哈爾濱市軌道交通一號線太平橋車輛段消防給水系統設計

王立存 熊景芷 榮秀春 馮占偉 高海波

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

1 太平橋車輛段建筑功能基本情況

哈爾濱軌道交通一號線太平橋車輛段東西長約1 100 m,南北寬約220 m,場地較大；場地設計高程相對平坦,西端高程為120.60 m,場地東端高程為119.90 m；車輛段建筑布局分散建筑多,均布于整個地塊,建筑布局見圖1。

車輛段建筑類型多,有運用組合庫、檢修組合庫、內燃調機及特種車庫、洗車庫、噴漆庫、主變電所等廠房,有材料庫、汽車庫,有綜合辦公樓、綜合維修中心、培訓中心等民用建筑,共有大小建筑20座。綜合辦公樓、培訓中心是段內最高建筑,均為五層且場地高程和建筑高度相同；綜合維修中心為4層建筑,是段內另一較高建筑。

圖1 太平橋車輛段建筑布局

2 各建筑對室內外消防給水系統的要求

車輛段內各建筑的地基面積之和小于100萬m2,根據《建筑設計防火規范》(GB50016—2006)第8.2.2條規定,車輛段同一時間內的火災次數為1次[1]。車輛段總建筑面積88 900 m2,20座建筑均未設置送回風道的中央空調系統。車輛段主變電所適用《火力發電廠與變電站設計防火規范》(GB 50229—2006)[2],其余各建筑適用《建筑設計防火規范》(GB50016—2006),總圖適用《建筑設計防火規范》(GB50016—2006)和《鐵路工程設計防火規范》(TB10063—99—2008)[3]。車輛段內主要建筑的室內外消防用水量如表1。

表1 主要建筑室內外消防用水量

注：表中所列為設置室內消火栓的建筑。

由表1可見,太平橋車輛段需水量最大的建筑為材料庫、噴漆庫和主變電所,室內消火栓用水量為10 L/s,室外消火栓用水量為25 L/s,消防用水量378 m3；綜合辦公樓、綜合維修中心、培訓中心室內消火栓用水量最大,為15 L/s。

太平橋車輛段的安全運營關系全線,其消防給水系統必須穩定可靠,具備一定的自救能力。

3 車輛段消防水源

太平橋車輛段自規劃平湖街引入兩路DN200市政自來水水源,接管點處的市政自來水管網供水壓力為0.10 MPa。

4 車輛段消防給水系統的選擇

已建車輛段多數采用生產生活給水系統與消防給水系統完全分開的形式,少數先期建設項目采用合用的形式。隨著人們對飲用水安全和消防安全意識的不斷增強,要求生產生活給水系統與消防給水系統分設；消防局本著確保消防給水系統供水壓力的初衷也要求消防給水系統單獨設置。

車輛段接管點處的市政自來水管網供水壓力為0.10 MPa,段內最不利點室外消火栓出口壓力小于10 m水柱,市政供水壓力不滿足室內外消火栓直接供水的壓力要求,需設消防水池和消防泵房加壓。消防管理部門就太平橋車輛段消防給水系統另外提出了四點建議：

①結合消防作戰經驗,火災初期使用的消火栓數少,水槍噴水后地面濕滑,且部分項目消防泵選擇一用一備兩臺大泵,消防用水量小壓力高,造成滅火人員把持水槍困難。為適合滅火各階段消防滅火的水量水壓要求,建議消防泵按“多用一備”選擇。

②由于哈爾濱市政自來水管網老化經常維修,消防水池容積計算不考率市政水源補水。

③鑒于太平橋車輛段的重要性,建議室內外消防給水加壓系統分設。

④車輛段作為20棟建筑組成的建筑群,應在綜合辦公樓、培訓中心、綜合維修中心3座建筑的屋頂設置3個滿足建筑自身室內消火栓10 min消防用水量的消防水箱。

本次消防給水系統設計采納當地消防管理部門第一點“多用一備”消防泵的建議,選擇單臺流量15 L/s的消防泵。火災初期啟動1臺消防泵，隨著投入使用的消火栓數量增加,逐臺啟動消防泵，滿足滅火各時段對水量水壓的要求。為降低消防泵壓力,將消防水池和消防泵房設在車輛段中部的綜合維修中心。

采納第二點消防水池容積計算不考率市政水源補水的建議,采用有效容積378 m3消防水池,考慮到哈爾濱冬季寒冷,消防水池和消防泵房均設于綜合維修中心地下室內。

下面就當地消防管理部門提出的第三、四點建議進行技術經濟分析。

4.1 消防給水加壓系統分建和合建的技術經濟比較

(1)技術分析

車輛段室內外消防給水加壓系統分設最經濟的形式為消防水池和消防泵房合建,消防泵和消防管網需分別設置。該種形式能適應室內室外消火栓不同壓力的要求,對于建筑群需設置兩套室外消防管道。

車輛段內室外專業管線種類眾多,有鐵路信號、直流交流動力照明管溝、通訊、FAS電纜、采暖、蒸汽、壓縮空氣、生活污水、生產廢水、生產生活給水、消防給水、燃氣管、站場排水溝、路燈、接觸網等15種專業管線,由于場地限制,道路下的地下管線間距小。合建系統設置兩套室外消防管道,道路下的地下管線間距會更小,施工會更復雜,今后維修會更不方便。室內外消防給水加壓系統分設更適合市政自來水供水壓力滿足項目最不利點室外消火栓壓力要求,室外消火栓直接由市政自來水管網供水的情況。

車輛段室內外消防給水加壓系統合建,消防水池、消防泵房、消防管網、消防控制系統均合建,采用一套室外消防管網,能滿足整個車輛段內所有建筑室內和室外的消防用水,系統簡單可靠。

(2)經濟比較

太平橋車輛段室內外消防給水加壓系統分建和合建的經濟比較有直接投資和運營費用兩部分。車輛段室內外消防給水加壓系統分建和合建的直接投資如表2。

表2 太平橋車輛段室內外消防給水加壓系統分建和合建直接投資對比 萬元

車輛段消防設施合建方案相比分建方案節省投資137萬元。

運營費用年年發生,車輛段室內外消防給水系統合建和分建的運營費用對比如表3。

表3 太平橋車輛段與太平橋主變電所水消防設施合建和分建的運營費用對比 萬元/年

合建方案比分建方案節省運營費用7.4萬元/年。

車輛段室內外消防給水加壓系統合建技術可行,投資省運營費用低,更符合國家節能政策。

4.2 消防穩壓系統分析

車輛段雜散電流多,鋼管腐蝕嚴重使用受到限制。根據設計經驗，采用內襯水泥沙漿的離心球墨鑄鐵管防雜散電流效果良好。《給水排水管道工程施工及驗收規范》(GB50268—2008)[5]第9.2.11條規定DN100球墨鑄鐵管的允許滲水量為0.07 L/(min·km),DN200球墨鑄鐵管的允許滲水量0.14 L/(min·km),車輛段消防給水管道的滲水量為0.5 L/min,需考慮保持消防管道壓力穩定的措施。

車輛段辦公樓、培訓中心相鄰且均為5層且基底高度和建筑高度相同,即便消防水箱置于最高一棟建筑屋頂,辦公樓、培訓中心、綜合維修中心存在部分消火栓充實水柱不滿足7 m的情況；如在建筑高度較高的綜合辦公樓、培訓中心、綜合維修中心屋頂設置三個滿足建筑自身室內消火栓10 min消防用水量的消防水箱,建筑自身頂部幾層消火栓仍滿足不了7 m充實水柱的要求；如必須滿足,經計算消防水箱至少架高至本棟頂層消火栓栓口以上20.5 m[9],實際上難于實現。設置三個水箱投資多,多點管理也較復雜,需對多個建筑進行立面處理；火災初期多水箱聯合供水使供水時間超過10 min,消防主泵不能及時啟動供水反而貽誤滅火戰機。

參照《高層民用建筑防火設計規范》(GB50045—95)(2005版)第7.4.8條規定,采用由屋頂高位水箱、氣壓罐、穩壓泵、消防水泵、消防水池、消防管網組成的穩高壓消防給水系統,平時管網壓力因滲漏而下降到水壓設定下限值時,穩壓裝置工作；水壓上升至設定上限值時穩壓裝置停止；消防時由消防主泵來保證。[6]穩高壓消防給水系統服務于整個車輛段各單體建筑和室外消防給水管網。[7]

5 消防給水系統設計

5.1 室內外消防管網

室外消防給水管道環狀供水直埋敷設,室外消火栓保護半徑150 m,布置間距不大于120 m,距道路側石不大于2 m,距建筑物大于5 m。每棟建筑室內消火栓系統設兩條進水管,當其中一條管道發生故障時,另一條進水管能滿足室內消防系統用水。在綜合維修中心設置2個墻壁式水泵接合器為整個車輛段服務。

5.2 消防泵

消防泵揚程需分別計算室內最不利點、室外最不利點所需壓力后確定。

室內最不利點消火栓位于培訓中心頂層,該消火栓栓口與消防泵最低吸水水位差21.35 m,經計算室內消火栓栓口處所需壓力為20.5 m,消防泵至最不利點處的室內外消防管道水頭損失為14.13 m,消防泵至室內最不利點消火栓所需壓力為58.98 m。

培訓中心西側消火栓為室外最不利點消火栓,最不利點室外消火栓栓口與消防泵高差為 1.95 m,經計算室外消火栓栓口處所需壓力為29.31 m,消防泵至最不利點處的室外消火栓消防管道水頭損失為13.15 m。消防泵至最不利點室外消火栓所需壓力為47.41 m。

經比較,消防泵至室內外最不利點消火栓所需壓力大值為58.98 m；選擇三用一備Q=15 L/s，H=0.60 MPa，N=15 kW消火栓泵四臺。

5.3 消防水箱、穩壓泵和穩壓罐

車輛段最大室內消防用水量為15 L/s,10 min室內消火栓用水量為9 m3,選用有效容積9 m3的消防水箱。車輛段消防管道有0.5 L/min的滲漏,滲漏量很小。《高層民用建筑防火設計規范》(GB50045—95)(2005版)第7.4.8條“增壓水泵的出水量,對消火栓系統不應大于5 L/s”、“氣壓水罐的調節水容量宜為450 L”。參照設計經驗和項目調研情況,避免穩壓泵頻繁啟動,氣壓水罐有效調節容量確定為450 L,穩壓泵流量確定為1～2 L/s。消防水箱、穩壓泵和穩壓罐均設于車輛段最高建筑培訓中心屋頂消防水箱間內,以降低穩壓泵揚程節省運營費用。

段內穩壓最不利點為辦公樓頂層最西側消火栓,培訓中心消防水箱至該點高差為3.10 m；火災初期最不利點室內消火栓栓口處7 m充實水柱消防流量5 L/s時,消火栓栓口處所需壓力為20.5(m水柱),培訓中心消防水箱至辦公樓頂層消火栓管道水頭損失為1.43(m水柱)；需穩壓泵提供的壓力為18.8(m水柱),設定穩壓泵壓力20.8～21.8 m時啟泵, 23.8～24.8 m時停泵。

車輛段消防系統示意見圖2。

圖2 車輛段主要建筑消防給水系統示意

6 結論

在太平橋車輛段特定的市政自來水供水壓力條件下,采用室內外消防給水系統合建的穩高壓系統,系統始終滿足最不利點消火栓消防水壓要求[10],有利于初期火災及時向火場供水控制火情；管網壓力下降到一定程度后自動啟動消防泵滅火。該系統能提高消防設施的消防防護能力和應急防護水平,是適合該車輛段建筑特點的消防給水方案。經以上經濟技術分析,最終消防管理部門和建設單位同意以上消防給水方案,目前工程正在緊張的建設中。

參考文獻

[1] GB50016—2006 建筑設計防火規范[S]

[2] GB 50229—2006 火力發電廠與變電站設計防火規范[S]

[3] GB 50045—95 高層民用建筑防火設計規范[S]

[4] TB10063—99 鐵路工程設計防火規范[S]

[5] GB50268—2008 給水排水管道工程施工及驗收規范[S]

[6] 李長偉.對區域集中消防給水系統的設想[J].給水排水,2000,26(1)

[7] 姜文源.淺說穩高壓給水系統[J].給水排水,1999,25(5)

[8] 楊琦.消防給水系統中增壓和穩壓設施設計探討[J].給水排水,2009,35(11)

[9] 王軍，張愛亭.消火栓系統和消防泵的探討[J].消防設備研究,2004,23(2)

[10] 劉德明.高位消防水箱儲水量和設置高度探討[J].給水排水,2009,35(2)