多層次軌道交通共用消防泵控制技術(shù)研究

付文剛 高霞娥

(1.中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司 陜西西安 710043；2.西北電力設(shè)計院有限公司 陜西西安 710043)

1 引言

隨著我國軌道交通事業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，2020年12月國家發(fā)布《關(guān)于推動都市圈市域(郊)鐵路加快發(fā)展的意見》，提出要加強市域(郊)鐵路與干線鐵路、城際鐵路、城市軌道交通一體化銜接，鼓勵多線多點換乘，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)系統(tǒng)制式，推動具備條件的跨線直通運行，充分發(fā)揮軌道交通網(wǎng)絡(luò)整體效益，推進基礎(chǔ)設(shè)施、標識信息、運營管理等資源共享、互聯(lián)互通，滿足多層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)化客運要求。越來越多的軌道交通線路出現(xiàn)了兩線、三線等多線換乘車站，甚至還有以公共交通為導向的城市商業(yè)區(qū)開發(fā)模式逐漸成為熱點附帶商業(yè)形式的出現(xiàn)。此外，各城市軌道交通線網(wǎng)的形成，也加速了多層次軌道交通的發(fā)展，使得換乘形式也變得多樣化，有包含雙島四線、一島兩側(cè)和單島四線換乘的平行換乘方式，包含十字節(jié)點、T形節(jié)點、L形換乘的節(jié)點換乘方式，以及通過連接通道形成線路間換乘關(guān)系的通道換乘方式[1]。使得原本人流密度大，火災隱患較多的軌道交通車站，防災形勢變得尤為嚴峻，對消防泵這類重要消防設(shè)備及其他消防設(shè)備監(jiān)控的安全可靠性和車站運營管理水平都提出了更高的要求。

通常軌道交通車站控制室兼作消防控制室，作為火災時的現(xiàn)場消防應急指揮中心，受多層次軌道交通線路的管理模式和車站換乘形式的影響，車站控制室的設(shè)置有各線路分別設(shè)置和多線路合設(shè)一處的方式。因此，火災自動報警系統(tǒng)(Fire Alarm System，簡稱FAS)設(shè)置形式也相應有多種，各線路對共用消防設(shè)備，特別是消防泵這種極其關(guān)鍵設(shè)備如何實時、可靠的監(jiān)視和控制顯得至關(guān)重要。下面以多層次軌道交通換乘關(guān)系較為復雜的三線換乘車站共用消防泵的控制方案進行分析。

該車站為1、2、3 號線三線換乘車站[2]，2、3 號線為東西走向平行布置，地下二層雙島四線同臺換乘，1號線為南北走向，與2、3號線形成十字換乘關(guān)系，1、2、3號線共用站廳公共區(qū)位于地下一層，2、3號線同臺換乘位于地下二層，1號線站臺層位于地下三層，通過站臺層換乘樓梯實現(xiàn)與2、3號線的換乘，火災時站臺層換乘樓梯處防火卷簾落下，將1號線站臺公共區(qū)與2、3號線站臺公共區(qū)隔開，分屬不同線路的防火分區(qū)，換乘線路分界示意如圖1。

圖1 換乘站各線路建筑分界示意

3號線為先建線路并已先期開通運營，1、2號線為后建線路同期開通，2、3號線共用車站控制室，1號線單設(shè)車站控制室。1、2、3號線共用消防泵房及消防泵，消防泵在3號線設(shè)備區(qū)，由3號線先期建設(shè)并控制，在火災工況下1、2號線消火栓系統(tǒng)需要共用該組消防泵，并通過3號線實現(xiàn)跨線路啟動提供消防用水。

2 消防控制室設(shè)置原則

軌道交通車站火災自動報警系統(tǒng)屬于控制中心報警系統(tǒng)，并且換乘車站一般是按線路運營管理分界，各線分別設(shè)置FAS系統(tǒng)和車站控制室，當控制中心報警系統(tǒng)有兩個及以上消防控制室時，應確定主消防控制室和分消防控制室[3]。主消防控制室內(nèi)的消防設(shè)備應能顯示各分消防控制室內(nèi)消防設(shè)備的狀態(tài)信息，并可對分消防控制室內(nèi)的消防設(shè)備及其控制的消防系統(tǒng)和設(shè)備進行控制；各分消防控制室之間的消防設(shè)備之間可以互相傳輸、顯示狀態(tài)信息，但不應互相控制[4]。有多個消防控制室時，選擇靠近消防泵房的消防控制室作為主消防控制室，其余為分消防控制室。因此，距離消防泵房近的2、3號線合用車站控制室作為本站主消防控制室，1號線車站控制室為分消防控制室。

在3號線FAS主機和工作站上可以顯示全站范圍內(nèi)三條線路所有的設(shè)備狀態(tài)信息，并在FAS主機和車站綜合緊急后備盤(簡稱IBP盤)上實現(xiàn)消防泵等重要消防設(shè)備的手動控制[5]。1號線車站控制室FAS主機和工作站只能顯示換乘站消防設(shè)備狀態(tài)信息。

3 共用消防泵控制技術(shù)要求

為保證多層次軌道交通換乘站消防泵在火災情況下的絕對可靠工作，需要對其控制進行冗余方案設(shè)計，使消防泵應具有聯(lián)動控制、連鎖控制、人工手動控制等多種控制方式[6]，并且要滿足控制主體唯一性原則。

3.1 聯(lián)動控制

多層次軌道交通換乘站FAS火災報警控制器具備聯(lián)動控制功能，當1、2、3號線火災報警控制器在自動狀態(tài)時，自動接收現(xiàn)場消火栓所在報警區(qū)域的任一只火災探測器，或任一只手動火災報警按鈕發(fā)出火災報警信號，同時與消火栓按鈕動作信號形成“與”邏輯組合[7]，發(fā)出消防泵啟動的控制指令到車控室。同時，消防值班人員也可以在FAS火災報警控制器手動控制發(fā)出消防泵啟動的控制指令。

3.2 連鎖控制

連鎖控制是一種設(shè)備到設(shè)備的點對點直接控制方式，獨立于火災自動報警系統(tǒng)，不受聯(lián)動控制器處于故障或手/自動狀態(tài)的影響[8]，將1、2、3號線消火栓系統(tǒng)的消防泵出水干管上的壓力開關(guān)、流量開關(guān)的動作信號作為連鎖啟泵的觸發(fā)信號，通過與消防泵控制柜連接實現(xiàn)電氣連鎖控制，直接控制消防泵的啟動。任一線路發(fā)生火災，消防水管內(nèi)有消防水流動時，對應線路消防水管干管壓力開關(guān)、流量開關(guān)有動作輸出，該輸出信號可以連鎖控制消防泵自動啟動。

3.3 人工手動控制

在消防控制室設(shè)置手動直接控制裝置，車站控制室IBP盤上設(shè)有消防泵的啟動、停止按鈕，以實現(xiàn)消防泵的遠程手動控制，將消火栓泵控制箱的啟動、停止按鈕直接通過硬線連接至車站控制室IBP盤上[9]，消防泵手動控制電路原理圖如圖2所示。

3.4 線路間火災信息互通

多層次軌道交通換乘站各線路之間，可以通過互設(shè)信息模塊、信息復示屏和消防電話的形式實現(xiàn)火災信息互通[10]。在收到互通火災信息后應按照各線路火災報警控制器預先設(shè)定的火災模式進行消防聯(lián)動和火災救援，主消防控制室應對共用消防泵進行聯(lián)動控制。因此，1、2號線通過與3號線火災信息互通，將啟動消防泵信息通過信息模塊傳送給3號線FAS進行啟泵操作，消防泵動作后由3號線反饋水泵狀態(tài)信號給1、2號線，形成一個由各換乘線路分消防控制室發(fā)送啟泵請求，由主消防控制室、FAS實現(xiàn)啟泵操作的閉合消防泵控制系統(tǒng)[11]。因此，在該換乘站1號線FAS接口模塊箱設(shè)置一對“給3號線發(fā)送啟泵信號”的輸出模塊和“接收3號線反饋水泵運行狀態(tài)”的輸入模塊，對應在3號線接口模塊箱設(shè)置一對“接收1號線啟泵請求信號”的輸入模塊和“發(fā)送3號線反饋水泵狀態(tài)”的輸出模塊。

同理，在該換乘站2號線FAS接口模塊箱設(shè)置一對“給3號線發(fā)送啟泵信號”的輸出模塊和“接收3號線反饋水泵運行狀態(tài)”的輸入模塊，對應在既3號線接口模塊箱設(shè)置一對“接收2號線啟泵請求信號”的輸入模塊和“發(fā)送3號線反饋水泵狀態(tài)”的輸出模塊。

同時，1號線與2號線FAS之間互設(shè)信息模塊，將各自線路的火災信息告知對方FAS主機，對方線路收到火災信息后需要反饋信號。因此，1號線FAS主機與2號線FAS主機之間只能顯示對方火災信息，但是不能互相控制。

3.5 線路控制主體唯一性

對于多層次軌道交通換乘站各線路消火栓系統(tǒng)共用一組消防泵的控制，須滿足控制主體唯一性原則，由啟泵控制命令的發(fā)出線路執(zhí)行停泵操作，其他線路不得在消防泵使用過程中對水泵進行啟動或停止的控制操作，可以通過各線路間信息互鎖控制方式實現(xiàn)，下面以該換乘站3號線啟動共用消防泵為例進行研究。

3.5.1 基于互鎖檢測的優(yōu)化控制

在1、2號線分別設(shè)置FAS聯(lián)動電源盤給消防水泵控制柜提供DC24V電源，該電源驅(qū)動用于控制消防泵啟動和停止的中間繼電器，在此電源回路中提供專門的DC24V消防電源，由1、2、3號線各線分別設(shè)置一個控制DC24V電源的繼電器回路，當3號線發(fā)出啟泵請求，驅(qū)動相應繼電器吸起，導通從消防電源盤至水泵控制柜的DC24V電源回路，此時由于1、2號線停泵回路與3號線啟泵回路是完全獨立的，因此，1、2號線停泵請求不起作用，滿足了控制主體唯一性原則。并且，水泵狀態(tài)信號可以實時給1、2、3號線反饋，各線路車站控制室內(nèi)均有水泵運行狀態(tài)的顯示信息，互鎖檢測啟泵方式控制原理如圖3所示。停止消防泵控制原理同理。

圖3 互鎖檢測啟泵控制原理

通過上述互鎖檢測優(yōu)化控制方案，1號線發(fā)出啟動消防泵的控制命令，也只能由1號線發(fā)出停泵指令；2號線發(fā)出啟動消防泵的控制命令，也只能由2號線發(fā)出停泵指令，由此可以實現(xiàn)消防泵控制主體唯一性，即“誰啟泵，誰停泵”。同時，共用消防泵的使用狀態(tài)信息可以分別在所有線路的火災報警控制器和IBP盤上顯示[12]，使每個車控室都能實時顯示共用消防泵的工作狀態(tài)。

3.5.2 與傳統(tǒng)控制方案對比

多層次軌道交通換乘站的消防泵優(yōu)化控制方案與傳統(tǒng)線路消防泵控制有著本質(zhì)上的區(qū)別，其發(fā)生火災時消防泵控制指令流程如圖4，圖中箭頭方向為消防控制室下發(fā)啟泵的控制命令路徑。

圖4 優(yōu)化控制指令流程

從控制流程圖4中可以看到，在多層次軌道交通中基于互鎖檢測的消防泵控制方式相比傳統(tǒng)消防泵控制方式優(yōu)勢明顯:

(1)非同期建設(shè)的換乘線路，對于后建線路來說，在建設(shè)過程中不用改造正在使用中的共用消防泵，避免了后建線路的施工對正常運營的影響，縮小工程實施范圍，可以減少工程建設(shè)造價和維護成本[13]。

(2)多層次軌道交通中各線的工程分界在已開通運營的線路預留信息互通模塊處，各線路施工界面、設(shè)備日常運營維護管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、防災指揮責任界面劃分清晰。

(3)共用消防泵的控制邏輯清晰，控制命令徑路唯一，不會存在多層次軌道交通中多條線路同時控制而造成多頭管理的情況。同時，各線路又可以實時掌握消防泵的工作狀態(tài)，可以實現(xiàn)水泵狀態(tài)信息資源的共享。

6 結(jié)束語

通過以上對多層次軌道交通共用消防泵控制技術(shù)研究，得出以下基本結(jié)論:

(1)除了滿足要求的換乘站FAS設(shè)備基本配置外，還應結(jié)合具體的車站換乘形式和運營管理需求確定主消防控制室。

(2)對多種交通制式線路間火災信息互通的監(jiān)控點表內(nèi)容進行細化，通過信息共享方式實現(xiàn)多線路間火災信息和消防泵控制信息互傳互通。

(3)通過互鎖檢測實現(xiàn)消防泵控制主體唯一性，提高了消防泵控制的可靠性和安全性。清晰的設(shè)計及施工界面方便后期系統(tǒng)調(diào)試和運營維護管理。使共用消防泵充分發(fā)揮其功能，實現(xiàn)了資源共享，保證乘客人身和財產(chǎn)安全，適應新形勢下多層次軌道交通工程特點和智慧地鐵新消防理念。