地下铁路车站水消防系统安全设计分析_张启伟.pdf

552023.06|建筑设计引言随着我国城市交通的快速发展，高速铁路成为连接各城市的一条靓丽风景线，也成为展示我国强劲国力的一面旗帜。地下铁路车站开发难度大、施工成本高，但近些年一些城际铁路车站为了顺接地铁轨道线路，以更好地实现多线换乘，而选择地下铁路车站1。国家对公共区域的防灾尤其是火灾的情况日益重视，水消防系统对扑灭初期火灾的作用显著，所以水消防系统安全设计在整个车站建设中意义重大。本文通过分析地下铁路车站火灾特点和消防系统存在的问题，并以新航城地下铁路车站为例分析水消防系统设计要点和难点，为地下铁路车站水消防系统安全设计提供建设性思路。1 地下车站火灾特点和消防系统存在的问题地下车站系统相对封闭，一旦发生火灾，其避难和扑救的难度远大于地面，地下车站火灾特点和造成地下疏散困难的主要因素如下2。1.1 消防扑救难度大根据李绍宁介绍，地下车站火灾形成时，温度升高快，热辐射强度大，火势蔓延迅速，并且由于气体不流畅而造成浓烟聚集，使室内能见度降低；而且场地狭小，地上地下不能密切配合，外部消防车辆与人员不易直接到达起火部位3。1.2 安全疏散困难地下建筑与室外连接通道较少，发生火灾时易导致新鲜空气补给不足，使乘客发生缺氧现象，并且浓烟和热气易造成人群恐慌，降低人们对安全疏散照明的判断与思考能力。在热压和风压的作用下，与外部空间连通的楼梯间、出入口、风道等孔洞易成为火灾传播的主要途径，并且一些安全出口通道比较狭长，使乘客的安全疏散难上加难。1.3 消防系统设计不完善为预防地下车站火灾，完善的消防系统很重要，主要包括以下几方面。（1）建筑构造要合理，设计上要预留安全有效的避难空间和路径简单快捷的逃生出口4-5。现在车站的一体化开发越来越多，投资方为了节省用地，增加商业价值，选用特殊消防性能化评估通过审核，但是安全出口及楼梯口位置并不是最快捷的逃生出口。（2）应建立可靠安全的疏散指示系统6，包括有效的安全指示牌、明显的引导标识、简单便捷的路线指引。例如，典型的韩国大邱地铁发生火灾后断电造成漆黑一片，紧急照明灯和出口指引灯都没有亮，不利于快捷疏散，而地下车站地面和吊顶各种标识杂乱无章。故建议逃生疏散标识颜色及形状大小应该明显与其他路标有所差异，方便逃生人员快速判断。（3）应具有有效的报警、消防给水、防排烟等灭火联动系统，一些智能报警系统需要定时查看，韩国大邱地铁站火灾时水消防的喷淋设施、通风防烟系统形同虚设7。设计人要有设计最终要应用的理念，而且一些智能报警系统及水消防系统的阀门位置要合理实用，不能仅限于满足规范。2 新航城地下铁路车站水消防系统设计案例分析2.1 工程概况及站型特点新航城站铁路建筑工程包括铁路枢纽工程和一体化开发工程，车站区域划分如图 1 所示。铁路枢纽工程分为地下部分三层和地上一层，其中地下三层为车站站台层；地下二层两侧为设备区；地下二层与地下一层中间为不可分割的空间，分别设候车厅、出站厅与集散厅，北侧与地铁平层换乘；地上一层为车站进出口，具体功能划分如图 2 所示。根据张东见介绍，站房首层地面标高与站台层标高可以将站房分为三大类：线平式站房首层与站台层地面高程基本相差不大；线下式站房首层地面高程低于站台地面高程；线上式站房地面高程高于站台地面高程8。由图 2 所示车站剖面图可知，此站为线上式。地下铁路车站水消防系统安全设计分析张启伟1 通讯作者史鹏飞2张亚琦1魏胜1/1北京市市政工程设计研究总院有限公司轨道交通与地下空间院北京100082；2北京市市政工程设计研究总院有限公司水资源与环境院北京100082摘要：随着高速铁路的快速发展，地下铁路车站的消防安全备受重视，水消防系统对扑灭车站初期火灾作用显著。通过分析地下铁路车站火灾特点和消防系统存在的问题，并以新航城地下铁路车站为例分析消火栓及喷淋系统设计要点和难点，为地下铁路车站水消防系统安全设计提供建设性思路。在进行水消防系统安全设计时，首先应掌握整个建筑规模及构造特点，然后确定水消防安全系统设计要点，如水消防系统的选择、消防用水量确定及消防水池的设置难点、消防管线路由的优化等方面，综合考量后选择较优设计方案。当发生火灾时，确保水消防系统可以快速、准确地作用到火灾场地，使照明、配电、机械排烟等设施的损坏程度最小，最终实现乘客的安全疏散。关键词：地下铁路车站；消火栓系统；自动喷水灭火系统；消防水池；管线路由图 1车站区域划分示意图图 2车站剖面示意图56|CHINA HOUSING FACILITIES建筑设计2.2 水消防系统设计要点该项目属于市政单路供水，根据消火栓给水及消火栓系统技术规范（GB 509742014）后称消水规）规定，需设置消防专用水池，由市政引入一路 DN200 的给水管供水9。根据此车站的站型特点，并综合考虑建筑专业房间布局，消防水泵房和消防水池宜设在地下一层的右侧设备层，满足消水规中强制条款“附设在建筑物内的消防水泵房，不应设置在地下三层及以下，或室内地面与室外出入口地坪高差大于 10m 的地下楼层”和“消防水池应设置取水口（井），且吸水高度不应大于 6.0m”，消防水箱及稳压设备设在顶层的设备区夹层，满足最不利点处灭火设施的静水压力。新航城站水消防系统主要包括室外消火栓系统、室内消火栓系统及自动喷水灭火系统。为了方便乘客快速疏散，在站台层不设置自动喷水灭火系统；为了快速扑灭初期火灾，在站台层两端增加移动高压水喷雾装置。室内消防干管主要敷设在候车厅吊顶和设备区吊顶内。水消防系统主要概况见表 1。表 1水消防系统主要概况消防系统名称消防水源供水设施给水形式设置位置室内消火栓系统消防水池室内消防泵、高位消防水箱、稳压泵、水泵接合器临时高压制车站所有室内区域室外消火栓系统消防水池室外消防泵、高位消防水箱、稳压泵、水泵接合器临时高压制车站外侧自动喷水灭火系统消防水池喷淋水泵、高位消防水箱、稳压泵、水泵接合器临时高压制除站台层的室内区域移动高压水喷雾装置站台两端2.3 水消防系统设计难点2.3.1 消防水量计算本项目按同一时间发生一次火灾计，铁路车站与地上二级开发共用消防给水系统。选择消防用水量标准时本项目需要注意，消水规 中不同规模地下建筑对应的消火栓设计流量不同，由于本项目属于地下车站，按照 地铁设计规范（GB 501572013）中“地下车站的室内消火栓设计流量不应小于 20L/s”，室内消火栓系统消防用水量标准选用 20L/s。根据下列计算公式计算得出一次灭火用水量为 576 m3，即 =nVVV1iiiiitq6.3；其中，V 为消防给水一起火灾灭火用水总量（m3）；n 为建筑需要同时作用的水灭火系统数量；Vi为某水灭火系统消防给水一起火灾灭火用水量（m3）；qi为某水灭火系统的消防设计流量（L/s）；ti为某水灭火系统的火灾延续时间（h）。其消防用水量标准及一次灭火用水量见表 2。表 2消防用水量标准及一次灭火用水量消防系统名称消防用水量标准（L/s）火灾延续时间（h）一次灭火用水量（m3）备注室内消火栓系统202144由消防水池供室外消火栓系统402288由消防水池供自动喷水灭火系统401144由消防水池供合计576最大同时作用2.3.2 消防水池的选择水池储存室内室外消防用水量 576m3，根据消水规中“消防水池的总蓄水有效容积大于 500m3时，宜设两格能独立使用的消防水池”，所以消防水池分为独立的两格；并且消水规中明确“每格（每座）消防水池应设置独立的出水管，并应设置满足最低有效水位的连通管”。设置两格消防水池时，吸水方式的选择很重要，常用的有消防水池共用吸水管和消防水池多条吸水管两种吸水方式，如图 3 所示。这两种方式各有优缺点，共用吸水管管线连接简单、阀门较少，运行中可降低检修频率，但供水安全性相对较差；独立吸水管管线复杂，检修困难，但从图 3（b）可以看出两台消火栓泵分别从两根独立的吸水管吸水，在一根吸水管发生故障时，不会影响另一台消火栓泵使用，所以其供水安全性较强。本项目有较完善的运营检修平台，所以选择独立吸水管的吸水方式，屋面设 36.0m3的消防水箱一座，水箱间内设置消火栓、自喷稳压设备各一套。2.3.3 消防主管线布置的优化措施此站站房东西长度约 380m，同时地上一层及以上的室内空间被中间候车厅分割为东西两部分。此站在地下一层东侧设备区内设置消防水池及泵房，造成西侧消防和喷淋管线的作用距离过长，若和东侧共用消防主管线，会造成沿程损失过大，西侧末端消防设施静水压力不足。并且若共用消防主管，东侧检修时会降低西侧消防供水安全性。为了保证消防供水安全，从东侧消防泵房单独接出喷淋和消火栓主管供西侧消防用水。考虑到负一层吊顶空间有限，采用在地下一层候车厅外的室外部分开挖一条综合管沟，综合管沟位置如图 3 所示。内设西侧站房及一体化开发区所需的消防、喷淋、热给水、供热、电力等其他专业管线，这个措施简化了管线路由，提高了消防供水安全性，并且为后续检修提供了方便。（a）（b）图 3 消防水池吸水常用图示（a）消防水池共用吸水管（b）消防水池多条吸水管572023.06|建筑设计为了方便划分运营管理界面与管道维护检修，消火栓及喷淋管道采用分区成环布置。消防管道在负一层东西侧吊顶内分别成环，每个区域尽可能中间部位设置两组主立管向上下贯穿楼层供水，每区每层再以此主立管为供水源接出支管成环布置。由于站型较复杂，喷淋管道在敷设上也有一定难度，主要分为四个区域，具体如图 4 所示地上东、西一体化办公区域和地下东、西两侧两区域。根据自动喷水灭火系统设计规范（GB 50084-2017），湿式系统、预作用系统连接喷头数不宜超过800 只，在东侧地下设备区消防设备室内放置一组预作用报警阀组控制地下一、二层的车库，设置两组湿式报警阀分别控制东侧地下一、二层设备区和候车厅区域10；西侧地下区域的消防设备室内设置两组预作用报警阀组，设置分别控制地下一、二层地下车库，一组湿式报警阀控制其他区域；地上东、西两侧消防设备间分别设置相应的报警阀组，控制一体化开发区域自喷系统，如图 5 所示。此消防供水方式，不仅大大降低断水风险，而且有利于运营商分区域管理与后期检修。3 结语与展望（1）地下车站系统封闭，消防扑救难度大，消防系统存在建筑结构不合理、疏散指示系统杂乱和消防给水及防排烟等灭火联动系统启动困难等问题。建立完善的水消防系统可以有效遏制地下车站的初期火灾。（2）进行地下车站水消防系统安全设计时，首先根据车站站型规模及特点，确定水消防系统组成形式，合理规划消防水池及消防泵房位置。根据规范选择各水消防系统合适的消防用水量标准，计算消防用水量，确定消防水池单双格形式及消防水池吸水方式。为了保证消防供水安全，可以通过建造综合管沟等技术放置管线，简化消防主管线路由，提高供水安全性；为了方便运营界面划分及维修，消防主管线可分区成环布置，运营界面之间设置关断阀门。（3）随着物联网、大数据等信息技术的深入应用，现代消防必然走向智能化、智慧化11-12。建筑局部发生火灾时，消防系统可以快速准确地作用于火灾区域，最大限度地降低电气照明、排烟设备等的损坏，使乘客快捷安全疏散。图 4车站平面俯视图图 5喷淋系统示意图参考文献1 王修华,张云娇,程婕.铁路在综合交通枢纽城市中的战略作用研究 J.铁道勘察,2019,45(3):75-77.2 赵波.城市地下空间火灾风险及应对措施探析 J.今日消防,2021,6(5):74-76.3 李绍宁.地下建筑火灾的处置要点及注意事项 J.武警学院学报,2020,36(8):33-36.4 公安部天津消防研究所.建筑设计防火规范:GB500162014S.北京:中国计划出版社,2014.5 北京城建设计研究总院有限责任公司.地铁设计规范:GB501572013S.北京:中国建筑工业出版社,2013.6 卜雪民,顾满.基于消防安全的高铁站房火灾应急预案编制 J.消防界(电子版),2020,6(22):77-78.7 黄丹.探析轨道交通控制中心给排水和消防系统 J.智能城市,2018,4(3):57.8 张东见.高铁车站给排水设计案例分析以宁波火车南站为例 J.给水排水,2017,53(12):82-88.9 中国中元国际工程公司.消防给水及消火栓系统技术规范:GB509742014S.北京:中国计划出版社,2014.10 公安部天津消防研究所.自动喷水灭火系统设计规范:GB500842017S.北京:中国计划出版社,2018.11 邵琳.消防安防云智慧技术在建筑消防系统中的应用 J.今日消防,2021,6(2):12-13.12 程超,黄晓家,谢水波,等.智慧城市与智慧消防的发展与未来 J.消防科学与技术,2018,37(6):841-844.