城市軌道交通高架車站消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

胡哲睿

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，300251，天津∥助理工程師）

消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)是城市軌道交通安全生產(chǎn)、對災(zāi)情進(jìn)行有效控制、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)。其中的高架站由于屬于地面建筑，建筑獨(dú)立，且外部裝飾要求很高，頂部一般采用鋼結(jié)構(gòu)擁狀型式（見圖1）。其站臺空間有限，同時需要滿足客流通行和設(shè)置其他功能房間要求，設(shè)高位消防水箱有困難。因此，高架車站消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與地下站和普通民用建筑相比具有一定的特殊性，需依據(jù)GB50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB50045—1995《高層民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（2005版）［1］采用氣壓水罐、穩(wěn)壓泵和消防水泵穩(wěn)高壓消火栓給水系統(tǒng)來解決這個問題。

圖1 高架車站橫剖面圖

本文以大連市金州新區(qū)至普灣新區(qū)城際鐵路工程三十四中高架車站為例，從消火栓系統(tǒng)方案選擇和系統(tǒng)參數(shù)確定兩個方面對高架站消火栓系統(tǒng)進(jìn)行了分析，從而為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

1 消防給水系統(tǒng)方案選擇

消防給水系統(tǒng)分為常高壓給水系統(tǒng)與臨時高壓給水系統(tǒng)。常高壓給水系統(tǒng)是指管網(wǎng)內(nèi)經(jīng)常保持足夠的壓力和消防用水量，火場上不需要使用消防車或其他移動式水泵等消防設(shè)備加壓，直接由消火栓接出水帶就可滿足水槍出水滅火要求的給水系統(tǒng)。臨時高壓消防給水系統(tǒng)是指在給水管道內(nèi)平時水壓不高，其水壓和流量不能滿足最不利點(diǎn)的滅火需要，在水泵站（房）內(nèi)設(shè)有消防水泵，當(dāng)接到火警時，啟動消防水泵使管網(wǎng)內(nèi)的壓力達(dá)到高壓給水系統(tǒng)水壓要求的給水系統(tǒng)。采用屋頂消防水池、消防水泵和穩(wěn)壓設(shè)施等組成的給水系統(tǒng)以及氣壓給水裝置，采用變頻調(diào)速水泵恒壓供水的生活（生產(chǎn)）和消防合用給水系統(tǒng)均為臨時高壓消防給水系統(tǒng)。

穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)又稱準(zhǔn)高壓給水系統(tǒng)，它是特殊的臨時高壓給水系統(tǒng)。其特點(diǎn)是具有穩(wěn)壓裝置，消防用水的水壓在消防主泵啟動前可以靠啟動穩(wěn)壓裝置來保證，消防用水的水量也可以得到若干程度的滿足。

三十四中站設(shè)計(jì)高度為23.57 m（以地面為相對標(biāo)高）。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊》中第2.1.4條消火栓栓口壓力計(jì)算公式可知，選用的配有25 m長、65 mm口徑襯膠水帶、19 mm噴嘴的消火栓栓口所需壓力為18.93 m水柱。市政給水水壓無法滿足此高架車站消火栓給水系統(tǒng)消防水壓要求，需設(shè)置穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)。

穩(wěn)高壓系統(tǒng)在準(zhǔn)工作狀態(tài)和消防時，始終能滿足消防用水所需要的水壓要求，而不像其它臨時高壓給水系統(tǒng)要到消防主泵啟動后才能保證，這就比臨時高壓給水系統(tǒng)滅火控火更及時、迅速、可靠、有效，故推薦采用。穩(wěn)高壓系統(tǒng)包括消防泵、穩(wěn)壓泵及水箱，可利用氣壓水罐替代高位水箱。穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)的消防泵房布置如圖2所示。

圖2 高架車站消防泵房平面圖

2 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

2.1 消防主泵選型計(jì)算

消防主泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為流量和揚(yáng)程。

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》8.1～8.4節(jié)的相關(guān)規(guī)定，地面及高架車站室內(nèi)消火栓用水量不應(yīng)小于表1的要求；火災(zāi)延續(xù)時間不應(yīng)小于2 h。地面及高架車站的室外消火栓用水量不應(yīng)小于表2的要求［2］。一般為使消防流量留有余地，常選擇流量稍大一些的消防泵。

表1 地上車站的室內(nèi)消火栓用水量

表2 地上車站的室外消火栓用水量

高架站和地面站消火栓系統(tǒng)為站內(nèi)獨(dú)立系統(tǒng)，只在車站內(nèi)設(shè)消火栓，只需滿足車站最不利點(diǎn)消火栓的出水壓力要求。其管網(wǎng)供水管水壓計(jì)算公式應(yīng)為［3］：

以三十四中站為例：車站建筑占地面積2 789 m2，體積44 624 m3；則車站室內(nèi)消火栓用水量采用15 L／s，室外消防用水量采用25 L／s，火災(zāi)延續(xù)時間采用2 h。

該站采用從消防水池抽水。以消防水池內(nèi)最低水位為±0.00 m，車站設(shè)置消火栓的最高點(diǎn)高程為12 m，采用水槍噴口直徑16 mm，水龍帶直徑65 mm，水槍出口要求的充實(shí)水柱10 m，計(jì)算得水槍噴嘴造成此充實(shí)水柱的水壓Hq為14.1 m水柱。此時水槍實(shí)際出流量為3.3 L／s。要使每個水槍的流量達(dá)到或接近5 L／s，可將水槍噴口直徑改為19 mm，得水壓Hq＝17 m水柱，通過水龍帶的損失Hd為1.2 m水柱。考慮一定的系數(shù)，消火栓口的壓力取19 m水柱為宜。經(jīng)計(jì)算，管網(wǎng)內(nèi)的管道、閥門及其他損失為1 m水柱，泵站內(nèi)部損失為3 m水柱，這樣水泵的揚(yáng)程可取35 m。

2.2 氣壓水罐及穩(wěn)壓泵選型計(jì)算

當(dāng)建筑物無法設(shè)置消防水箱，且消防給水系統(tǒng)采用可靠雙電源，或電泵與柴油泵互為備用時，消防給水系統(tǒng)可采用穩(wěn)壓泵和氣壓水罐穩(wěn)壓，但須經(jīng)當(dāng)?shù)叵谰峙鷾?zhǔn)［4］。氣壓水罐的各項(xiàng)參數(shù)見圖3［5］。

消火栓系統(tǒng)代替屋頂水箱的氣壓水罐，采用消火栓流量供應(yīng)10 min的水量計(jì)算氣壓水罐的貯水容積V1。

圖3 氣壓罐的工作參數(shù)

氣壓罐總?cè)莘e式中：

VZ——?dú)鈮汗蘅側(cè)莘e，m3；

α——最低工作壓力與最大工作壓力之比，一般取α∈（0.5～0.9）；

β——最低工作壓力與無水時壓力之比（補(bǔ)氣臥式取1.25，補(bǔ)氣立式取1.10，隔膜式取1.05）。

三十四中站設(shè)計(jì)采用臥式補(bǔ)氣式氣壓罐，取α為0.7。室內(nèi)消火栓用水量15 L／s，消防儲水量為10 min的室內(nèi)消防水量，即9 m3，則VZ＝βV1／（1－0.7）＝37.5 m3。P1取 為 35 m 水柱。則 P0＝P1／β＝28 m水柱，P2＝P1／α＝50 m水柱。

對于儲存30 s消防用水量的氣壓罐來說，P2即為消防主泵的啟泵壓力。此壓力值較高，是由于只有30 s的消防用水量，氣壓罐泄壓后消防主泵啟動時間短。而儲存10 min消防水量的氣壓水罐可充分利用存儲的消防水量，不需要通過泄壓快速啟動主泵。因此，將本站消防主泵的啟泵壓力設(shè)為滿足P1＋10 m水柱，即45 m水柱，如此既能保證消防主泵的順利啟動，同時也可充分利用罐內(nèi)存儲水量。

2.3 穩(wěn)壓泵選型計(jì)算

氣壓水罐穩(wěn)壓泵不同于增壓泵，其用于維持消火栓給水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，使系統(tǒng)水壓始終處于要求壓力狀態(tài)；而此時消火栓尚未出水，消火栓一旦出水即能流出滿足消防用水所需的水量和水壓。當(dāng)有氣壓水罐時，系統(tǒng)的水量補(bǔ)充和壓力保證是靠氣壓水罐來實(shí)現(xiàn)的，穩(wěn)壓泵的流量只需滿足氣壓水罐對流量的要求。一般當(dāng)罐內(nèi)為平均壓力時，穩(wěn)壓泵出水量應(yīng)為不小于管網(wǎng)最大小時流量的1.2倍［6］。而此時管網(wǎng)中的主要流量為滲漏水量。三十四中站管網(wǎng)滲漏水量很小，僅為1 L／min。參照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目調(diào)研情況，為防止穩(wěn)壓泵頻繁啟動，穩(wěn)壓泵流量取1～2 L／s。

由圖3可知，穩(wěn)壓泵啟泵壓力P3要大于氣壓罐最大工作壓力P2。這是為防止平時由于儀表誤差，啟動穩(wěn)壓泵過晚，將不可動用的消防貯水容積動用了。一般可選P3＝P2＋3～4 m水柱為妥；穩(wěn)壓泵停泵壓力P4為不至頻繁起停穩(wěn)壓泵，選P4－P3≥0.05 MPa（5.1 m 水柱）；P4－P3取值過小水泵啟動頻繁，過大則附加壓力值高不經(jīng)濟(jì)。三十四中站P3取53 m水柱，P4取61 m水柱。穩(wěn)壓泵揚(yáng)程高效區(qū)應(yīng)在（P3＋P4）／2附近，設(shè)計(jì)選擇穩(wěn)壓泵額定揚(yáng)程為57 m水柱。

3 結(jié)語

軌道交通高架站站內(nèi)設(shè)置消火栓系統(tǒng)負(fù)責(zé)消防，通過設(shè)置氣壓水罐、穩(wěn)壓泵和消防水泵的穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)，可以在提高建筑消防安全的基礎(chǔ)上解決高架站無法設(shè)置高位水箱的難題。該系統(tǒng)各設(shè)備選型計(jì)算需在相關(guān)規(guī)范及消防部門的支持下進(jìn)行。

［1］ 李昱.地鐵高架車站消防方案淺析［C］∥2008鐵路暖通空調(diào)學(xué)術(shù)年會論文集.蘇州：中國鐵道學(xué)會，2008（10）：203.

［2］ GB 50016—2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［3］ 劉愛芳.城市軌道交通中消防給水方式的探討［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2004（3）：40.

［4］ DG J08－94—2007民用建筑水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［5］ 徐幫學(xué).最新建筑消防工程設(shè)計(jì)施工驗(yàn)收與技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)手冊［M］.珠海：珠海出版社，2003.

［6］ 陳秀生.給水排水設(shè)計(jì)手冊第2冊建筑給水排水［M］.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.