地鐵車站消防電氣設(shè)計的幾點探討

李曉明， 許圣乾

(1. 中鐵第六勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300308；2. 濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250000)

0 引言

隨著我國城市的不斷發(fā)展，地鐵作為一種便捷、快速的公共交通，為人們的出行提供了便利。同時地鐵的安全運營成為了市民的關(guān)注重點，其中地鐵消防安全成為重中之重。

近幾年來，筆者參與并負(fù)責(zé)設(shè)計了多個城市的地鐵車站項目，在設(shè)計、施工配合和消防驗收中遇到并解決了很多問題。 本文通過筆者近幾年遇到的地鐵車站工程特點，同時結(jié)合最新電氣及防火設(shè)計規(guī)范，提出關(guān)于地鐵車站消防電氣的幾點看法，與電氣設(shè)計同仁進(jìn)行交流。

1 消防負(fù)荷的配電

根據(jù)筆者近幾年參與的地鐵項目總結(jié)，目前地鐵行業(yè)沿用的地下車站電氣設(shè)備用房設(shè)置原則為:在站廳層或站臺層負(fù)荷大端設(shè)置一座35/0.4kV 降壓變電所。 站廳層兩端環(huán)控機(jī)房附近各設(shè)置一處環(huán)控電控室，負(fù)責(zé)所在端通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的配電及控制；站廳層兩端設(shè)備區(qū)各設(shè)置一處照明配電室，負(fù)責(zé)所在端設(shè)備區(qū)及相鄰公共區(qū)一半的動力照明的配電及控制；站臺層兩端設(shè)備區(qū)各設(shè)置一處照明配電室，負(fù)責(zé)所在端設(shè)備區(qū)及相鄰公共區(qū)及相鄰區(qū)間一半的動力照明的配電及控制；站廳及站臺公共區(qū)均不設(shè)置電氣用房。

根據(jù)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51298—2018 第4.2.1 條和第4.2.2 條的規(guī)定，站廳層和站臺層公共區(qū)為同一防火分區(qū)，且不超過5 000m2；設(shè)備區(qū)按照單個防火分區(qū)面積不超過1 500m2設(shè)置。 對于標(biāo)準(zhǔn)地下島式車站，站廳層設(shè)備小端設(shè)備用房較少，可通過整合調(diào)整設(shè)置成一個防火分區(qū)，但是特殊車站面積較大，會出現(xiàn)設(shè)置兩個防火分區(qū)的情況；而設(shè)備大端由于設(shè)置了大量的弱電機(jī)房、運營管理用房、環(huán)控機(jī)房及風(fēng)道，設(shè)備區(qū)面積均大于1 500m2，往往需設(shè)置兩個或三個防火分區(qū)。 由于地鐵車站的工程特點決定了電氣設(shè)計不同于常規(guī)民用建筑，筆者通過對過往工程案例的經(jīng)驗總結(jié)，結(jié)合最新電氣及防火規(guī)范的要求，提出幾點關(guān)于地鐵車站消防電氣設(shè)計新的設(shè)計調(diào)整及注意事項。

1.1 設(shè)備區(qū)內(nèi)消防負(fù)荷的配電

地鐵車站設(shè)備區(qū)內(nèi)消防負(fù)荷眾多，主要為通信、信號、綜合監(jiān)控、氣滅、應(yīng)急照明、防排煙風(fēng)機(jī)等負(fù)荷。 其中各類通信、綜合監(jiān)控、信號、安防設(shè)備的用電，已經(jīng)在各系統(tǒng)設(shè)計中進(jìn)行了整合配電，且通信、信號設(shè)備的供電可靠性，直接關(guān)乎列車的安全運營，故各弱電系統(tǒng)的配電采用就地在各弱電機(jī)房內(nèi)獨立就地設(shè)置雙切配電箱；而其余氣滅、應(yīng)急照明、防火卷簾等小容量消防負(fù)荷，筆者建議根據(jù)防火分區(qū)的劃分，在照配室或環(huán)控電控室內(nèi)集中設(shè)置末端雙切箱，然后放射式或樹干式的配電，從而減少了雙切箱的數(shù)量，同時保證了消防負(fù)荷的供電可靠性。 典型配電系統(tǒng)圖如圖1 所示。

圖1 典型車站站廳層動力配電系統(tǒng)圖

此外主要的消防負(fù)荷集中為消防風(fēng)機(jī)。 地鐵車站內(nèi)消防風(fēng)機(jī)主要有2 類，一類為消防專用風(fēng)機(jī)，如大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)、小系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)、加壓風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)等，僅火災(zāi)工況下開啟；另一類為兼用排煙風(fēng)機(jī)，如隧道風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)，日常負(fù)責(zé)區(qū)間隧道通風(fēng)換氣及列車余熱排除，火災(zāi)工況時參與站臺層公共區(qū)或區(qū)間隧道排煙。 關(guān)于上述消防負(fù)荷的配電，筆者總體歸納以下三種方案可供參考。

方案一:當(dāng)風(fēng)道、防排煙機(jī)房與環(huán)控電控室設(shè)置于同一防火分區(qū)內(nèi)時，采用在同一防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置環(huán)控電控室，車站同一端的火災(zāi)事故風(fēng)機(jī)、防排煙風(fēng)機(jī)及相關(guān)風(fēng)閥由同防火分區(qū)內(nèi)的環(huán)控電控室內(nèi)雙電源切換后放射式配電及控制。

方案二:當(dāng)風(fēng)道、防排煙機(jī)房與環(huán)控電控室無法設(shè)置于同一防火分區(qū)內(nèi)時，根據(jù)防排煙風(fēng)機(jī)的分布，設(shè)置多個環(huán)控電控室，來滿足消防負(fù)荷的配電，對于遠(yuǎn)離環(huán)控電控室的安全出/入口、出/入口內(nèi)的防排煙設(shè)備，采用在通風(fēng)機(jī)房內(nèi)就地設(shè)置雙切配電箱的形式進(jìn)行配電及控制。

方案三:當(dāng)風(fēng)道、防排煙機(jī)房與環(huán)控電控室無法設(shè)置于同一防火分區(qū)內(nèi)時，考慮隧道風(fēng)系統(tǒng)整體設(shè)備功率偏大，故將環(huán)控電控室與隧道風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置同一防火分區(qū)，設(shè)備區(qū)及公共區(qū)的防排煙設(shè)備通過在機(jī)房內(nèi)采用就地設(shè)置雙切箱就地配電及控制。

上述三種方案的優(yōu)缺點如表1 所示。

表1 消防風(fēng)機(jī)配電方案對比

通過上述三種方法的對比，建議后續(xù)設(shè)計中典型標(biāo)準(zhǔn)車站的設(shè)計，在前期與土建設(shè)計配合中，積極采用方案一，提高供電可靠性，同時減少工程造價；而針對帶渡線、換乘、帶商業(yè)開發(fā)等異型車站，建議優(yōu)先考慮方案二；方案三中由于車站設(shè)備大、小端通風(fēng)專業(yè)設(shè)置多個防排煙機(jī)房，將導(dǎo)致車站雙切配電箱的整體數(shù)量增多，同時增加了進(jìn)線電纜及變電所低壓柜的出線數(shù)量，整體造價增加較多，并且與《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 51384—2019 關(guān)于減少雙切設(shè)置的設(shè)計理念不符，故今后設(shè)計中地鐵車站不建議采用方案三。

1.2 公共區(qū)內(nèi)消防負(fù)荷的配電

目前地鐵行業(yè)沿用的設(shè)計原則為公共區(qū)不設(shè)置配電間，利用設(shè)備區(qū)照明配電室作為集中配電及控制中心。 而根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 51384—2019 第13.7.11 條“除消防水泵、消防電梯、消防控制室的消防設(shè)備外，各防火分區(qū)的消防用電設(shè)備，應(yīng)由消防電源中的雙電源或雙回線路電源供電，并且末端配電箱應(yīng)安裝于防火分區(qū)的配電小間或電氣豎井內(nèi)”的要求，針對地鐵公共區(qū)的消防設(shè)備配電提出了新的要求。 而目前地鐵常規(guī)設(shè)計均為公共區(qū)應(yīng)急照明集中設(shè)置于設(shè)備區(qū)照配室，放射式至公共區(qū)，防火卷簾門雙切箱就地公共區(qū)側(cè)墻設(shè)置，消防電扶梯設(shè)置于三角機(jī)房內(nèi)或公共區(qū)側(cè)墻內(nèi)，已無法滿足最新消防電氣設(shè)計理念。 故筆者提出在站廳層公共區(qū)兩端各設(shè)置一個小型配電間，負(fù)責(zé)站廳、站臺公共區(qū)消防負(fù)荷的配電(圖2～3)，提升公共區(qū)消防負(fù)荷配電可靠性與獨立性，以保證火災(zāi)工況下公共區(qū)乘客的安全疏散及救援。

圖2～3 為地下島式車站常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)布置圖。 圖中編號和設(shè)備房名稱對應(yīng)關(guān)系為:電1-環(huán)控電控室、電2-照明配電室、電3-配電間。

圖2 車站站廳層電氣設(shè)備房布置圖

圖3 車站站臺層電氣設(shè)備房布置圖

2 應(yīng)急照明

關(guān)于應(yīng)急照明的定義，《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034—2013 第2.0.19 條明確“應(yīng)急照明:因正常照明的電源失效而啟用的照明。 應(yīng)急照明包括疏散照明、安全照明、備用照明。”筆者認(rèn)為此處的應(yīng)急照明應(yīng)具有兩層含義，即一種為非消防狀態(tài)下的應(yīng)急照明，主要包括備用照明和安全照明，另一種為消防狀態(tài)下的應(yīng)急照明，主要包括備用照明和疏散照明。

2.1 公共區(qū)備用照明

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 51384—2019 第10.4.1 條:“正常照明失效將導(dǎo)致無法工作和活動的場所應(yīng)當(dāng)設(shè)置備用照明”和第10.4.2 條:“當(dāng)正常照明的負(fù)荷等級與備用照明負(fù)荷等級相等時可不另設(shè)備用照明”。 以及《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB 50157—2013 第15.5.1 條“地下站廳站臺、應(yīng)急照明等公共區(qū)照明、應(yīng)急照明為一級負(fù)荷，而地上站廳站臺等公共區(qū)照明為二級負(fù)荷”。

后續(xù)設(shè)計中應(yīng)注意，地下站公共區(qū)照明的設(shè)計根據(jù)地鐵設(shè)計慣例，采用兩個單電源照明配電總箱的交叉配電，可同時滿足公共區(qū)正常照明及非消防備用照明的需求，無需另外設(shè)置備用照明；而地上車站公共區(qū)照明設(shè)計中應(yīng)特別注意，由于公共區(qū)照明為二級負(fù)荷，無法滿足備用照明的要求，故需單獨進(jìn)行備用照明的設(shè)計。 需要強(qiáng)調(diào)的是，兩種車站的備用照明做法截然不同，需設(shè)計師特別注意。

2.2 設(shè)備區(qū)備用照明

在《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51309—2018 執(zhí)行之前，地鐵消防應(yīng)急照明采用雙電源切換+EPS 的方式，在車站站廳及站臺層設(shè)備區(qū)集中設(shè)置，蓄電池日常處于浮充狀態(tài)，在設(shè)備房內(nèi)設(shè)置雙控開關(guān)，可實現(xiàn)日常的就地控制，同時火災(zāi)時由FAS 強(qiáng)制點亮所有應(yīng)急照明燈具，設(shè)計初衷是因為設(shè)備區(qū)備用照明與疏散照明燈具合二為一，備用照明兼作疏散照明，需火災(zāi)時強(qiáng)制點亮來提供人員疏散必要疏散照度。 而如今隨著《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51309—2018的執(zhí)行，備用照明和疏散照明分離設(shè)計，備用照明也不再兼作疏散照明，筆者認(rèn)為關(guān)于備用照明的設(shè)計應(yīng)做出調(diào)整，即:備用照明采用單控開關(guān)，取消強(qiáng)制點亮，火災(zāi)狀態(tài)下，由現(xiàn)場值守人員手動打開。圖4～5 分別為調(diào)整前、后的備用照明控制原理圖。

圖4 調(diào)整前應(yīng)急照明控制原理圖

圖5 調(diào)整后備用照明控制原理圖

2.3 疏散照明

地鐵疏散照明應(yīng)采用集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，主要由系統(tǒng)控制主機(jī)、A 型應(yīng)急照明集中電源箱和集中電源集中控制型消防應(yīng)急燈具等組成。 疏散照明的設(shè)計中有以下幾點需要注意。

(1)關(guān)于集中電源持續(xù)供電時間的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51298—2018 第11.2.5條規(guī)定“地下車站及區(qū)間應(yīng)急照明的持續(xù)供電時間不應(yīng)小于60min”，即火災(zāi)工況下的疏散照明供電時間為60min；《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51309—2018 第3.6.6 條“非火災(zāi)狀態(tài)下不超過0.5 h”的規(guī)定，從而確定集中電源持續(xù)供電時間不低于90min，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)建設(shè)單位反饋的非火災(zāi)狀態(tài)下的持續(xù)時間來確定蓄電池的總持續(xù)時間。

(2)根據(jù)《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51309—2018 第3.1.4 條中提到了出口標(biāo)志燈分為疏散出口和安全出口消防應(yīng)急標(biāo)志燈具，同時查詢國標(biāo)圖集19D702-7《應(yīng)急照明設(shè)計與安裝》發(fā)現(xiàn)，安全出口標(biāo)志燈與疏散出口標(biāo)志燈為兩種圖例。 目前大多工程設(shè)計并未進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 51298—2018 第2.0.1 條

“安全出口:供人員安全疏散，并能直接通向室內(nèi)外安全區(qū)域的車站出口、樓梯或扶梯的出口、聯(lián)絡(luò)通道的入口、區(qū)間風(fēng)井內(nèi)直通地面的樓梯間入口”的定義和條文解釋，后續(xù)在應(yīng)急照明設(shè)計在關(guān)于出口標(biāo)志燈的設(shè)置應(yīng)根據(jù)所處位置加以區(qū)分。

(3)疏散照明設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51309—2018 的要求，滿足疏散最低照度的要求，針對地鐵車站公共區(qū)結(jié)構(gòu)柱、三角機(jī)房等的設(shè)置，部分區(qū)域疏散照度僅通過簡單計算無法核查疏散照度的要求，建議利用DIALux 軟件進(jìn)行疏散照度模擬，以保證疏散最低照度的要求。 圖6 為車站站廳層公共區(qū)疏散照度等照度曲線。

圖6 車站站廳層公共區(qū)疏散照度等照度曲線

3 消防切非

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 51348—2019 第13.4.8 條“火災(zāi)確認(rèn)后，應(yīng)能在消防控制室切斷火災(zāi)區(qū)域及相關(guān)區(qū)域的非消防電源”，《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB 50517—2013 第19.3.6 條“火災(zāi)自動報警系統(tǒng)確認(rèn)火災(zāi)后，消防控制設(shè)備應(yīng)按防火分區(qū)在配電室或變電所切斷相關(guān)區(qū)域的非消防電源”的規(guī)定，目前地鐵消防切非設(shè)計普遍為火災(zāi)時在低壓柜內(nèi)“一刀切”。 由于地下車站設(shè)備區(qū)防火分區(qū)較多，非消防負(fù)荷容量小且分散，通常做法為非消防負(fù)荷配電箱集中設(shè)置于照配室、環(huán)控電控室內(nèi)，且切非接口設(shè)置于變電所內(nèi)，但火災(zāi)工況下，無法準(zhǔn)確做到按防火分區(qū)切非。 建議后續(xù)設(shè)計時，不同防火分區(qū)的非消防負(fù)荷集中在照配室或環(huán)控電控室內(nèi)的配電箱分母線配電，同時將切非由統(tǒng)一在變電所低壓柜內(nèi)調(diào)整為低壓柜+配電箱內(nèi)兩處結(jié)合設(shè)置，從而實現(xiàn)火災(zāi)工況下的精細(xì)控制，避免擴(kuò)大影響。 同時還應(yīng)注意如下特殊回路的切非要求。

(1)公共區(qū)照明應(yīng)采用延時切非，可以減少火災(zāi)初期，突然斷電引起的乘客恐慌。

(2)垂直電梯的電源應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場電梯歸首層反饋后再切除，避免人員困于電梯內(nèi)。

(3)二級負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥應(yīng)采用延時切非，待FAS 反饋模式給BAS，并等風(fēng)閥執(zhí)行操作完成后再切除電源，從而可避免風(fēng)閥未關(guān)閉導(dǎo)致的串煙等問題。

4 消防配電線纜選擇

目前各大城市地鐵建設(shè)中，均在不同程度壓縮規(guī)模，針對縱向電纜敷設(shè)大部分仍采用消防與非消防電纜共井敷設(shè)，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018 版)第10.1.10 條，共井敷設(shè)時消防負(fù)荷電纜應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。 但在施工中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的重載礦物絕緣電纜敷設(shè)難度大、施工工藝高且地鐵環(huán)境潮濕，根據(jù)多個地鐵項目反饋，運營多年后，礦物電纜均不同程度出現(xiàn)了絕緣材料潮濕導(dǎo)致的漏電等故障。 目前市場上柔性礦物絕緣電纜種類較多，解決了礦物絕緣電纜造價高、敷設(shè)難度大的缺點，但是沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，而隨著《額定電壓0.6/1kV 及以下云母帶礦物絕緣波紋銅護(hù)套電纜及終端》 GB/T 34926—2017 的發(fā)布，為柔性礦物絕緣電纜的選擇提供了依據(jù)，筆者參與的多個鐵路項目已開始采用。 同時根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》2019 年和2021年修訂征求意見稿中均將礦物絕緣不燃性電纜調(diào)整為A 類(不燃)電纜，兩次征求意見相較于2018版，為電纜的選型指明了方向，未來的消防負(fù)荷電纜的選擇將更加細(xì)化，根據(jù)所用環(huán)境，結(jié)合《電纜及光纜燃燒性能分級》GB 31247—2014，明確電纜的燃燒性能參數(shù)，合理選擇電纜型號。

5 結(jié)束語

地鐵作為城市公共交通的重要組成部分，電氣設(shè)計中的消防配電設(shè)計顯得尤為重要，直接關(guān)乎地鐵的安全運營和應(yīng)急救援。

本文旨在通過結(jié)合地鐵車站防火分區(qū)的設(shè)置調(diào)整電氣設(shè)備用房，從而更好地滿足消防電氣的設(shè)計，提高系統(tǒng)可靠性；同時通過優(yōu)化備用照明和疏散照明的設(shè)計，合理選擇礦物絕緣電纜，不斷完善地鐵消防配電系統(tǒng)，從而保證地鐵的安全運營。