性能較差，不宜用于地鐵車站的電氣設(shè)備。對IG541氣體滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)兩種介質(zhì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析[2]。

IG541氣體滅火系統(tǒng)是采用52%氮?dú)猓∟2）、40%氬氣（Ar）和8%二氧化碳（CO2）三種惰性氣體的混合物作為滅火介質(zhì)的自動滅火系統(tǒng)。其滅火機(jī)制為窒息，即通過噴放惰性氣體混合物，迅速使防護(hù)區(qū)氧氣濃度從21%降低至可燃濃度以下，使燃燒物因缺氧而停止燃燒達(dá)到滅火目的，在規(guī)定的濃度范圍內(nèi)使用對人體無害，保護(hù)電子儀器設(shè)備。需要在車站設(shè)置儲存氣瓶及管道氣態(tài)高壓輸送，鋼瓶維修保養(yǎng)不當(dāng)會有爆炸的風(fēng)險，此外鋼瓶占地面積大、鋼瓶數(shù)量多，會增加車站土建的建設(shè)成本。

同時，根據(jù)《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG R0006—2014），鋼瓶需每3年進(jìn)行一次特種設(shè)備檢測和氣體充裝，使用年限達(dá)到20年需全部更換，維護(hù)價格昂貴。以該工程標(biāo)準(zhǔn)站作為投資成本比較單元，IG541氣體滅火系統(tǒng)初期投資費(fèi)用為140.68萬元，考慮氣體鋼瓶檢測費(fèi)、日常維護(hù)費(fèi)、折現(xiàn)率等費(fèi)用，其30年全生命周期費(fèi)用為687.45萬元。

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)為水，來源方便，價格低廉，對人員和環(huán)境安全、環(huán)保，適用于撲救相對封閉空間內(nèi)的可燃固體、可燃液體和帶電設(shè)備火災(zāi)。其滅火機(jī)制為冷卻、隔絕輻射熱、消煙、持續(xù)控火及至滅火等四個優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)主要為占地空間少，只需設(shè)置一個水泵間（泵房地面與室外出入口地坪高差少于10 m）就可以滿足系統(tǒng)的使用要求；系統(tǒng)為臨時高壓系統(tǒng)，平時以穩(wěn)壓泵往管網(wǎng)充水，危險性較小，且自帶巡檢功能，維護(hù)相對簡單。但災(zāi)后系統(tǒng)噴放的排水除濕所需時間較長，同時且對電氣設(shè)備可能造成二次水漬損失，應(yīng)及時進(jìn)行災(zāi)后排風(fēng)。

以該工程標(biāo)準(zhǔn)站作為投資成本比較單元，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)初期投資的費(fèi)用為240.10萬元，充分考慮箱體水源更換、日常維護(hù)費(fèi)、折現(xiàn)率等費(fèi)用，其30年全生命周期的費(fèi)用為434.91萬元。

從技術(shù)方面上，兩種自動滅火系統(tǒng)在設(shè)計、施工、運(yùn)維階段各有其優(yōu)缺點(diǎn)，而高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在運(yùn)維階段更易于管理和維護(hù)；從經(jīng)濟(jì)性方面上，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在工程初期建設(shè)成本較高，但運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用低，在30年全生命周期內(nèi)，其綜合費(fèi)用低于IG541氣體滅火系統(tǒng)，前者的周期費(fèi)用約為后者的63.3%，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。因此，本工程最終選擇高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為重要電氣設(shè)備房間的自動滅火系統(tǒng)。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過實際工程案例對地鐵水消防系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行分析，加強(qiáng)對地鐵水消防系統(tǒng)的理解，掌握技術(shù)重難點(diǎn)，落實到給排水設(shè)計的工作中，嚴(yán)格地按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實施，保障地鐵水消防系統(tǒng)的安全性，為廣大的乘客生命安全提供保障。