地鐵消火栓給水系統(tǒng)分區(qū)方案

吳春光， 何瑞蘭， 殷曉妮， 楊曉娟

(北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 北京 100037)

地鐵消火栓給水系統(tǒng)分區(qū)方案

吳春光， 何瑞蘭， 殷曉妮， 楊曉娟

(北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 北京 100037)

闡述地鐵工程消火栓給水系統(tǒng)的特點(diǎn)，從市政水源條件、車站土建規(guī)模、運(yùn)營模式、防迷流措施、系統(tǒng)控制、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面，對城市地鐵工程消火栓給水系統(tǒng)兩種消防供水分區(qū)方案加以分析研究，結(jié)合《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB 50974—2014)(簡稱“水消規(guī)”)中消防泵自動啟泵方式對消防供水分區(qū)方案的影響、建設(shè)及運(yùn)營經(jīng)驗，研究確定更優(yōu)化的“一站+一區(qū)間”給水分區(qū)方案，以減少區(qū)間消防水管過軌，降低火災(zāi)報警系統(tǒng)FAS控制模式的復(fù)雜性，滿足“水消規(guī)”啟泵方式對消火栓給水系統(tǒng)的要求。將各種外界因素對地鐵工程建設(shè)和運(yùn)營安全的影響盡可能地降低，為保證區(qū)間供水安全提出合理化建議,提出在增加壓力開關(guān)啟泵方式的情況下，保留傳統(tǒng)的消火栓按鈕，通過FAS啟泵方式，選用直徑較大的φ9噴嘴水槍，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初期的火災(zāi)最小消防流量大于系統(tǒng)正常泄漏量，增加一套增壓穩(wěn)壓設(shè)備控制進(jìn)水壓力，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)泄漏補(bǔ)水和系統(tǒng)的自動啟動，提高消防供水的安全性和可靠性。

地鐵； 消防供水分區(qū)； 啟泵方式； 控制模式

室內(nèi)消火栓是地鐵工程中最基礎(chǔ)的消防給水設(shè)施，在實(shí)際消防滅火中發(fā)揮著重要的 作 用。消 防 給 水系統(tǒng)的制式選擇及控制模式直接 關(guān) 系 到 其 日 常維護(hù)、使用及運(yùn)營安全[1]。地鐵車站消火栓系統(tǒng)的完整性、可靠性是地鐵線路開通運(yùn)營的必備條件之一[2]。

一條地鐵線路往往由數(shù)十座車站和幾十千米的區(qū)間線路組成，龐大的消防系統(tǒng)中連接著近千個消火栓，全線各水源點(diǎn)壓力不同，各個車站的埋深與高程各異，且地鐵車站消防給水系統(tǒng)方案受外部市政水源條件制約，對穩(wěn)定車站土建及消防給水方案造成了諸多弊端。合理靈活的消防給水分區(qū)方案，能夠盡可能地降低各種外界因素對地鐵建設(shè)和運(yùn)營安全的影響。

1 地鐵工程消火栓給水系統(tǒng)特點(diǎn)

在消火栓給水系統(tǒng)中，車站及區(qū)間均通過消防管連通，形成一個長距離的消防大管網(wǎng)，這些特點(diǎn)也決定了在系統(tǒng)設(shè)置中應(yīng)將地下消防管網(wǎng)當(dāng)作一個整體，重點(diǎn)考慮系統(tǒng)的壓力控制及各車站消防系統(tǒng)之間的互相影響，因此可將整條線路劃分為若干個消防供水區(qū)段來解決上述問題。每個消防供水區(qū)段由單獨(dú)的消防水源、消防加壓穩(wěn)壓設(shè)施、環(huán)狀管網(wǎng)、FAS(火災(zāi)報警系統(tǒng))、監(jiān)控系統(tǒng)、區(qū)間給水干管、區(qū)間連通管、電動閥門等組成。地鐵工程地下消火栓給水系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1) 地下車站及區(qū)間消防給水系統(tǒng)都是充分利用市政水壓，在消防和市政部門許可的前提下，直接從市政管網(wǎng)抽水，不設(shè)置消防水池；

2) 地下車站消防給水系統(tǒng)通過各站點(diǎn)區(qū)間消防管網(wǎng)串聯(lián)起來形成線性消防供水系統(tǒng)，區(qū)間消防管網(wǎng)利用電動閥門分割為若干個可獨(dú)立運(yùn)行的供水區(qū)段；

3) 消防給水管道系統(tǒng)龐大，大部分位于無人區(qū)(區(qū)間隧道內(nèi))。

2 消火栓給水系統(tǒng)分區(qū)方案

根據(jù)市政給水的水源情況，地下車站和地下區(qū)間消火栓給水系統(tǒng)分區(qū)可采用以下兩種方案。

2.1 方案一：一站+相鄰兩側(cè)各半個區(qū)間

2.1.1 雙水源車站

每座車站從市政自來水管網(wǎng)上引入兩根DN 150給水引入管作為消防水源，在車站內(nèi)均設(shè)置消防泵房，使用時消防泵直接從市政自來水管網(wǎng)上加壓供給，車站不設(shè)置消防水池。

每座車站和相鄰各半個區(qū)間作為一個消防供水分區(qū)，在車站進(jìn)入?yún)^(qū)間的消防給水立管上設(shè)置電動閥門，在區(qū)間中部聯(lián)絡(luò)通道的過軌管設(shè)置消防連通管，在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道中部的過軌管兩側(cè)分別設(shè)置電動閥門?；馂?zāi)時通過控制相鄰車站的電動閥門保證每個供水分區(qū)的供水壓力穩(wěn)定，以確保消火栓給水系統(tǒng)的安全。具體參見圖1。

圖1 雙水源消防供水分區(qū)方案Fig.1 Division scenario 1 for fire-fighting water supply system (double sources of water)

當(dāng)某地鐵站發(fā)生火災(zāi)時，通過FAS聯(lián)動控制，關(guān)閉車站兩側(cè)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道過軌連通管外側(cè)的電動閥門V77、V78、V87、V88，使得該站和相鄰各半個區(qū)間能形成一個相對獨(dú)立的消防供水分區(qū)，以減少其他站點(diǎn)消防管網(wǎng)對火災(zāi)區(qū)域消防管網(wǎng)的影響。

2.1.2 單水源車站

當(dāng)市政給水引入管只能為個別車站提供單水源時，地下車站和區(qū)間消防供水分區(qū)仍可采用圖1所示的供水分區(qū)方案，只需要關(guān)閉不同的電動閥門即可滿足消防供水壓力要求(見圖2)。

若XX3站和XX4站只能從環(huán)狀市政給水管網(wǎng)分別引入一根市政給水引入管，則每座車站均設(shè)置消防泵房，不設(shè)置消防水池，兩個車站水源互為備用。

當(dāng)XX3站發(fā)生火災(zāi)時，通過FAS聯(lián)動控制關(guān)閉XX3站兩側(cè)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的電動蝶閥V15、V16，正常情況下，仍啟動XX3站消防泵加壓供水。若此時XX3站給水引入管、水源、水泵或者管網(wǎng)發(fā)生故障時，通過FAS控制開啟XX4站的消防水泵，XX3站及XX4站的供水分區(qū)將包含兩座車站及前后各半個區(qū)間。

2.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

采用上述消防供水分區(qū)方案可靈活應(yīng)對因市政水源條件不穩(wěn)定造成的車站是否設(shè)置消防水池的問題，為穩(wěn)定車站土建規(guī)模，節(jié)約工程投資，減少對外與市政的協(xié)調(diào)難度創(chuàng)造了較好的條件。該分區(qū)制式使整個地下區(qū)間消防環(huán)網(wǎng)全部串聯(lián)，平時管網(wǎng)相通，火災(zāi)工況時即使一個站點(diǎn)兩路水源全斷，也可通過啟動相鄰站點(diǎn)的消防泵為本站提供消防用水，保證用水的安全性和可靠性。

此方案需要在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處進(jìn)行多次過軌，并在道床進(jìn)行預(yù)留開槽，軌道在鋪軌施工時經(jīng)常出現(xiàn)漏留、里程留錯情況，或施工單位沒有按照設(shè)計要求施工，造成過軌管標(biāo)高壓得過低，使得過軌管把軌道線路排水溝截斷，導(dǎo)致區(qū)間過軌管處發(fā)生積水；區(qū)間消防管連通時需要從軌道下方穿過，容易造成雜散電流隱患；發(fā)生火災(zāi)時需要FAS參與控制電動閥門，控制系統(tǒng)復(fù)雜；由于在區(qū)間給水管路上設(shè)置電動閥門，若區(qū)間消防管網(wǎng)漏水，不能及時關(guān)閉閥門，容易造成中間連通管腐蝕，且維修困難。

該方案已經(jīng)在北京地鐵8、9、10、14號線，合肥地鐵1號線，沈陽地鐵1、2號線，青島地鐵3號線，石家莊地鐵1號線等多條線路廣泛使用。

2.2 方案二：一站+相鄰側(cè)整個區(qū)間

2.2.1 雙水源車站

每座車站和其相鄰的整個區(qū)間作為一個消防供水單元，在車站進(jìn)入?yún)^(qū)間消防給水立管上設(shè)置電動閥門，火災(zāi)時不需要電動閥參與動作，電動蝶閥僅用來檢修關(guān)斷使用，將“一站及相鄰側(cè)整個區(qū)間”作為一個消防供水分區(qū)單元，區(qū)間消防水管在相鄰車站的端部實(shí)現(xiàn)連通，無需過軌。不同消防供水分區(qū)之間的消防管網(wǎng)不連通，以減少對其他站點(diǎn)消防系統(tǒng)的影響。具體方案見圖3。

圖3 雙水源消防供水分區(qū)方案Fig.3 Division scenario 2 for fire-fighting water supply system (double sources of water)

2.2.2 單水源車站

當(dāng)市政給水管網(wǎng)只能為個別車站提供單水源時，地下車站和區(qū)間消防供水分區(qū)仍可采用上述雙水源車站的供水分區(qū)方案，只需要在單水源車站增設(shè)消防水池(見圖4)。

圖4 單水源消防供水分區(qū)方案Fig.4 Division scenario 2 for fire-fighting water supply system (single source of water)

2.2.3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

隨著軌道交通專業(yè)道床技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段采用浮置板減振道床和梯形減振道床的地段越來越多，該種減振道床段軌道下方無空間，造成排水管道過軌難度較大或無法過軌，施工困難。因此，采用“一站+一區(qū)間”消防供水分區(qū)方案將電動閥設(shè)置在車站的端頭，這樣可以減少區(qū)間減振段無法過軌的問題，避免管道腐蝕，方便檢修維護(hù)，本方案取消電動閥參與火災(zāi)控制，簡化FAS，使消防供水分區(qū)更為明晰。對于單水源車站，需要設(shè)置消防水池作為該消防供水分區(qū)的消防水源，因此需增加土建投資。

該方案目前已在北京地鐵3、19號線、新機(jī)場線，合肥地鐵3、4、5號線，石家莊地鐵2、3號線，鄭州地鐵9、10號線等多條線路廣泛使用。

3 “水消規(guī)”對消火栓給水分區(qū)的影響

3.1 傳統(tǒng)消防給水系統(tǒng)啟泵方式

《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157—2013)第19.3.2條規(guī)定：設(shè)消防泵的消火栓處應(yīng)設(shè)消火栓泵啟泵按鈕，并可向消防控制室發(fā)送啟動消防泵的信號。其條文解釋為：在發(fā)生火災(zāi)時車站消防控制室的值班人員，對所轄范圍內(nèi)的室內(nèi)消火栓，什么地方需要使用，消防泵是否啟動等需全面掌握，消防控制室的火災(zāi)自動報警控制設(shè)備上設(shè)消防泵的自動啟、?？刂乒δ埽@示消防泵的工作和故障狀態(tài)、消火栓按鈕工作位置和手/自動開關(guān)位置。

第28.3.16條規(guī)定：消火栓泵組應(yīng)在車站控制室顯示消火栓泵的運(yùn)行狀態(tài)、手/自動狀態(tài)、故障狀態(tài)，在車站控制室應(yīng)能控制消防泵的啟停，消防泵應(yīng)采用啟泵按鈕啟動及車站控制室遠(yuǎn)程啟動的啟動方式[3]。

地鐵工程各車站消防泵吸水管和出水干管上均設(shè)置了壓力開關(guān)，其開關(guān)信號上傳至車站FAS主機(jī)僅作為報警信號，并未直接自動啟動消防泵。消防泵可通過下述4種方式啟動：IBP盤手動啟動消防泵；消火栓按鈕通過FAS主機(jī)啟動消防泵；FAS遠(yuǎn)程手動啟動消防泵；消防泵房控制柜就地手動啟泵。當(dāng)本站消防泵吸水管壓力開關(guān)動作，壓力過低時報警信號通過車站FAS主機(jī)上傳至中心級FAS，中心級FAS啟動鄰站消防泵為本站提供消防水[4]。

該方案中消防泵的啟動對相鄰供水分區(qū)內(nèi)的消火栓不產(chǎn)生影響，“水消規(guī)”實(shí)施之前采用方案一較為普遍。

3.2 后啟泵方式對消火栓系統(tǒng)分區(qū)的影響及建議

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB 50974—2014)第11.0.4條規(guī)定：消防水泵應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)，或報警閥壓力開關(guān)等信號直接自動啟動消防水泵。消防水泵房內(nèi)的壓力開關(guān)宜引入控制柜內(nèi)[5-6]。

《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB 50116—2013)第4.3.1條規(guī)定：聯(lián)動控制方式，應(yīng)由消火栓系統(tǒng)出水干管上設(shè)置的低壓壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上設(shè)置的流量開關(guān)或報警閥壓力開關(guān)等信號作為觸發(fā)信號，直接控制啟動消火栓泵，聯(lián)動控制不應(yīng)受消防聯(lián)動控制器處于自動或手動狀態(tài)影響。當(dāng)設(shè)置消火栓按鈕時，消火栓按鈕的動作信號應(yīng)作為報警信號及啟動消火栓泵的聯(lián)動觸發(fā)信號，由消防聯(lián)動控制器聯(lián)動控制消火栓泵的啟動[7]。

3.2.1 影響

“水消規(guī)”要求采用壓力開關(guān)或流量開關(guān)自動啟動消防主泵，若仍采用方案一進(jìn)行消防給水系統(tǒng)分區(qū)，可能造成以下不良影響。

1) 地鐵工程各個車站、區(qū)間消防管網(wǎng)均串聯(lián)在一起，當(dāng)消防水管網(wǎng)壓力下降較快時，可能引起多站消防泵啟動，對沿線地鐵車站周圍的市政管網(wǎng)壓力造成較大波動；

2) 鄰站備用供水方式屬于地鐵特殊情況，若采用壓力開關(guān)直接自動啟動消防泵將引起兩站消防泵同時啟動，對區(qū)間和車站消防管網(wǎng)可能造成危害，對行車安全有一定影響。

3) 由于地鐵特殊環(huán)境(如出入段線、車站風(fēng)道及出入口內(nèi)的消防水管道在北方城市易發(fā)生凍裂事故)，若采用壓力開關(guān)直接自動啟動消防泵將增大事故，對地鐵內(nèi)設(shè)備設(shè)施造成危害；

方案二采用“一站+一區(qū)間”的消防供水分區(qū)模式，在消防泵揚(yáng)水管上增設(shè)壓力開關(guān)，壓力開關(guān)自動啟泵后只影響本站和相鄰區(qū)間進(jìn)入火災(zāi)模式，與相鄰車站消防管網(wǎng)斷開，不會對相鄰站點(diǎn)產(chǎn)生影響。

3.2.2 建議

當(dāng)車站或者區(qū)間消火栓系統(tǒng)出現(xiàn)漏水或爆管導(dǎo)致管網(wǎng)壓力下降時，系統(tǒng)無法判斷是正常消防用水還是非正常用水，系統(tǒng)壓力降低到啟泵壓力值時則自動啟動消防主泵。壓力開關(guān)自動啟泵方式的消火栓系統(tǒng)容易出現(xiàn)錯誤啟泵，使水漬損失不斷擴(kuò)大[8]，如仍采用方案一，地下管網(wǎng)串聯(lián)，頻繁啟動主泵則使相鄰站點(diǎn)也處于火災(zāi)報警狀態(tài)，影響范圍較大。為此，需優(yōu)化自動啟泵控制模式，可采用以下幾種方式。

1) 建議在設(shè)置啟泵的流量開關(guān)或者壓力開關(guān)的同時，增設(shè)低流量/低壓力報警的流量開關(guān)或者壓力開關(guān)，在消火栓系統(tǒng)出現(xiàn)小流量泄漏時，能及時報警，及時維修，避免消防主泵的錯誤啟動。

2) 地鐵工程的消火栓系統(tǒng)一般均配置消防軟管卷盤，設(shè)計中可以通過增加最不利點(diǎn)的栓口靜壓、采用直徑較大的φ9噴嘴水槍，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初期火災(zāi)最小消防流量大于系統(tǒng)正常泄漏量，便于流量開關(guān)啟動流量的設(shè)定[9]。

3) “水消規(guī)”實(shí)施之前地鐵車站消火栓給水系統(tǒng)是利用市政跨越管進(jìn)行穩(wěn)壓，考慮到市政進(jìn)水壓力波動對地下消火栓給水系統(tǒng)的影響，如北京市自來水公司提供的最低保證水壓為0.18 MPa，而實(shí)際市政水壓最高達(dá)0.4～0.5 MPa，消防泵進(jìn)水水壓很難保持在恒定范圍，如設(shè)置壓力開關(guān)啟泵，可能導(dǎo)致消防泵的頻繁啟動，無法控制進(jìn)水壓力。方案二在地下站單獨(dú)增設(shè)一套增壓穩(wěn)壓設(shè)備，取消市政穩(wěn)壓跨越管，以穩(wěn)定消防進(jìn)水壓力。增壓穩(wěn)壓設(shè)備能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)泄漏補(bǔ)水和系統(tǒng)的自動啟動[10]。

4) 地鐵消火栓系統(tǒng)的控制模式應(yīng)根據(jù)地鐵系統(tǒng)的特點(diǎn)確定。消火栓系統(tǒng)比較分散，一旦有“跑冒滴漏”現(xiàn)象不易發(fā)現(xiàn)。在地鐵系統(tǒng)設(shè)計中FAS比較完善，有利于控制系統(tǒng)的優(yōu)化。為滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》的控制要求，仍保留傳統(tǒng)消火栓按鈕啟泵方式。新線推薦采用方案二的消火栓供水分區(qū)模式。

4 結(jié)語

綜上所述，對傳統(tǒng)地鐵車站消火栓給水系統(tǒng)分區(qū)方案及“水消規(guī)”改進(jìn)后的分區(qū)方案進(jìn)行對比，建議采用“一站+一區(qū)間”的消火栓供水分區(qū)方案，以減少區(qū)間消防水管過軌及FAS控制模式的復(fù)雜性，降低壓力開關(guān)自動啟泵對相鄰站點(diǎn)消防水系統(tǒng)的影響，滿足“水消規(guī)”消防泵啟泵方式對地下消防給水系統(tǒng)的相關(guān)要求，提高管網(wǎng)供水系統(tǒng)的可靠性。

在增加壓力開關(guān)啟泵方式的情況下，保留傳統(tǒng)的消火栓按鈕通過FAS啟泵方式；選用直徑較大的φ9噴嘴水槍來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初期火災(zāi)最小消防流量大于系統(tǒng)正常泄漏量；增加一套增壓穩(wěn)壓設(shè)備控制進(jìn)水壓力，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)泄漏補(bǔ)水和系統(tǒng)的自動啟動，以增加消防供水的安全性和可靠性，適應(yīng)地鐵工程的特點(diǎn)和新消防理念，保證消防供水的安全。

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(編輯：王艷菊)

Division of Hydrant Water Supply System in Subway Station

WU Chunguang, HE Ruilan, YIN Xiaoni, YANG Xiaojuan

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

The characteristics of hydrant water supply system for subway engineering are expounded. Two different division scenarios of water supply systems for fire hydrants used in subway are studied in terms of municipal water source condition, architecture dimensions, operation mode, anti-stray current measures, system control and technical economy. Considering the influence of the automatically triggered pump on the division of water supply systems recorded inCodeofdesignonfireprotectionwatersupplyandhydrantsystems(GB 50974—2014), based on the experience in construction and operation, a more effective division scenario of water supply systems is developed, in which one sectional area is equipped together with one adjacent station. This system can minimize the overlap between the water pipes for hydrants. Moreover, it can reduce the complexity of the FAS-controlled electrically operated valve in fire disasters, which meets the ideas in the new standard and improve the reliability of pipe-network based water supply systems. This study can also eliminate the impacts of various exogenous factors on the construction and operation safety of subways. Then, several suggestions are proposed to ensure the safety of water supply in sectional areas. Both the pressure switch pump start mode and the traditional fire hydrant button by FAS are retained. The larger diameter up toφ9 water gun nozzle is used to achieve the result that the initial minimum flow is greater than the normal fire system leakage. A set of equipment with pressure increasing and stabilizing fire-extinguishing is added to realize network leakage and replenishment implementation of the system. Through all the above measures, the safety and reliability of hydrant water supply will be improved.Keywords: subway; division of hydrant water supply; way of pump activation; control mode

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.04.017

2017-03-06

2017-04-03

吳春光，男，碩士,工程師，從事新型軌道交通工程給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計研究，282134468@qq.com

U231

A

1672-6073(2017)04-0086-05