地鐵地下車站室外消火栓設計探討

魏晨光

(中國鐵路設計集團有限公司，300251，天津//工程師)

城市核心區(qū)域土地資源寶貴，地下空間利用備受重視，如何確保地下車站安全穩(wěn)定運營，成為城市發(fā)展的重中之重。2014年頒布實施的GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規(guī)范》(以下簡稱《消規(guī)》)對于地鐵及人防工程的室外消防提出了新的要求，但由于2013年頒布實施的GB 50157—2013《地鐵設計規(guī)范》沒有相關的要求描述，導致各地設計者對新要求的理解不同，產生了各類不同設計，而這些設計是否均能滿足《消規(guī)》要求，同時做到節(jié)能降費，尚需研究分析。本文將根據對《消規(guī)》的理解，結合各地設計做法進行探究，以給出最佳設計方案。

1 《消規(guī)》頒布前的室外消防設計方案

2014年之前，既有的地下車站室外消火栓作為室內消火栓系統的補水工具，在站內消防泵發(fā)生故障時，通過室外水泵接合器，由消防車上的消防泵直接為站內供水，以保證滅火要求。因此，其設計是圍繞著水泵接合器展開的，每個水泵接合器周圍15～40 m范圍內設置一個室外消火栓。室外消火栓直接由附近的市政給水管網接出供水，并未對其提出須有雙路供水的要求。在設置室外消火栓有困難的車站，也有用消防水池吸水井作為替代的做法。室外水消防設計較為簡單易行。

2 現行規(guī)范的新要求及對其的解讀

《消規(guī)》 3.3.2建筑物室外消火栓設計流量表中要求：建筑體積V>50 000 m3的地鐵工程室外消火栓流量不應小于30 L/s，2 000 m3

從實際使用情況分析：室外消火栓的使用具有專一性，即只有消防車、消防人員到達火災現場后,由消防人員啟用室外消火栓，其與室內消火栓系統(火災初期，在消防人員到達火災現場前，現場接受過專業(yè)培訓的人員可打開室內消火栓進行滅火作業(yè))完全不同。車站出入口是消防隊員進入室內撲滅火災的橋頭堡，在出入口附近設置的室外消火栓，一是撲滅出入口臨近地方火災；二是降溫排煙開辟消防通路；三是保證消防人員安全，向消防人員身上淋水降溫；四是作為室內消火栓的補水工具。可見，在每個出入口設置室外消火栓是必要的。

《消規(guī)》6.1.3規(guī)定：建筑物室外宜采用低壓消防給水系統，當采用市政給水管網供水時，應采用兩路消防供水。《消規(guī)》8.1.4規(guī)定：室外消防給水采用兩路消防供水時應采用環(huán)狀管網。根據該規(guī)范要求，地下車站室外消火栓應設置在有兩路消防供水的環(huán)狀管網上。

地下車站周邊通常都是建筑、人流密集的區(qū)域，火災時室外消火栓滅火、阻止火勢蔓延的作用不可低估。該規(guī)范的要求是為了增強地下工程的消防安全，有必要嚴格按規(guī)范要求內容執(zhí)行。

3 現行要求下的設計方案比選

針對上述要求，筆者結合我國地鐵工程實際情況，根據不同市政供水條件，對地下車站室外消火栓設計方案進行分析比選。

3.1 雙路市政供水水源

當地下車站位于城市的核心區(qū)域時，車站周邊的市政供水條件往往比較充沛，出入口周邊存在滿足用水量要求的環(huán)狀市政給水管網，可直接由環(huán)狀市政供水管網上引管至出入口附近設置室外消火栓。如出入口附近有市政消火栓，亦可作為車站的室外消火栓使用。具體方案如圖1所示。

圖1 方案1示意圖

此方案最為簡單，但適用的條件苛刻(各出入口周邊均滿足可環(huán)狀管網上接管的車站較少)，同時城市核心區(qū)域多為大型換乘站，出入口數量較多，會產生多個市政給水管網接口，需得到當地供水公司的同意。

當地下車站滿足雙路市政供水但所接管段非環(huán)狀時(需注意雙路市政供水是指兩路供水管網可互為備用，互不干擾，如非環(huán)狀管網上接出的兩根支管則不可視為雙路供水等，詳見《消規(guī)》4.2.2)，根據規(guī)范要求不能直接引管設置室外消火栓。此時有以下方案：

(1) 南京地鐵3號線的設計者提出了一個“出入口室外消火栓”的概念，在車站室內環(huán)狀消火栓給水管網上引管至室外設置“出入口室外消火栓”，利用室內消火栓系統為其提供流量和壓力。此“出入口室外消火栓”可滿足規(guī)范對于室外消火栓作為消防電梯前室消火栓的作用，但由于無法為水泵接合器供水，車站室外仍保留了以往設計中從市政管網上直接引水的室外消火栓。具體方案如圖2所示。此方案的巧妙之處在于拆分了規(guī)范中室外消火栓的功能，通過兩種室外消火栓來滿足使用要求。其僅需在以往設計的室內消防管網基礎上增加“出入口室外消火栓”，室外的工程量最少，經濟性最佳。但此方案存在一個重大的安全隱患，由于“出入口室外消火栓”無法為水泵接合器補水，為避免誤用，兩者必須遠離設置。但水泵接合器應設置在出入口或新風亭的口部等明顯位置，很難做到遠離設置；且“出入口室外消火栓”與室外消火栓在外形上很難區(qū)別，發(fā)生火災時消防人員更是難于區(qū)分，一旦誤用延誤了滅火時間，其造成的損失不可估計。筆者分析，可能是由于南京地鐵3號線在《消規(guī)》實施前已完成設計并已開始施工，在盡可能少改動既有設計的情況下設計了這個方案。由于其存在安全隱患，不建議在后續(xù)地鐵工程設計中使用。

圖2 方案2示意圖

(2) 由兩路供水管引水在車站室外設置環(huán)狀消火栓管網，如圖3所示。此方案在地面及高架站應用較多，為一成熟方案，但應用到地下車站會帶來較大難題。不同于地面及高架站，地下車站多位于城市主路下方，出入口貼近道路兩側設置，如設置室外環(huán)狀消火栓管網，勢必要多次跨越道路，且占用寶貴的市政管線管位，規(guī)劃層面協調難度大，其前期施工及后期管網的檢修維護都有較大困難，可行性、經濟性均不佳。

圖3 方案3示意圖

(3) 車站的地下一層為站廳層，其公共區(qū)吊頂內有充足的管線敷設空間，將室外消火栓環(huán)網設置在站廳層的吊頂內；兩路市政給水引入管通過出入口或風井等引入站內向環(huán)網供水，再從環(huán)網上引管由出入口至室外接室外消火栓。具體如圖4所示。此方案將室外環(huán)狀管網移至室內，減少了室外工程量，且滿足消防要求，較方案2的可行性、經濟性更佳。

圖4 方案4示意圖

(4) 在方案4的基礎上進行優(yōu)化，取消站內的室外環(huán)狀消火栓管網，改為將兩路市政供水管網在站內站廳層連接，在連接管上設置兩個方向相反的倒流防止器，在倒流防止器后引管至出入口接室外消火栓。具體如圖5所示。洛陽地鐵1、2號線均采用此種方案。該方案將市政供水管聯通形成站內與站外相連的環(huán)狀管網，一路供水故障時仍可滿足室外消防用水要求，符合規(guī)范要求；相較于方案4，其減少了部分的管道敷設量，經濟性更佳。

(5) 方案5可作進一步優(yōu)化，將室內消火栓系統引水管與方案4中設置在室內站廳層的室外消防管共用，擴大引水管管徑至DN 250，同時滿足室內、外消火栓系統用水量要求；原設置在消防泵房的倒流防止器需改移至站廳兩端風道或其他備用房間，以確保兩個倒流防止器間有足夠的管道空間引管至出入口設置室外消火栓。具體如圖6所示。此方案在方案5的基礎上減少了2根引入管及2組倒流防止器，僅擴大了引水管管徑，在保障安全性要求的前提下做到了精簡優(yōu)化，站廳層吊頂內空間占用最少，可行性、經濟性最佳。大連地鐵4號線工程初步設計采用了此方案。

圖5 方案5示意圖

圖6 方案6示意圖

根據上述分析，筆者認為：在滿足雙路環(huán)狀管網市政供水的情況下方案1最為優(yōu)選；其他雙路市政供水情況下方案6最為安全合理，在條件允許的情況下建議優(yōu)先選用。

3.2 單路市政供水水源

《消規(guī)》4.3.1規(guī)定：當采用一路消防供水或只有一條入戶引入管，且室外消火栓設計流量大于20 L/s，應設置消防水池。可見此供水條件下，地下車站必須設置消防水池。

由于《消規(guī)》頒布后中國城市軌道交通協會及各設計單位對室外消火栓系統的要求提出異議，分歧較大，主編單位中國中元國際工程公司曾回復，原則上軌道交通車站室外消防水量應按規(guī)范執(zhí)行，在市政水源為單水源、且設置室外消防水池確有困難的情況下，室外水量可適當減小，但應≥20 L/s。但此回復非正式頒布，僅為內部傳閱的文檔，筆者認為其不具備權威性，亦不應按此實施，不能因供水條件不佳而降低消防標準，這是本末倒置。

單路市政供水水源下，我國目前主要的設計方案如下：

(1)采用獨立的室外消防水池，在出入口附近設置室外消防水池的取水口，利用取水口作為室外消火栓使用。距離消防水池較遠的出入口則由單路供水管上引管設置室外消火栓。具體方案如圖7所示。廣州地鐵3號線東延工程采用此方案。此方案雖按規(guī)范要求設置了消防水池，但其利用率有限，僅可供單側出入口的水泵結合器取水，而另一側出入口室外消火栓依賴單路市政供水，其消防安全性無法保障。此方案雖簡單，但存在安全隱患，不建議使用。

圖7 方案7示意圖

(2)采用室內、外合用的消防水池，在消防泵房內設置滿足室內外全部消防水量及揚程的消防增壓穩(wěn)壓泵組，由室內環(huán)狀消防管網上引管至出入口設置方案2中提到的“出入口消火栓”，同時由市政給水管上接出2個室外消火栓為車站水泵接合器供水使用。具體方案如圖8所示。南京地鐵寧和城際線采用此方案。此方案除存在方案2的安全隱患外，還存在一個較大問題：方案中消防泵組采用室內外合用，但其消防管網的管徑仍采用DN 150。流速與管徑選擇密切相關，在同樣的設計流量下，流速與管徑選擇成反比，50 L/s的流量會導致管道內流速過高，達到2.95 m/s，超出了《建筑設計防火規(guī)范》8.1.3條限定的安全流速2.5 m/s的要求。而水流流速與水錘效應密切相關，過高的流速對管道接口、閥門的耐壓要求非常高。因此，該方案在臨時高壓給水系統中存在嚴重的安全隱患，不建議使用。

圖8 方案8示意圖

(3)采用室內、外合用的消防水池，在消防泵房內設置獨立的室外消火栓系統增壓穩(wěn)壓裝置，由水池吸水加壓后，經由設置在車站站廳層吊頂內的獨立環(huán)狀室外消火栓管網引至出入口，接室外消火栓。室內、外消火栓加壓及管網系統完全獨立。具體如圖9所示。該方案滿足消防要求，供水可靠性高，但管網有些復雜，造價較高。此外需注意，水泵接合器與消防水池吸水井的距離要滿足15～40 m的要求，以便于站內室外消防泵無法啟用時為室內消火栓系統補水。

圖9 方案9示意圖

(4)采用室內、外合用的消防水池，在消防泵房內設置室內、外合用的增壓穩(wěn)壓裝置，由水池吸水加壓后，經由設置在車站站廳層吊頂內合用的環(huán)狀消火栓管網引至出入口，接室外消火栓。具體如圖10所示。此方案減少了一套管網系統及增壓穩(wěn)壓裝置，增大了站廳層環(huán)網管徑，避免了方案9的問題。但由于地鐵地下區(qū)間的特殊性(為考慮節(jié)能，區(qū)間標高較車站站臺層低)，為滿足室外消火栓壓力要求，站臺及區(qū)間消火栓存在超壓風險，且管網靜水壓力減壓較困難，一旦爆管，對運營安全影響巨大。

圖10 方案10示意圖

根據上述分析，方案10的經濟性最佳，但相較于方案9安全性差一些。筆者認為，在單路市政供水水源條件下方案9最為合理，在條件允許的情況下建議優(yōu)先選用；方案8不建議選用；方案10在造價控制較為嚴格的工程亦可選用。

4 結語

本文通過對《消規(guī)》中關于地鐵地下車站室外消火栓系統要求的理解，結合國內實際工程設計情況，對不同市政供水條件下的室外消防設計方案進行闡述分析，得到以下結論：在滿足雙路環(huán)狀管網市政供水的情況下，直接由市政管網接出室外消火栓的方案最佳；其他雙路市政供水情況下，利用室內消防引水管接出室外消火栓的方案最佳；單路市政供水情況下，在站內設置獨立的室外消火栓管網系統方案最佳。建議《地鐵設計規(guī)范》再版時，補充對地下車站室外消火栓系統的設置作用、設計要求等內容，以便統一業(yè)內做法，保障地鐵工程的消防安全。