地鐵地下車站室外消火栓設(shè)計探討

魏晨光

(中國鐵路設(shè)計集團(tuán)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(yùn)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(tǒng)技術(shù)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(shè)計規(guī)范》沒有相關(guān)的要求描述，導(dǎo)致各地設(shè)計者對新要求的理解不同，產(chǎn)生了各類不同設(shè)計，而這些設(shè)計是否均能滿足《消規(guī)》要求，同時做到節(jié)能降費(fèi)，尚需研究分析。本文將根據(jù)對《消規(guī)》的理解，結(jié)合各地設(shè)計做法進(jìn)行探究，以給出最佳設(shè)計方案。

1 《消規(guī)》頒布前的室外消防設(shè)計方案

2014年之前，既有的地下車站室外消火栓作為室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的補(bǔ)水工具，在站內(nèi)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(nèi)供水，以保證滅火要求。因此，其設(shè)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(nèi)設(shè)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(wǎng)接出供水，并未對其提出須有雙路供水的要求。在設(shè)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(shè)計較為簡單易行。

2 現(xiàn)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(shè)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(yīng)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(dá)火災(zāi)現(xiàn)場后,由消防人員啟用室外消火栓，其與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)(火災(zāi)初期，在消防人員到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場前，現(xiàn)場接受過專業(yè)培訓(xùn)的人員可打開室內(nèi)消火栓進(jìn)行滅火作業(yè))完全不同。車站出入口是消防隊員進(jìn)入室內(nèi)撲滅火災(zāi)的橋頭堡，在出入口附近設(shè)置的室外消火栓，一是撲滅出入口臨近地方火災(zāi)；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(nèi)消火栓的補(bǔ)水工具?？梢姡诿總€出入口設(shè)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(tǒng)，當(dāng)采用市政給水管網(wǎng)供水時，應(yīng)采用兩路消防供水?！断?guī)》8.1.4規(guī)定：室外消防給水采用兩路消防供水時應(yīng)采用環(huán)狀管網(wǎng)。根據(jù)該規(guī)范要求，地下車站室外消火栓應(yīng)設(shè)置在有兩路消防供水的環(huán)狀管網(wǎng)上。

地下車站周邊通常都是建筑、人流密集的區(qū)域，火災(zāi)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(qiáng)地下工程的消防安全，有必要嚴(yán)格按規(guī)范要求內(nèi)容執(zhí)行。

3 現(xiàn)行要求下的設(shè)計方案比選

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

3.1 雙路市政供水水源

當(dāng)?shù)叵萝囌疚挥诔鞘械暮诵膮^(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(wǎng)，可直接由環(huán)狀市政供水管網(wǎng)上引管至出入口附近設(shè)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(wǎng)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(shù)量較多，會產(chǎn)生多個市政給水管網(wǎng)接口，需得到當(dāng)?shù)毓┧镜耐狻?/p>

當(dāng)?shù)叵萝囌緷M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(wǎng)可互為備用，互不干擾，如非環(huán)狀管網(wǎng)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(jù)規(guī)范要求不能直接引管設(shè)置室外消火栓。此時有以下方案：

(1) 南京地鐵3號線的設(shè)計者提出了一個“出入口室外消火栓”的概念，在車站室內(nèi)環(huán)狀消火栓給水管網(wǎng)上引管至室外設(shè)置“出入口室外消火栓”，利用室內(nèi)消火栓系統(tǒng)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(shè)計中從市政管網(wǎng)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(shè)計的室內(nèi)消防管網(wǎng)基礎(chǔ)上增加“出入口室外消火栓”，室外的工程量最少，經(jīng)濟(jì)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(bǔ)水，為避免誤用，兩者必須遠(yuǎn)離設(shè)置。但水泵接合器應(yīng)設(shè)置在出入口或新風(fēng)亭的口部等明顯位置，很難做到遠(yuǎn)離設(shè)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(zāi)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(shè)計并已開始施工，在盡可能少改動既有設(shè)計的情況下設(shè)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(shè)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(shè)置環(huán)狀消火栓管網(wǎng)，如圖3所示。此方案在地面及高架站應(yīng)用較多，為一成熟方案，但應(yīng)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(cè)設(shè)置，如設(shè)置室外環(huán)狀消火栓管網(wǎng)，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(xié)調(diào)難度大，其前期施工及后期管網(wǎng)的檢修維護(hù)都有較大困難，可行性、經(jīng)濟(jì)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(nèi)有充足的管線敷設(shè)空間，將室外消火栓環(huán)網(wǎng)設(shè)置在站廳層的吊頂內(nèi)；兩路市政給水引入管通過出入口或風(fēng)井等引入站內(nèi)向環(huán)網(wǎng)供水，再從環(huán)網(wǎng)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(wǎng)移至室內(nèi)，減少了室外工程量，且滿足消防要求，較方案2的可行性、經(jīng)濟(jì)性更佳。

圖4 方案4示意圖

(4) 在方案4的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，取消站內(nèi)的室外環(huán)狀消火栓管網(wǎng)，改為將兩路市政供水管網(wǎng)在站內(nèi)站廳層連接，在連接管上設(shè)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(lián)通形成站內(nèi)與站外相連的環(huán)狀管網(wǎng)，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(shè)量，經(jīng)濟(jì)性更佳。

(5) 方案5可作進(jìn)一步優(yōu)化，將室內(nèi)消火栓系統(tǒng)引水管與方案4中設(shè)置在室內(nèi)站廳層的室外消防管共用，擴(kuò)大引水管管徑至DN 250，同時滿足室內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)用水量要求；原設(shè)置在消防泵房的倒流防止器需改移至站廳兩端風(fēng)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(shè)置室外消火栓。具體如圖6所示。此方案在方案5的基礎(chǔ)上減少了2根引入管及2組倒流防止器，僅擴(kuò)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(nèi)空間占用最少，可行性、經(jīng)濟(jì)性最佳。大連地鐵4號線工程初步設(shè)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(jù)上述分析，筆者認(rèn)為：在滿足雙路環(huán)狀管網(wǎng)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(dāng)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(shè)計流量大于20 L/s，應(yīng)設(shè)置消防水池。可見此供水條件下，地下車站必須設(shè)置消防水池。

由于《消規(guī)》頒布后中國城市軌道交通協(xié)會及各設(shè)計單位對室外消火栓系統(tǒng)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(fù)，原則上軌道交通車站室外消防水量應(yīng)按規(guī)范執(zhí)行，在市政水源為單水源、且設(shè)置室外消防水池確有困難的情況下，室外水量可適當(dāng)減小，但應(yīng)≥20 L/s。但此回復(fù)非正式頒布，僅為內(nèi)部傳閱的文檔，筆者認(rèn)為其不具備權(quán)威性，亦不應(yīng)按此實施，不能因供水條件不佳而降低消防標(biāo)準(zhǔn)，這是本末倒置。

單路市政供水水源下，我國目前主要的設(shè)計方案如下：

(1)采用獨立的室外消防水池，在出入口附近設(shè)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(yuǎn)的出入口則由單路供水管上引管設(shè)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(shè)置了消防水池，但其利用率有限，僅可供單側(cè)出入口的水泵結(jié)合器取水，而另一側(cè)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(nèi)、外合用的消防水池，在消防泵房內(nèi)設(shè)置滿足室內(nèi)外全部消防水量及揚(yáng)程的消防增壓穩(wěn)壓泵組，由室內(nèi)環(huán)狀消防管網(wǎng)上引管至出入口設(shè)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(nèi)外合用，但其消防管網(wǎng)的管徑仍采用DN 150。流速與管徑選擇密切相關(guān)，在同樣的設(shè)計流量下，流速與管徑選擇成反比，50 L/s的流量會導(dǎo)致管道內(nèi)流速過高，達(dá)到2.95 m/s，超出了《建筑設(shè)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(yīng)密切相關(guān)，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(tǒng)中存在嚴(yán)重的安全隱患，不建議使用。

圖8 方案8示意圖

(3)采用室內(nèi)、外合用的消防水池，在消防泵房內(nèi)設(shè)置獨立的室外消火栓系統(tǒng)增壓穩(wěn)壓裝置，由水池吸水加壓后，經(jīng)由設(shè)置在車站站廳層吊頂內(nèi)的獨立環(huán)狀室外消火栓管網(wǎng)引至出入口，接室外消火栓。室內(nèi)、外消火栓加壓及管網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)有些復(fù)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(nèi)室外消防泵無法啟用時為室內(nèi)消火栓系統(tǒng)補(bǔ)水。

圖9 方案9示意圖

(4)采用室內(nèi)、外合用的消防水池，在消防泵房內(nèi)設(shè)置室內(nèi)、外合用的增壓穩(wěn)壓裝置，由水池吸水加壓后，經(jīng)由設(shè)置在車站站廳層吊頂內(nèi)合用的環(huán)狀消火栓管網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)及增壓穩(wěn)壓裝置，增大了站廳層環(huán)網(wǎng)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(biāo)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(fēng)險，且管網(wǎng)靜水壓力減壓較困難，一旦爆管，對運(yùn)營安全影響巨大。

圖10 方案10示意圖

根據(jù)上述分析，方案10的經(jīng)濟(jì)性最佳，但相較于方案9安全性差一些。筆者認(rèn)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(yán)格的工程亦可選用。

4 結(jié)語

本文通過對《消規(guī)》中關(guān)于地鐵地下車站室外消火栓系統(tǒng)要求的理解，結(jié)合國內(nèi)實際工程設(shè)計情況，對不同市政供水條件下的室外消防設(shè)計方案進(jìn)行闡述分析，得到以下結(jié)論：在滿足雙路環(huán)狀管網(wǎng)市政供水的情況下，直接由市政管網(wǎng)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(nèi)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(nèi)設(shè)置獨立的室外消火栓管網(wǎng)系統(tǒng)方案最佳。建議《地鐵設(shè)計規(guī)范》再版時，補(bǔ)充對地下車站室外消火栓系統(tǒng)的設(shè)置作用、設(shè)計要求等內(nèi)容，以便統(tǒng)一業(yè)內(nèi)做法，保障地鐵工程的消防安全。