長沙地鐵4號線一期工程自動滅火系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗與思考

陳 堅

廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010

1 工程概況及設(shè)計范圍

長沙地鐵4號線一期工程（罐子嶺—杜家坪）線路全長33.5km，設(shè)25座車站，均為地下車站。4號線一期工程于2014年12月31日開工建設(shè)，2018年12月29日試運(yùn)營，2019年5月26日正式開通運(yùn)營。

全線25座車站（無中間風(fēng)井）設(shè)有惰性氣體IG541（混合氣體為N2∶Ar∶CO2=52%∶40%∶8%）自動滅火系統(tǒng)，主要用于撲救忌水場所和重要電器設(shè)備的火災(zāi)。

該線地下車站自動滅火系統(tǒng)（IG541）保護(hù)范圍為通信設(shè)備室（含PIDS室）、信號設(shè)備室（含電源室）、環(huán)控電控室、綜合監(jiān)控設(shè)備室、商/警用通信設(shè)備室、站臺門控制室、高/低壓開關(guān)柜室、控制室、整流變壓器室、蓄電池室、再生能源裝置室、應(yīng)急照明電源室等重要電氣設(shè)備用房。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

（1）防護(hù)區(qū)及氣瓶室設(shè)計溫度。該項目所有防護(hù)區(qū)的設(shè)計預(yù)期最低溫度按4℃計算。除了開關(guān)柜室、變電所等防護(hù)區(qū)預(yù)期最高溫度按36℃計算，其他防護(hù)區(qū)預(yù)期最高溫度按27℃計算，氣瓶室預(yù)期最高溫度按50℃考慮。

（2）設(shè)計濃度。自動滅火系統(tǒng)（IG541）在最低溫度下的最低設(shè)計濃度不小于滅火濃度的1.3倍，最小設(shè)計滅火濃度為37.5%，最大設(shè)計滅火濃度為52%。但經(jīng)常有人工作的防護(hù)區(qū)最大設(shè)計滅火濃度不超過43%。

（3）相關(guān)設(shè)計時限。氣體噴放至設(shè)計用量的95%時，噴放時間應(yīng)不大于60s，不小于48s，滅火浸漬時間為10min。

（4）瓶組參數(shù)及系統(tǒng)工作壓力。儲存鋼瓶容積為80L，儲存壓力為15MPa，單瓶毛重為105kg，直徑為279mm，高度為164cm，滅火劑儲存量為211.15kg/m3，工作的公稱壓力為15MPa；啟動瓶規(guī)格為80L，工作的公稱壓力為15MPa。

（5）噴頭布置。噴頭的防護(hù)半徑不大于5m，單層噴頭的最大防護(hù)高度不大于6.5m，高度超過6.5m的防護(hù)區(qū)設(shè)置多層噴頭。

（6）泄壓裝置。防護(hù)區(qū)與走道相通的外墻上設(shè)置泄壓裝置。泄壓裝置平時關(guān)閉，動作開啟壓力為800Pa，并能夠在泄壓后自動關(guān)閉，耐火極限不小于0.5h。

（7）靜電地板下保護(hù)。防護(hù)區(qū)靜電地板下不設(shè)噴頭和報警系統(tǒng)，采用開孔的防靜電地板，以保證滅火時氣體能夠進(jìn)入地板下。靜電地板開孔率根據(jù)廠家火災(zāi)實體試驗數(shù)據(jù)設(shè)置為20%。

2.2 系統(tǒng)組成及功能

IG541氣體滅火系統(tǒng)由管網(wǎng)子系統(tǒng)和報警子系統(tǒng)兩部分組成。其中，管網(wǎng)子系統(tǒng)由氣瓶組、噴頭、管道、集流管、泄壓裝置、單向選擇閥、壓力開關(guān)、電磁閥等部分組成。報警子系統(tǒng)由氣體滅火主機(jī)、控制盤、煙感/溫感探測器、聲光報警器、氣體釋放指示燈、手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組成。

在正常運(yùn)營時，氣體滅火系統(tǒng)由報警子系統(tǒng)監(jiān)視防護(hù)區(qū)的狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)時，自動探測火情并報警，同時啟動管網(wǎng)子系統(tǒng)釋放IG541滅火劑，及時撲滅防護(hù)區(qū)的火災(zāi)。

2.3 系統(tǒng)的控制方式

IG541自動滅火系統(tǒng)具有自動、手動和緊急機(jī)械操作三種啟動方式。

（1）自動控制。整個滅火系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時，自動完成火災(zāi)探測，火災(zāi)信號報警及啟動滅火系統(tǒng)滅火整個過程。

探測預(yù)警階段：火災(zāi)發(fā)生后，保護(hù)房間內(nèi)的任一探測器探測到火災(zāi)時，將信號傳送到氣滅報警系統(tǒng)主機(jī)，氣滅報警系統(tǒng)主機(jī)向現(xiàn)場該防護(hù)區(qū)的氣滅控制盤發(fā)出預(yù)警信號，控制盤啟動設(shè)在該保護(hù)房間內(nèi)的聲報警器，同時氣滅報警系統(tǒng)主機(jī)向車站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號。

確認(rèn)報警階段：當(dāng)保護(hù)房間內(nèi)兩種不同類型的探測器均發(fā)出火災(zāi)信號時，氣滅報警主機(jī)對此次火情進(jìn)行確認(rèn)，并將火災(zāi)確認(rèn)信號發(fā)送給現(xiàn)場防護(hù)區(qū)就地控制盤，控制盤啟動設(shè)在該保護(hù)房間內(nèi)外的聲光報警裝置，關(guān)閉保護(hù)房間的電動防煙防火閥，并進(jìn)入延時狀態(tài)（0～30s）。同時，氣滅報警主機(jī)向車站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)確認(rèn)信號，車站進(jìn)入緊急疏散狀態(tài)。延時階段是用于運(yùn)營確認(rèn)是否為系統(tǒng)誤動作，或者保護(hù)房間內(nèi)的火情已通過人工撲滅，現(xiàn)場人員可在延時時間內(nèi)按下緊急停止開關(guān)，停止釋放藥劑(直至系統(tǒng)復(fù)位)，避免造成系統(tǒng)損失。如果在系統(tǒng)復(fù)位過程中，火勢復(fù)發(fā)，現(xiàn)場人員也可以按下緊急釋放按鈕，這樣就可以繼續(xù)完成氣體噴放滅火過程。

自動滅火階段：30s的延時確認(rèn)時間結(jié)束后，現(xiàn)場就地控制盤開啟氣瓶間對應(yīng)的防護(hù)區(qū)啟動裝置，釋放瓶組氣體。所有釋放的瓶組氣體通過管道輸送到火災(zāi)發(fā)生的保護(hù)房間。同時，觸發(fā)壓力開關(guān)氣體釋放動作信號，信號傳至氣滅報警主機(jī)和現(xiàn)場就地控制盤，控制盤啟動保護(hù)房間外的釋放指示燈。聲光報警器在防護(hù)區(qū)氣體噴放滅火期間也將一直工作，警告所有人員不能進(jìn)入該保護(hù)房間，直至火情熄滅。

（2）手動操作方式。按下保護(hù)房間外控制盤上的緊急釋放按鈕，直接聯(lián)動控制系統(tǒng)，實時噴放滅火劑。

（3）緊急機(jī)械操作方式。該方式是在系統(tǒng)自動和手動模式因故均不能啟動系統(tǒng)電磁閥，或者在必要時候采用的一種操作。通過人工啟動瓶組上的機(jī)械啟動器，開啟相應(yīng)的容器閥和選擇閥釋放氣體。

3 設(shè)計重點(diǎn)

IG541系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是其流體計算方法及控制程序。為了驗證一個系統(tǒng)含多個保護(hù)分區(qū)情況下，計算滅火介質(zhì)分配量及噴放時間的準(zhǔn)確性，設(shè)計協(xié)同業(yè)主、設(shè)備供貨商、監(jiān)理、集成、運(yùn)營等單位開展了多次設(shè)計聯(lián)絡(luò)，并在工廠樣機(jī)驗收階段開展實體滅火實驗。車站驗收階段選取了茶子山站、圭塘站各一個保護(hù)房間進(jìn)行樣機(jī)控制及滅火性能測試，并由供貨廠家和施工單位提供相關(guān)的第三方權(quán)威檢測報告。報警控制程序部分則由FAS專業(yè)介入，設(shè)備廠家深化施工圖并指導(dǎo)安裝，最終順利通過綜合聯(lián)調(diào)測試。

4 問題及解決方案

（1）對于既有線換乘站，應(yīng)參考已有圖紙，核實設(shè)計分界面。例如長沙火車南站，在建設(shè)2號線時自動滅火系統(tǒng)已考慮部分4號線的合建房間，導(dǎo)致4號線系統(tǒng)設(shè)計范圍與土建專業(yè)不一致。后續(xù)線路設(shè)計過程中，應(yīng)及時與消防驗收部門溝通確認(rèn)，核實舊線圖紙，并參考已完成消防驗收線路的做法，確定在建線路的設(shè)計保護(hù)范圍。

（2）由于在設(shè)計聯(lián)絡(luò)階段未明確4號線保護(hù)區(qū)房間的環(huán)控專業(yè)電動防火閥監(jiān)控需求，對空調(diào)廠家的設(shè)備不夠了解，導(dǎo)致自動滅火系統(tǒng)報警控制模塊增加。為此，應(yīng)在設(shè)計聯(lián)絡(luò)階段，與供貨商明確線路特色設(shè)計需求以及需要廠家深化部分的圖紙內(nèi)容，如設(shè)備凹槽尺寸、防火閥監(jiān)控方案、火災(zāi)實驗的實施等，以避免后續(xù)施工過程中進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整。

（3）對保護(hù)區(qū)泄壓裝置的安裝位置，僅參考規(guī)范要求的保護(hù)房間地面以上2/3高度，在室內(nèi)吊頂上還是吊頂下安裝未明確。氣滅防護(hù)區(qū)的泄壓裝置應(yīng)處于墻面凈高2/3高度以上，如設(shè)置在房間吊頂上方，則房間吊頂應(yīng)滿足泄壓要求，需保證一定的開孔率。

（4）電動防火閥的提資應(yīng)以環(huán)控專業(yè)藍(lán)圖內(nèi)容、設(shè)備區(qū)裝修藍(lán)圖提資為準(zhǔn)，確認(rèn)無錯漏。自動滅火系統(tǒng)出圖節(jié)點(diǎn)不應(yīng)該從建筑圖出圖時間節(jié)點(diǎn)往后推算，裝修內(nèi)隔墻圖和空調(diào)系統(tǒng)電動防火閥圖紙對自動滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)和報警部分內(nèi)容影響非常大，因此自動滅火系統(tǒng)的出圖節(jié)點(diǎn)應(yīng)控制在環(huán)控、設(shè)備區(qū)裝修等機(jī)電施工圖出圖之后，錯開機(jī)電施工圖。

5 結(jié)論與建議

（1）建議商業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)的重要電氣設(shè)備用房采用柜式無管網(wǎng)自動滅火系統(tǒng)，不與車站合設(shè)。

（2）建議車站設(shè)備區(qū)電氣用房室內(nèi)不設(shè)置吊頂，滿足自動滅火系統(tǒng)專業(yè)的功能設(shè)計需求。

（3）在實際應(yīng)用中，為了防止防護(hù)區(qū)超壓的泄壓裝置設(shè)計方式缺乏測試驗證，仍需通過試驗和實測，以確定不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)、不同設(shè)計流量、不同房間布置的環(huán)境條件下的壓力增長情況，為后續(xù)的設(shè)計積累更多的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

（4）對于設(shè)計的包容性設(shè)定較高，設(shè)計參數(shù)較為保守，部分防護(hù)區(qū)有較大的管道余量。對系統(tǒng)的計算優(yōu)化也是今后進(jìn)一步提高的方向。

（5）在現(xiàn)場綜合管線的協(xié)調(diào)，噴頭、探測器被風(fēng)管、橋架的遮擋應(yīng)對方案，室外掛墻報警設(shè)施與裝修的銜接美化方案等方面，尚需積累更多經(jīng)驗，并對今后的設(shè)計要求更加精細(xì)化。