某城市地鐵給排水及消防系統(tǒng)方案比選

楊偉帥 程 茀 劉學(xué)志

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 概述

北方某城市×號線一期工程線路全長約27 km，共設(shè)車站21座，其中地下站20座，高架站1座，與規(guī)劃的多條軌道交通線路交叉，共設(shè)6座換乘站。全線設(shè)車輛段和停車場各1處。

給排水及消防系統(tǒng)作為地鐵設(shè)計中的一個系統(tǒng)，主要包括給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著地鐵全線生產(chǎn)、生活供水、排水，火災(zāi)防護(hù)等作用，是將來地鐵高效、安全運(yùn)營的重要保障，因此，給排水及消防系統(tǒng)中幾個子系統(tǒng)方案的選擇十分重要，應(yīng)根據(jù)實際條件確定合理、可靠的方案，同時應(yīng)盡量使系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保。

下面是對某城市×號線一期工程正線給排水及消防系統(tǒng)的方案比選過程及結(jié)論。

2 系統(tǒng)方案比選

2.1 給水系統(tǒng)

全線各站、區(qū)間的用水水源均采用城市自來水。

每個車站由城市自來水干管上引2根給水管作為消防水源，并由此2根供水干管中的一條分出1根供水管供車站生產(chǎn)、生活用水。站內(nèi)采用生產(chǎn)、生活和消防給水分開的給水管網(wǎng)系統(tǒng)，生產(chǎn)和生活給水引入管與消防給水引入管在進(jìn)車站以前分開，并分別設(shè)水表計量。生產(chǎn)、生活給水系統(tǒng)管道在站內(nèi)枝狀布置。

2.2 水消防系統(tǒng)

2.2.1 消火栓系統(tǒng)

消火栓滅火系統(tǒng)是地鐵內(nèi)最基本的滅火系統(tǒng)，具有造價低、維護(hù)費用低、滅火可靠等特點，目前國內(nèi)對該系統(tǒng)的設(shè)計比較統(tǒng)一，在有市政供水的車站均不設(shè)置消防水池，由消防泵直接從市政管網(wǎng)抽水，其依據(jù)主要是《地鐵設(shè)計規(guī)范》13.2.4第2條“當(dāng)城市自來水的供水量能滿足生產(chǎn)、生活和消防用水的要求，而供水壓力不能滿足消防用水壓力時，應(yīng)和當(dāng)?shù)叵兰笆姓块T協(xié)商設(shè)消防泵和穩(wěn)壓裝置，不設(shè)消防水池?！钡捎诟鞯叵兰笆姓块T對此種做法的理解及審核不同，因此有必要對是否設(shè)消防水池進(jìn)行比選，以供業(yè)主及相關(guān)部分參考。

另外，由于北方地區(qū)地鐵內(nèi)部分區(qū)域消防管冬季可能凍結(jié)，目前已有城市的地鐵設(shè)計采用干式消火栓系統(tǒng)[1]，但地鐵內(nèi)消火栓管網(wǎng)較長，干式系統(tǒng)充水時間難以滿足規(guī)范要求，設(shè)計前需充分與消防部門溝通，得到其認(rèn)可。

1)消防水池的設(shè)置。

若在車站內(nèi)須設(shè)置消防水池，必然造成車站內(nèi)消防泵房面積增加，進(jìn)而造成整個車站用房面積的增加，不利于節(jié)省土建工程造價。一般設(shè)水池泵房面積比不設(shè)水池泵房面積至少增加40m2左右，按地鐵1萬元/m2的造價指標(biāo)計算，車站土建造價相應(yīng)增加40萬元左右，再加上消防水池本身的造價10萬元左右，每座車站增加50萬元。另外，設(shè)置消防水池還會帶來結(jié)構(gòu)承重增加、水池及水質(zhì)維護(hù)等問題。

目前其他城市已完成的地鐵設(shè)計，如北京、沈陽、大連、天津，經(jīng)過與市政自來水公司、消防局協(xié)商，地下車站內(nèi)的消防泵均可以直接從市政管網(wǎng)上吸水，省去了消防水池，既節(jié)省了投資，又可保證車站消防安全。并且地鐵全線只按同一時間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)考慮，對市政自來水管網(wǎng)的影響不是很大，因此，本次設(shè)計建議車站不設(shè)消防水池，消防泵直接從市政管網(wǎng)吸水。

2)干、濕式消火栓系統(tǒng)的比選。

車站內(nèi)消火栓系統(tǒng)一般采用濕式系統(tǒng)，區(qū)間消火栓系統(tǒng)則有濕式和干式兩種形式。

濕式系統(tǒng)管網(wǎng)中經(jīng)常充有水，消防時隨時可出水。濕式系統(tǒng)冬季對保溫要求高，保溫措施不好冬季易凍，且存在管道漏水現(xiàn)象。電伴熱保溫的日常運(yùn)行費用較高。

干式系統(tǒng)平時管網(wǎng)內(nèi)不充水，在地下車站和區(qū)間連接的地方設(shè)置快速啟閉閥。在發(fā)生火災(zāi)時，開啟電動快開閥，車站消防泵組管網(wǎng)的水迅速向?qū)?yīng)區(qū)間的管道輸入，管道內(nèi)空氣在水壓的作用下通過快速排氣閥迅速排除，管道在短時間內(nèi)由干式迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng)，消火栓口接出水龍帶和水槍達(dá)到滅火的目的。干式系統(tǒng)由于平時管道無水，因此不需設(shè)置電伴熱保溫，無凍結(jié)問題，平時不會有漏水現(xiàn)象，但由于需快速向管道充水，因此所需水泵揚(yáng)程較大，且充水時對管道作用力大，需要更加穩(wěn)固的管道連接及支護(hù)措施。

但由于地鐵區(qū)間長度一般在1km左右，因此干式系統(tǒng)充水時間較長，大約需10min，這不符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》12.2.2中第3條“當(dāng)采用干管系統(tǒng)時，應(yīng)在管網(wǎng)最高部位設(shè)置自動排氣閥，管道充水時間不應(yīng)大于90s”的規(guī)定，因此，10min的充水時間需要與當(dāng)?shù)叵谰譁贤ǎ玫狡湔J(rèn)可才可考慮干式系統(tǒng)。

由于干式系統(tǒng)充水時間遠(yuǎn)超出規(guī)范規(guī)定，因此很難得到消防部門的同意，目前僅天津地鐵做過干式系統(tǒng)方面的試驗，得到天津消防局的認(rèn)可，并在天津地鐵一條線路的設(shè)計中應(yīng)用。本次工程為該城市的第一條地鐵線，推薦使用安全可靠、技術(shù)成熟、符合標(biāo)準(zhǔn)的濕式系統(tǒng)。

2.2.2 自動噴水滅火系統(tǒng)

自動噴水滅火系統(tǒng)的問題主要是設(shè)不設(shè)、在什么地方設(shè)，下面對這兩個問題進(jìn)行分析:

1)規(guī)范現(xiàn)狀。

國家現(xiàn)行的《建筑防火規(guī)范》《地鐵設(shè)計規(guī)范》均未明確地鐵工程除商業(yè)開發(fā)以外的其他區(qū)域必須設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng);而天津地標(biāo)《地鐵安全防范系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》“6.4.4.1換乘的地下車站及地下三層及以上車站站廳、站臺公共區(qū)、車站結(jié)合的商業(yè)開發(fā)區(qū)域均應(yīng)按照中危險Ⅱ級設(shè)計自動噴水滅火系統(tǒng)?！鄙虾５貥?biāo)《城市軌道交通設(shè)計規(guī)范》“26.4.6.1地下車站的站廳層、站臺層的公共區(qū)及長度超過100m的出入口通道應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)”。地鐵車站內(nèi)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)的形式主要有3種:

a.所有地下站的站廳站臺部位均設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，尤以上海地區(qū)為代表;

b.所有地下站除商業(yè)開發(fā)部分均不設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，如北京、沈陽、哈爾濱;

c.在地下?lián)Q乘站及車站的部分區(qū)域內(nèi)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，如天津、成都。

2)方案比選。

形式1所有車站內(nèi)均設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)后，必然提高工程造價。

形式2工程造價最低，但就部分特殊車站而言，如換乘車站存在一定的消防風(fēng)險。

主要是由于換乘站有以下特點:

a.客流量大，攜帶行李多，火災(zāi)初期熱釋放速率大，煙霧量大;

b.建筑規(guī)模大，布局復(fù)雜，火災(zāi)撲救難度大，不利于疏散;

c.人流密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，自動噴水系統(tǒng)噴水將很大程度減小人員恐慌，利于疏散。

因此，為盡可能減少火災(zāi)風(fēng)險，同時避免不必要的浪費，推薦采用形式3，在商業(yè)開發(fā)部分和同站換乘車站的站廳層設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。

2.3 排水系統(tǒng)

全線排水系統(tǒng)由污水排放系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)和雨水排放系統(tǒng)構(gòu)成，內(nèi)部排水采用分流制。廢水排放系統(tǒng)和雨水排放系統(tǒng)基本采用水池收集、泵提升排放的形式，污水排放系統(tǒng)則有傳統(tǒng)污水池+污水泵、一體化密閉式污水提升裝置[2]、真空排水系統(tǒng)[3]幾種形式，目前各地的應(yīng)用也不盡相同，下面就這幾種污水排放形式進(jìn)行比選。

傳統(tǒng)污水池+污水泵形式是在衛(wèi)生間旁或下方設(shè)置污水泵房，站臺板下設(shè)集水池，污水通過污水泵提升并排放。一體化密閉式污水提升裝置是將污水泵置于密閉的污水箱內(nèi)，污水箱為封閉裝置，避免箱內(nèi)環(huán)境與外部相通。真空排水系統(tǒng)是一個由真空機(jī)組等設(shè)施組成的一個完全密閉的排水系統(tǒng)，排水時利用管網(wǎng)中的真空可將排水器具中的污水提升吸入管網(wǎng)匯入真空機(jī)組內(nèi)并排出。

傳統(tǒng)形式的優(yōu)缺點如下:

1)集水池容易滋生異味及蚊蠅細(xì)菌，影響車站運(yùn)營環(huán)境;

2)為了施工安裝和日后檢修工作的進(jìn)行，無法將集水坑完全封閉，必須設(shè)計檢修孔和人孔，鋼制的蓋板無法避免異味外溢;

3)泵房內(nèi)空氣質(zhì)量很差，泵房內(nèi)異味會散到周邊房間過道和地鐵通道以及公共區(qū)內(nèi)，破壞了乘車環(huán)境;

4)工程造價低。

相對傳統(tǒng)形式，一體化密閉式污水提升裝置和真空排水系統(tǒng)的優(yōu)點有:

1)密閉無異味，環(huán)保衛(wèi)生;

2)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間;

3)不需修建地下污水池，無需采取結(jié)構(gòu)防滲漏措施。

但二者造價較高，真空排水系統(tǒng)造價還要高于一體化密閉式污水提升裝置，且真空機(jī)組設(shè)備較復(fù)雜，管道封閉性要求高，可靠度要低于一體化密閉式污水提升裝置。

因此，本工程推薦采用一體化密閉式污水提升裝置。

2.4 氣體自動滅火系統(tǒng)

地下車站的通信、信號設(shè)備室和電源室等重要電氣設(shè)備房間需設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。氣體自動滅火系統(tǒng)目前國內(nèi)地鐵常用的主要有七氟丙烷系統(tǒng)、IG541自動滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧系統(tǒng)。

其中七氟丙烷系統(tǒng)所用滅火劑能產(chǎn)生HF酸性分解物，對計算機(jī)等電器有一定腐蝕，故國外已開始限制在計算機(jī)及通訊設(shè)備用房使用，但總體造價較低。IG541系統(tǒng)所用滅火劑為IG541，完全由大氣中自然存在的氣體組成，無毒、無腐蝕性分解物，但造價較高。高壓細(xì)水霧系統(tǒng)以水作為滅火介質(zhì)，完全環(huán)保，適用場所較多，作為一種新興系統(tǒng)發(fā)展迅速。

就IG541系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的應(yīng)用情況看，IG541系統(tǒng)的應(yīng)用略多。另外，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)目前無全國性規(guī)范可依，實際應(yīng)用也主要集中在上海地區(qū)，因此，本工程仍推薦采用IG541系統(tǒng)。

3 結(jié)語

地鐵工程與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，是人們?nèi)粘３鲂械氖走x工具，客流量大，出現(xiàn)事故的影響嚴(yán)重。整個工程投資巨大，系統(tǒng)繁多，功能復(fù)雜，選擇合理、可行、可靠的系統(tǒng)方案對地鐵運(yùn)營意義重大，尤其是給排水及消防系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著地鐵防火滅火的任務(wù)，其方案的選擇要更加慎重。

[1]曾國保，車躍龍.地鐵內(nèi)采用干式消火栓系統(tǒng)的可行性研究[J].鐵道工程學(xué)報，2007(4):89-91.

[2]劉學(xué)志，程 茀.密閉污水提升裝置在地鐵中應(yīng)用的研究[J].鐵道工程學(xué)報，2008(6):98-100.

[3]崔志國，邵迎旭，費志華，等.煙臺文化中心室內(nèi)真空排水設(shè)計[J].給水排水，2010，36(5):70-73.

[4]鄭習(xí)羿.鐵路工程施工用水方案研究[J].山西建筑，2011，37(2):117-118.