城市軌道交通高架車站消火栓系統設計探討

胡哲睿

（鐵道第三勘察設計院集團有限公司，300251，天津∥助理工程師）

消防系統設計是城市軌道交通安全生產、對災情進行有效控制、保護人民生命財產安全的重要環節。其中的高架站由于屬于地面建筑，建筑獨立，且外部裝飾要求很高，頂部一般采用鋼結構擁狀型式（見圖1）。其站臺空間有限，同時需要滿足客流通行和設置其他功能房間要求，設高位消防水箱有困難。因此，高架車站消防系統設計與地下站和普通民用建筑相比具有一定的特殊性，需依據GB50016—2006《建筑設計防火規范》、GB50045—1995《高層民用建筑設計規范》（2005版）［1］采用氣壓水罐、穩壓泵和消防水泵穩高壓消火栓給水系統來解決這個問題。

圖1 高架車站橫剖面圖

本文以大連市金州新區至普灣新區城際鐵路工程三十四中高架車站為例，從消火栓系統方案選擇和系統參數確定兩個方面對高架站消火栓系統進行了分析，從而為相關設計提供參考。

1 消防給水系統方案選擇

消防給水系統分為常高壓給水系統與臨時高壓給水系統。常高壓給水系統是指管網內經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。臨時高壓消防給水系統是指在給水管道內平時水壓不高，其水壓和流量不能滿足最不利點的滅火需要，在水泵站（房）內設有消防水泵，當接到火警時，啟動消防水泵使管網內的壓力達到高壓給水系統水壓要求的給水系統。采用屋頂消防水池、消防水泵和穩壓設施等組成的給水系統以及氣壓給水裝置，采用變頻調速水泵恒壓供水的生活（生產）和消防合用給水系統均為臨時高壓消防給水系統。

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

三十四中站設計高度為23.57 m（以地面為相對標高）。根據《建筑給水排水設計手冊》中第2.1.4條消火栓栓口壓力計算公式可知，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消防水壓要求，需設置穩高壓給水系統。

穩高壓系統在準工作狀態和消防時，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要到消防主泵啟動后才能保證，這就比臨時高壓給水系統滅火控火更及時、迅速、可靠、有效，故推薦采用。穩高壓系統包括消防泵、穩壓泵及水箱，可利用氣壓水罐替代高位水箱。穩高壓給水系統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 系統參數計算

2.1 消防主泵選型計算

消防主泵的主要設計參數為流量和揚程。

根據《建筑設計防火規范》8.1～8.4節的相關規定，地面及高架車站室內消火栓用水量不應小于表1的要求；火災延續時間不應小于2 h。地面及高架車站的室外消火栓用水量不應小于表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為站內獨立系統，只在車站內設消火栓，只需滿足車站最不利點消火栓的出水壓力要求。其管網供水管水壓計算公式應為［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，火災延續時間采用2 h。

該站采用從消防水池抽水。以消防水池內最低水位為±0.00 m，車站設置消火栓的最高點高程為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水柱10 m，計算得水槍噴嘴造成此充實水柱的水壓Hq為14.1 m水柱。此時水槍實際出流量為3.3 L／s。要使每個水槍的流量達到或接近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，消火栓口的壓力取19 m水柱為宜。經計算，管網內的管道、閥門及其他損失為1 m水柱，泵站內部損失為3 m水柱，這樣水泵的揚程可取35 m。

2.2 氣壓水罐及穩壓泵選型計算

當建筑物無法設置消防水箱，且消防給水系統采用可靠雙電源，或電泵與柴油泵互為備用時，消防給水系統可采用穩壓泵和氣壓水罐穩壓，但須經當地消防局批準［4］。氣壓水罐的各項參數見圖3［5］。

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

圖3 氣壓罐的工作參數

氣壓罐總容積式中：

VZ——氣壓罐總容積，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（補氣臥式取1.25，補氣立式取1.10，隔膜式取1.05）。

三十四中站設計采用臥式補氣式氣壓罐，取α為0.7。室內消火栓用水量15 L／s，消防儲水量為10 min的室內消防水量，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存儲水量。

2.3 穩壓泵選型計算

氣壓水罐穩壓泵不同于增壓泵，其用于維持消火栓給水系統的壓力穩定，使系統水壓始終處于要求壓力狀態；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。當有氣壓水罐時，系統的水量補充和壓力保證是靠氣壓水罐來實現的，穩壓泵的流量只需滿足氣壓水罐對流量的要求。一般當罐內為平均壓力時，穩壓泵出水量應為不小于管網最大小時流量的1.2倍［6］。而此時管網中的主要流量為滲漏水量。三十四中站管網滲漏水量很小，僅為1 L／min。參照設計經驗和項目調研情況，為防止穩壓泵頻繁啟動，穩壓泵流量取1～2 L／s。

由圖3可知，穩壓泵啟泵壓力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；穩壓泵停泵壓力P4為不至頻繁起停穩壓泵，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濟。三十四中站P3取53 m水柱，P4取61 m水柱。穩壓泵揚程高效區應在（P3＋P4）／2附近，設計選擇穩壓泵額定揚程為57 m水柱。

3 結語

軌道交通高架站站內設置消火栓系統負責消防，通過設置氣壓水罐、穩壓泵和消防水泵的穩高壓給水系統，可以在提高建筑消防安全的基礎上解決高架站無法設置高位水箱的難題。該系統各設備選型計算需在相關規范及消防部門的支持下進行。

［1］ 李昱.地鐵高架車站消防方案淺析［C］∥2008鐵路暖通空調學術年會論文集.蘇州：中國鐵道學會，2008（10）：203.

［2］ GB 50016—2006建筑設計防火規范［S］.

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

［4］ DG J08－94—2007民用建筑水滅火系統設計規程［S］.

［5］ 徐幫學.最新建筑消防工程設計施工驗收與技術規范標準手冊［M］.珠海：珠海出版社，2003.

［6］ 陳秀生.給水排水設計手冊第2冊建筑給水排水［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2001.