陳 新,程 茀

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 概述

隨著中國城市化進(jìn)程的加速，軌道交通快速發(fā)展，為了解決城市交通問題，一批大型綜合交通樞紐紛紛出現(xiàn)。所謂交通樞紐通常涵蓋多種交通方式，如：鐵路、公交和地鐵等，功能復(fù)雜，人員設(shè)備密集，多采用地下大空間的建筑形式。它的這些特點(diǎn)使其防范火災(zāi)的要求更為嚴(yán)格。火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)無需贅言，而在軌道交通系統(tǒng)中，由于地下空間疏散困難，火災(zāi)的危害更為突出，長期以來，為了更好解決這一難題，發(fā)展了各種各樣的措施和技術(shù)。在這些措施和技術(shù)的基礎(chǔ)上，在天津站綜合交通樞紐工程的設(shè)計(jì)中，以節(jié)能、環(huán)保和以人為本的設(shè)計(jì)理念，通過研究、方案比選和性能化防火設(shè)計(jì)，采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)替代氣體滅火系統(tǒng)，一舉解決了大型綜合交通樞紐電氣設(shè)備房間的消防設(shè)計(jì)難題。

2 大型綜合交通樞紐的特點(diǎn)

城市綜合交通樞紐涵蓋多種交通方式，采用立體換乘模式增強(qiáng)交通便捷性，空間大、通道復(fù)雜、人員和設(shè)備高度密集，層高也較大，造成很多地下大空間區(qū)域，同普通的地鐵車站比較其電氣設(shè)備房間的容積也更大。這種特殊性就使其消防安全更加重要。

3 大型綜合交通樞紐火災(zāi)危險(xiǎn)性分析

大型綜合交通樞紐的火災(zāi)比一般地鐵火災(zāi)發(fā)生的可能性更大，尤其電氣設(shè)備房間數(shù)量多，面積差別大，火災(zāi)撲救困難，火災(zāi)復(fù)燃危險(xiǎn)性高。大型綜合交通樞紐火災(zāi)的主要特點(diǎn)如下。

(1)發(fā)生突然，難于預(yù)防。樞紐內(nèi)空間巨大，無人值守房屋多，發(fā)生火災(zāi)的時(shí)間和地點(diǎn)無法預(yù)判，及時(shí)發(fā)現(xiàn)也很難。

(2)設(shè)備多，疏散障礙多，由于建筑體量大，排煙系統(tǒng)工作負(fù)荷大，火災(zāi)時(shí)發(fā)煙量巨大，一旦濃煙不能及時(shí)排除。對人員疏散逃生和火災(zāi)撲救都將帶來很大的障礙、發(fā)生群死群傷災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)大。

(3)火勢蔓延快，地下空間排煙排熱難，產(chǎn)生高溫?zé)煔鈿饬鲗θ梭w會產(chǎn)生巨大的傷害，威脅現(xiàn)場遇險(xiǎn)和救災(zāi)人員的生命安全，同時(shí)會造成地下洞室溫度積聚后快速升高，加速發(fā)生“爆燃”的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)地下空間情況復(fù)雜、變化快，外部進(jìn)入進(jìn)行火災(zāi)撲救很困難。

4 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用在大型綜合交通樞紐中的可行性分析

4.1 國內(nèi)外已建成的地鐵設(shè)備房間消防設(shè)施現(xiàn)狀及存在問題

國內(nèi)外已運(yùn)營的地鐵的設(shè)備房間的自動滅火系統(tǒng)多采用七氟丙烷或IG541混合氣體，在天津站綜合交通樞紐項(xiàng)目建設(shè)之初，也曾考慮是否可以采用傳統(tǒng)的氣體滅火系統(tǒng)來保證樞紐設(shè)備用房消防安全，但是在已建成的地鐵建設(shè)及運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)目前采用的氣體滅火系統(tǒng)存在一些問題。具體問題如下。

(1)高壓儲氣瓶安全防范要求高，運(yùn)營檢修風(fēng)險(xiǎn)高。

(2)噴放時(shí)對管道的沖擊載荷可能破壞固定支架，帶來安全隱患；噴頭處產(chǎn)生的沖擊力及噪聲，可能造成人員恐慌，嚴(yán)重時(shí)可能造成傷亡事故，噴放后需要重裝儲氣瓶，系統(tǒng)恢復(fù)用時(shí)長。

(3)在地下工程中，土建部分投資高，可謂寸土寸金，如采用氣體滅火系統(tǒng)，氣瓶間會占用更多的面積，在設(shè)備房間很多的綜合樞紐中，這一缺點(diǎn)較普通的地鐵工程更為凸顯。

(4)維護(hù)和運(yùn)營成本高，需專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)管理。

(5)一個(gè)保護(hù)區(qū)對應(yīng)一根輸氣管線，輸氣管線多，占據(jù)大量吊頂內(nèi)空間，綜合管線排布困難。

4.2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用在大型綜合交通樞紐中的可行性分析

針對上述的氣體滅火系統(tǒng)在地鐵工程出現(xiàn)的種種問題，結(jié)合高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和大型綜合交通樞紐工程的實(shí)際特點(diǎn)，2006年，在天津站綜合交通樞紐工程的可行性研究中，首次提出了采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)替代氣體滅火系統(tǒng)的方案，并于2006年將《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用與研究》列為院級科研項(xiàng)目。2009年12月完成了該科研項(xiàng)目的全部工作并通過了鐵三院專家組的項(xiàng)目評審。2012年10月天津站綜合交通樞紐工程高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)通過了天津市消防局的驗(yàn)收。

4.2.1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是在特定的工作壓力下，采用特殊噴頭，以水為滅火介質(zhì)，噴灑細(xì)水霧進(jìn)行滅火或控火的一種固定式滅火系統(tǒng)。由于采用水為滅火介質(zhì)，更為環(huán)保同時(shí)擁有良好的滅火性能；通過控制細(xì)水霧霧滴直徑，保證良好的電絕緣性能；動力來源于柱塞泵，具備連續(xù)、重復(fù)噴放滅火能力。

其滅火機(jī)理為：汽化降溫、隔氧窒息、乳化作用、浸潤作用、洗滌作用、屏蔽作用[1-2]。

4.2.2電氣設(shè)備房間設(shè)置高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的安全性分析

安全性分析主要針對設(shè)備、人員和系統(tǒng)自身3個(gè)方面。

(1)電氣設(shè)備安全

使用水介質(zhì)來撲滅電氣設(shè)備火災(zāi)，其安全性是關(guān)注的焦點(diǎn)，國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)為評價(jià)細(xì)水霧保護(hù)電器和電子設(shè)備的可行性，廣泛開展了全尺寸的滅火實(shí)驗(yàn)，例如：針對地鐵常用的整流器，在其正常通電工作(無火災(zāi))的極端條件下，進(jìn)行高壓細(xì)水霧冷噴實(shí)驗(yàn)。噴放中抽取一個(gè)時(shí)間段觀察設(shè)備工作狀態(tài)，并在噴放后測量其絕緣電阻值。

通過這些，可以證明細(xì)水霧系統(tǒng)在滿足滅火要求的同時(shí)，對于電氣設(shè)備正常工作不產(chǎn)生影響，當(dāng)然，從測到的絕緣電阻值也可以發(fā)現(xiàn)，在噴放過程中，電阻值是在下降的，即如果噴放時(shí)間過長，產(chǎn)生水漬，對電氣設(shè)備還是存在危害，這就需要現(xiàn)場工作人員及時(shí)操作停止噴放。

(2)人員安全

高壓水經(jīng)霧化器充分霧化后，噴出的水霧如煙一般，灑水均勻，沖擊力很小，不會造成人員傷害。因此，滅火過程中，并非必須進(jìn)行人員疏散，特別適用于有人值班的場所。

(3)系統(tǒng)安全

①管道、管件采用不銹鋼材質(zhì)。

②水質(zhì)經(jīng)多級過濾，確保系統(tǒng)不會堵塞。

③卸載閥，確保管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。

④安全泄壓閥，確保系統(tǒng)管道的安全。

⑤控制方式：自動控制、手動控制和機(jī)械應(yīng)急。

⑥噴頭的性能化布置，保證滅火的同時(shí)，也充分考慮系統(tǒng)噴放對設(shè)備的影響。

4.3 技術(shù)優(yōu)勢

(1)設(shè)備占用空間小，泵房通常面積為15～20 m2，也可與樞紐消防泵房合建，不單獨(dú)占據(jù)面積，有效節(jié)約寶貴的地下建筑空間。

(2)系統(tǒng)管線數(shù)量和管徑較氣體滅火系統(tǒng)大大減少，只需一根DN25左右的干管，在管線多且復(fù)雜的樞紐工程中，大大有利于管線的排布。

(3)系統(tǒng)控制方式和工作形式多種多樣，更有利于針對不同防護(hù)區(qū)的特點(diǎn)，選用更為經(jīng)濟(jì)合理的系統(tǒng)形式。

(4)系統(tǒng)滅火介質(zhì)為水，取材方便、低廉，環(huán)保。

(5)系統(tǒng)日常維護(hù)簡單，有效降低運(yùn)營費(fèi)。

(6)在水源保證情況下，具備連續(xù)和反復(fù)工作能力，滅火能力更強(qiáng)。

(7)對防護(hù)區(qū)的空間密閉性要求低，可在敞開空間使用。

(8)可局部應(yīng)用，保護(hù)獨(dú)立的設(shè)備或設(shè)備的某一部分，也可采用全淹沒系統(tǒng)，保護(hù)整個(gè)空間。

4.4 經(jīng)濟(jì)比較

通常觀點(diǎn)認(rèn)為高壓細(xì)水霧系統(tǒng)由于設(shè)備和主材價(jià)格高，工程造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣體滅火系統(tǒng)，但是對于大型交通樞紐，由于其規(guī)模大、防護(hù)區(qū)多，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)可以采用一套泵組設(shè)備覆蓋整個(gè)樞紐，工程總造價(jià)并不高于氣體滅火系統(tǒng)，凸顯了其規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)優(yōu)勢；再考慮到遠(yuǎn)低于氣體滅火系統(tǒng)的運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)具有更低的年均成本。

5 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用

天津站換乘交通樞紐地下部分共有4層：地下一層配合市政開發(fā)為交通層；地下二層為地鐵2、3、9號線車站的站廳層；地下三層為地鐵2、9號線的站臺層和地鐵3號線的設(shè)備層；地下四層為地鐵3號線的站臺層。地鐵2號線車站為側(cè)式站臺車站，9號線采用一島兩側(cè)式站臺形式，3號線車站為島式車站。天津站交通樞紐防護(hù)區(qū)數(shù)量共有89個(gè)，布置分散，平面最遠(yuǎn)相距360多m，高度上相差12 m左右。采用氣體消防時(shí)，由于管線不能跨越軌道，若采用氣體滅火系統(tǒng)可能需要設(shè)置17個(gè)氣瓶間才能保護(hù)所有防護(hù)區(qū)，而采用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)只需1個(gè)。

5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1.1 系統(tǒng)選型

考慮細(xì)水霧滅火系統(tǒng)相對氣體滅火系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可持續(xù)控火及滅火的能力，系統(tǒng)選用泵組式細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)，在地下一層設(shè)置一套高壓細(xì)水霧泵組保護(hù)所有的滅火區(qū)域。

考慮地鐵運(yùn)營安全性的要求采用開式系統(tǒng)，每個(gè)保護(hù)區(qū)設(shè)置一套區(qū)域閥組，閥組設(shè)置于各個(gè)對應(yīng)的保護(hù)區(qū)門外，保護(hù)區(qū)內(nèi)輸水管道平時(shí)處于無水狀態(tài)。當(dāng)閥組接收到兩路獨(dú)立報(bào)警信號報(bào)警后，控制閥組發(fā)出信號，開啟水泵及相應(yīng)閥門實(shí)施滅火。該設(shè)置方式還改變了氣體滅火系統(tǒng)每個(gè)防護(hù)區(qū)都需設(shè)置一個(gè)輸氣管線的做法，只設(shè)置一根輸水干管，每個(gè)防護(hù)區(qū)從該干管接出支管，這種方式將管線數(shù)量有十多根降至一根，管徑由DN100降至DN25。

5.1.2 系統(tǒng)控制模式

系統(tǒng)設(shè)3種控制方式：自動控制、手動控制和機(jī)械應(yīng)急操作?；馂?zāi)報(bào)警控制器在接收到2個(gè)獨(dú)立的火災(zāi)復(fù)合報(bào)警信號后，延時(shí)0～30 s自動發(fā)出控制信號打開區(qū)域控制閥組，啟動高壓泵組。每個(gè)防護(hù)區(qū)門口設(shè)有啟動、停止按鈕，當(dāng)人目測確認(rèn)火災(zāi)或自動控制還未動作或失靈時(shí)，可以按下就地啟動按扭來啟動系統(tǒng)。在報(bào)警控制器發(fā)出啟動信號后的延時(shí)時(shí)間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤報(bào)警時(shí)，可按下就地停止按扭來解除啟動信號。

當(dāng)系統(tǒng)自動控制、手動緊急啟動按扭控制失靈時(shí)，可以進(jìn)行機(jī)械應(yīng)急操作，可人工打開區(qū)域控制閥組內(nèi)的手動分區(qū)控制閥，應(yīng)急啟動滅火系統(tǒng)主泵?；馂?zāi)被撲滅后，必須在控制盤手動關(guān)閉系統(tǒng)。

在消防控制中心設(shè)有高壓泵組遠(yuǎn)程啟動/停止按扭，可對高壓泵組進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動或停止操作并能顯示其啟停狀態(tài)。每個(gè)防護(hù)區(qū)的入口或附近便于觀察的地方設(shè)置聲光報(bào)警器及噴放指示燈。防護(hù)區(qū)內(nèi)所有的通風(fēng)、排煙系統(tǒng)及管道在滅火前應(yīng)能自動停止工作并關(guān)閉相應(yīng)的閥門，所有設(shè)備的動力電源及可燃?xì)庠磻?yīng)連鎖關(guān)閉。

在滅火過程完成后，系統(tǒng)應(yīng)能立即聯(lián)動相應(yīng)區(qū)域的機(jī)械通風(fēng)裝置，對高壓細(xì)水霧噴放區(qū)進(jìn)行通風(fēng)干燥，以便盡快進(jìn)行修復(fù)工作。手動操作點(diǎn)均應(yīng)設(shè)明顯的永久性標(biāo)志。

5.2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)天津站交通樞紐軌道換乘中心的工程條件，以七氟丙烷及IG541氣體滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，詳見表1。

表1 氣體滅火系統(tǒng)與細(xì)水霧滅火系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)比較

注：1.氣體每年維護(hù)費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的6%計(jì)算；2.細(xì)水霧每年維護(hù)費(fèi)按1萬元計(jì)算；3.維護(hù)按20年計(jì)算。氣體滅火劑每10年更換1次，費(fèi)用同設(shè)備費(fèi)中滅火劑的費(fèi)用。

由表1可以看出，在滅火設(shè)備的造價(jià)方面，氣體滅火系統(tǒng)高于高壓細(xì)水霧系統(tǒng)；在土建造價(jià)方面，按每平米造價(jià)1萬元計(jì)算，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)為20萬元，遠(yuǎn)低于氣體滅火系統(tǒng)的127.5萬元；在維護(hù)費(fèi)用方面，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)遠(yuǎn)低于氣體滅火系統(tǒng)，僅為氣體滅火系統(tǒng)的4‰。

從以上分析可以看出，在總造價(jià)上，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)要低于其他氣體滅火系統(tǒng)，特別是從長期使用的角度來看，具有很高的使用價(jià)值和很低的年均成本。

6 結(jié)論與探討

通過分析大型綜合交通樞紐的工程特點(diǎn)、火災(zāi)危險(xiǎn)性和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，并結(jié)合天津站綜合交通樞紐工程的實(shí)例分析，可以發(fā)現(xiàn)高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)極其適合應(yīng)用到大型綜合交通樞紐工程中，符合我國在新時(shí)期軌道交通建設(shè)中對節(jié)能、低碳、環(huán)保的要求，既可節(jié)約大量的工程投資和運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，又可提高滅火系統(tǒng)的可靠性和火災(zāi)安全性，在大型綜合交通樞紐工程中有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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