新建設(shè)模式下軌道交通工程消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江 琴

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100034）

隨著城軌交通的發(fā)展及集約用地的需求，深埋車站、城軌與高鐵、機(jī)場(chǎng)GTC大樓結(jié)合的大型樞紐站，與商業(yè)結(jié)合的站城一體化車站，多線換乘車站、車輛段上蓋 TOD開發(fā)項(xiàng)目等大型綜合體項(xiàng)目，以一種嶄新的建設(shè)模式在國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展。各種綜合體項(xiàng)目體量龐大、功能復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，影響范圍大，但國內(nèi)尚無針對(duì)性的消防設(shè)計(jì)規(guī)范，形式比較嚴(yán)峻。通過對(duì)實(shí)際工程的不斷探索，針對(duì)軌道交通消防給水系統(tǒng)新的建設(shè)模式進(jìn)行創(chuàng)新，構(gòu)建了嶄新的具有軌道交通特色的新型消防給水系統(tǒng)，并在相應(yīng)的工程中得到廣泛應(yīng)用，為地鐵相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的編制和修訂提供依據(jù)。

1 深埋車站消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

受地勢(shì)條件影響，深埋車站也成為重慶地鐵的一個(gè)重要特點(diǎn)。自2003年韓國大邱地鐵火災(zāi)后，重慶地下車站除設(shè)置消火栓系統(tǒng)外，同時(shí)在車站站臺(tái)層也設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，室內(nèi)外全部消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為80 L/s。大部分車站的市政自來水均能從環(huán)狀管網(wǎng)獲得兩路供水水源，但市政管網(wǎng)的供水量不能滿足車站消防設(shè)計(jì)總量要求；市政供水壓力能否滿足車站消火栓及噴淋系統(tǒng)要求，與車站地勢(shì)條件和市政自來水廠的相對(duì)位置有關(guān)。

針對(duì)深埋車站，地下車站消防給水系統(tǒng)采用了以常高壓系統(tǒng)為主的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，充分利用車站埋深形成靜壓及市政供水條件；車站消火栓及噴淋系統(tǒng)分別采用市政及室外消防水池直接供水的常高壓系統(tǒng)和消防水池消防泵加壓供水的組合方式，以應(yīng)對(duì)市政供水能力不滿足消防用水總量要求的供水條件；同時(shí)減少消防水池有效容積及消防泵的配置，節(jié)省工程投資。這不失為一種全新的軌道交通消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。

10號(hào)線二期工程七星崗站站廳覆土56～65 m，車站埋深較深，整體采用暗挖法施工。車站消防水源由市政兩路環(huán)狀供水管網(wǎng)供給，市政供水量不滿足室內(nèi)外消火栓及噴淋系統(tǒng)同時(shí)使用的要求，但市政供水壓力滿足除地鐵出入口外車站其他場(chǎng)所消火栓及噴淋系統(tǒng)的使用要求。該站在地面設(shè)置消防水池和消防泵房，消防水池有效容積144 m3，儲(chǔ)存2 h室內(nèi)消火栓系統(tǒng)流量[1]，出入口消火栓系統(tǒng)由消防泵從消防水池抽水加壓供給，站廳、站臺(tái)及區(qū)間消火栓系統(tǒng)由消防水池直接供給，車站室外消火栓系統(tǒng)及自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)由市政自來水直接供給，具體如圖1所示。

圖1 七星崗站消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理Figure 1 Design schematic of fire water supply system at Qixinggang Station

2 地下車站消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地下車站一般在道路下方設(shè)置，地面除出入口和風(fēng)亭外，無其他建筑設(shè)施，消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)高位水箱較為困難；而高架車站屋面一般采用輕鋼結(jié)構(gòu)工程，基本無設(shè)置高位水箱的條件。

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定：地面和高架車站采用消防水泵加壓供水的消火栓給水系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓裝置和氣壓設(shè)備，可不設(shè)高位水箱，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的穩(wěn)壓罐的有效容積均不小于150 L[2]。既有工程地面和高架車站消防給水系統(tǒng)均未設(shè)置高位水箱，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)按照《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求執(zhí)行。地下車站消火栓及噴淋系統(tǒng)是否設(shè)置高位水箱，在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中暫無明確規(guī)定。在實(shí)際工程中，地下車站消火栓系統(tǒng)延續(xù)了既有工程的習(xí)慣做法，未設(shè)置高位水箱。當(dāng)車站設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，可在室外地面設(shè)置高位水箱，以滿足噴淋系統(tǒng)前10 min的供水要求。然而，室外高位水箱的設(shè)置對(duì)占地和景觀均造成影響。為解決嚴(yán)寒地區(qū)高位水箱的冬季保溫問題，需設(shè)置高位水箱間，并增設(shè)采暖設(shè)施。綜合考慮地鐵實(shí)際因素，在保證消防給水系統(tǒng)安全性的前提下，地下車站消防給水系統(tǒng)在保證前10 min消防流量高位水箱的設(shè)置上，提出了兩種新的設(shè)計(jì)理念。

2.1 利用市政自來水穩(wěn)壓替代高位水箱

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.2.2條規(guī)定：高位消防水箱的設(shè)置位置應(yīng)高于其所服務(wù)的水滅火設(shè)施，且最低有效水位應(yīng)滿足水滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的靜水壓力，其中多層公共建筑不應(yīng)低于0.07 MPa，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)最小不應(yīng)小于 0.10 MPa。第 6.1.9條第3款規(guī)定：當(dāng)市政供水管網(wǎng)的供水能力在滿足生產(chǎn)、生活最大小時(shí)用水量后，仍能滿足初期火災(zāi)所需的消防流量和壓力時(shí)，市政直接供水可替代高位消防水箱[3]。

國內(nèi)大部分城市市政最低供水保障壓力不小于0.14～0.2 MPa，地下車站最不利點(diǎn)的消火栓一般位于出入口通道第一級(jí)臺(tái)階處，市政供水壓力可滿足最不利消火栓靜水壓力大于7 m的要求，也可滿足站廳噴淋最不利噴頭靜水壓力大于10 m的要求，市政管網(wǎng)供水能力完全滿足初期火災(zāi)消防流量要求。因此，采用市政自來水進(jìn)行穩(wěn)壓替代高位水箱的設(shè)計(jì)方案，符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

杭州地鐵3號(hào)線某地下車站消防水源由市政環(huán)狀管網(wǎng)接出兩根DN200給水管供給，市政供水壓力最低保障壓力為 0.2 MPa，車站消火栓系統(tǒng)從市政管網(wǎng)直接加壓供給，系統(tǒng)設(shè)置消防泵和穩(wěn)壓泵組。在消防引入管上設(shè)置一根市政超越管，與消防水泵加壓后的管道連接；在該管道上設(shè)置流量開關(guān)，動(dòng)作流量為2.5 L/s；在消防水泵出水管上，設(shè)置兩組壓力開關(guān)(互為備用)，以保證消防泵同時(shí)具備流量開關(guān)和壓力開關(guān)的啟泵功能。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上增加了市政超越管及流量開關(guān)，提高了消防系統(tǒng)安全性，具體方案如圖2所示。

圖2 市政超越管設(shè)置Figure 2 Schematic of municipal overtake pipe setting

2.2 噴淋系統(tǒng)高位水箱與消防水池合并設(shè)置

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.3.3條規(guī)定：采用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，不設(shè)置高位消防水箱時(shí)，氣壓供水設(shè)備的有效水容積，應(yīng)按系統(tǒng)最不利處4只噴頭在最低工作壓力下的5 min用水量確定[4]。若按這個(gè)要求，地鐵噴淋系統(tǒng)氣壓罐的有效容積將達(dá)到1 600 L；氣壓罐體量大，在地下車站布置及運(yùn)輸都較困難，實(shí)施難度大。

當(dāng)高位水箱設(shè)置高度高于車站站廳或站臺(tái)噴頭高度時(shí)，高位水箱的設(shè)置滿足規(guī)范要求。當(dāng)車站室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)已在室外設(shè)置埋地消防水池時(shí)，消防水池池底高于車站噴頭高度，在消防水池內(nèi)疊加18 m3高位水箱的有效水容積，采用高位水箱與消防水池合建的方案，可解決室外設(shè)置高位水箱的占地、景觀及冬季保溫等問題。

長(zhǎng)春地鐵某車站在出入口附近地坪以下設(shè)置了消防水池和消防泵房，消防水池與高位水箱合建，有效容積為270 m3，其中室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)用水量為252 m3，高位水箱的有效容積為18 m3，消防水池上部為高位水箱的有效容積，消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置消防泵及增壓穩(wěn)壓設(shè)施。噴淋及消火栓系統(tǒng)初期火災(zāi)及火災(zāi)設(shè)計(jì)流量均由消防水池兼高位水箱提供，具體方案如圖3所示。

圖3 消防水池與高位水箱合設(shè)系統(tǒng)Figure 3 Outdoor fire water supply system design

筆者認(rèn)為，當(dāng)市政供水為雙水源環(huán)狀供水時(shí)，其供水壓力可滿足最不利點(diǎn)噴頭0.1 MPa靜壓；當(dāng)市政供水能力滿足噴淋和消火栓系統(tǒng)初期火災(zāi)流量要求時(shí)，噴淋系統(tǒng)也可采用市政自來水穩(wěn)壓的供水方式。

3 交通樞紐站消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自2009年北京地鐵4號(hào)線北京南站樞紐站開通運(yùn)營以來，地鐵與高鐵、機(jī)場(chǎng)合建的大型交通樞紐站越來越多，代表性車站有北京大興機(jī)場(chǎng)站、清河站、星火站，以及杭州蕭山機(jī)場(chǎng)站和南寧吳圩機(jī)場(chǎng)站等。樞紐工程建筑體量大，不同交通功能的建筑在平面和豎向空間相互交叉，設(shè)計(jì)邊界模糊，國內(nèi)規(guī)范消防設(shè)計(jì)依據(jù)匱乏，綜合體地下車站的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及方案尚無統(tǒng)一定論。

早期北京南站地鐵站廳與高鐵站共用大廳，車站設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，在站廳和站臺(tái)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)按地下車站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20 L/s設(shè)計(jì)，噴淋系統(tǒng)按中危Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)。大興機(jī)場(chǎng)站采用與北京南站相同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而近期設(shè)計(jì)的清河站交通樞紐和星火站在特殊消防設(shè)計(jì)結(jié)論中均保留了站廳噴淋系統(tǒng)，取消了車站站臺(tái)噴淋系統(tǒng)。

北京地鐵 3號(hào)線朝陽綜合交通樞紐總用地面積5.4 hm2，地上2層為公交停車樓，地下2層為樞紐換乘大廳，地下3層和4層為地鐵 M3線和 R4線星火站。地鐵與樞紐大廳通過開敞空間上下連通，通過樞紐大廳分別與京沈高鐵北京朝陽站和公交站進(jìn)行換乘，樞紐大廳、地鐵站廳和站臺(tái)劃分為同一個(gè)防火分區(qū)，具體如圖4所示。

圖4 朝陽站交通樞紐工程剖面Figure 4 Cross section of Chaoyang Station Transportation Hub

地鐵工程除室外消防給水系統(tǒng)由樞紐統(tǒng)一設(shè)計(jì)外，室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)與樞紐工程完全分開獨(dú)立設(shè)計(jì)。按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求，地鐵室內(nèi)和室外消火栓系統(tǒng)取20 L/s進(jìn)行設(shè)計(jì)。地鐵僅在站廳公共區(qū)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)按中危Ⅱ級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)；在地鐵與樞紐連通口部的地鐵站廳層，設(shè)置大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)流量為20 L/s。

對(duì)近幾年樞紐工程消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于樞紐工程不同功能分區(qū)的建筑室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)參數(shù)分別按照相應(yīng)行業(yè)國家規(guī)范的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值。但筆者認(rèn)為，此種方式僅適合于不同功能建筑消防給水系統(tǒng)相互獨(dú)立設(shè)置的情況。當(dāng)樞紐綜合體采用一套消防給水系統(tǒng)，且樞紐之間不同單體防火分區(qū)及疏散區(qū)域不能完全分開時(shí)，室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的用水量應(yīng)根據(jù)不同功能，取綜合體建筑總體積的最大設(shè)計(jì)流量作為綜合體消防設(shè)計(jì)流量。關(guān)于噴淋系統(tǒng)設(shè)置范圍的問題，筆者認(rèn)為車站站廳、站臺(tái)劃分為一個(gè)防火分區(qū)，在站廳已設(shè)置噴淋的前提條件下，站臺(tái)增設(shè)噴淋的難度不大，投資增加不多。站臺(tái)增設(shè)噴淋系統(tǒng)將有效控制站臺(tái)的初期火災(zāi)，對(duì)減小地鐵火災(zāi)蔓延及提高綜合樞紐的整體消防安全性有著積極意義。

4 帶蓋開發(fā)車輛段消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北京地鐵 10號(hào)線五路停車場(chǎng)上蓋開發(fā)成功的案例得到了軌道交通行業(yè)的普遍認(rèn)可，目前新建工程軌道交通車輛段已普遍按上蓋開發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。上蓋開發(fā)功能一般為住宅、學(xué)校、商業(yè)、停車庫等，也有部分項(xiàng)目蓋板上方為綠地或公園。受規(guī)劃條件限制，帶蓋開發(fā)車輛段有全地下、半地下和地面等3種形式。

車輛段和上蓋開發(fā)項(xiàng)目以車輛段蓋板為界，形成大型綜合體，功能復(fù)雜，一旦出現(xiàn)火災(zāi)相互干擾，影響較大，消防設(shè)計(jì)無相應(yīng)規(guī)范可遵循，設(shè)計(jì)難度大。

成都地鐵5號(hào)線回龍停車場(chǎng)與11號(hào)線停車場(chǎng)共址建設(shè)，項(xiàng)目用地面積36.87 hm2，蓋下共有3個(gè)單體建筑，為運(yùn)用庫、材料庫、工程車庫及材料棚。運(yùn)用庫進(jìn)行上蓋開發(fā)，咽喉區(qū)上蓋屋頂綠化，為地上車輛段。蓋下運(yùn)用庫、材料庫設(shè)置自噴系統(tǒng)和室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，工程車庫設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，沿消防車道設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)，具體如圖5所示。

圖5 回龍停車場(chǎng)總平面Figure 5 General plan of Huilong parking lot

4.1 消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定

蓋下各單體建筑的室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)車輛段的形式分別取值。對(duì)于地面車輛段，單體建筑應(yīng)根據(jù)建筑定性，按地上建筑消防用水量取值；對(duì)于半地下和全地下車輛段，位于地下部分的單體建筑應(yīng)按地下建筑消防用水量取值。

4.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置范圍

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第7.4.1條要求，建筑面積大于6 000 m2的地下、半地下和上蓋設(shè)置了其他功能建筑的停車庫、列檢庫、停車列檢庫、運(yùn)用庫、聯(lián)合檢修庫，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

目前車輛段除以上單體建筑外，蓋下物資庫等丙類倉庫根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求，也設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。蓋下的工程車庫是否設(shè)置噴淋系統(tǒng)沒有定論。筆者認(rèn)為，工程車庫為丙類廠房，建筑整體消防設(shè)計(jì)要求較高，與建筑消防設(shè)計(jì)相匹配，工程車庫宜設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

4.3 咽喉區(qū)消防給水設(shè)計(jì)

咽喉區(qū)周圍設(shè)置消防車道，咽喉區(qū)消防是否按區(qū)間消防進(jìn)行設(shè)計(jì)一直都有爭(zhēng)議，既有工程消防給水系統(tǒng)有按區(qū)間設(shè)置室內(nèi)消火栓口，也有按室外消防沿消防車道設(shè)置室外消火栓的設(shè)計(jì)方案[5]。目前，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為：咽喉區(qū)一般為地鐵出入庫列車經(jīng)過，列車不載客，咽喉區(qū)除設(shè)置軌道、接觸網(wǎng)等設(shè)施外，無其他設(shè)施，可視為安全區(qū)考慮。

對(duì)于地面車輛段，咽喉區(qū)消防給水系統(tǒng)應(yīng)沿周圍消防車道設(shè)置室外消火栓，所設(shè)置的間距適當(dāng)加密，按不大于50～80 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于半地下和全地下車輛段，除按地面車輛段設(shè)置室外消火栓外，咽喉區(qū)宜按區(qū)間設(shè)置區(qū)間消火栓口，并在適當(dāng)位置設(shè)置水龍帶箱，以增加地下車輛段火災(zāi)的救援能力。

5 結(jié)語

國內(nèi)軌道交通在迅猛發(fā)展的同時(shí)，新的建設(shè)模式層出不窮，大型綜合體項(xiàng)目日益增多，在缺乏相應(yīng)規(guī)范的情況下，軌道交通消防給水設(shè)計(jì)也面臨不斷的挑戰(zhàn)和技術(shù)創(chuàng)新需求。

筆者認(rèn)為：針對(duì)地下車站，在市政供水能力及壓力均能滿足地鐵使用要求的前提條件下，地下車站的消防給水系統(tǒng)應(yīng)充分利用地下工程形成的靜壓，采用常高壓消防給水系統(tǒng)，消防前10 min流量也可盡量利用市政自來水解決；針對(duì)大型交通樞紐項(xiàng)目，消防給水系統(tǒng)如何構(gòu)建，應(yīng)在充分考慮地鐵車站與樞紐融合程度的前提下，分別考慮不同的策略；帶蓋開發(fā)的車輛段項(xiàng)目消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則應(yīng)與建筑消防整體設(shè)計(jì)保持一致性。在確保消防給水系統(tǒng)供水安全可靠的前提條件下，如何利用軌道交通的特點(diǎn)，構(gòu)建更優(yōu)的適合地鐵的消防給水系統(tǒng)，還值得進(jìn)一步探討及論證。