魏晨光
(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)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(chē)站安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng),成為城市發(fā)展的重中之重。2014年頒布實(shí)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(jiǎn)稱(chēng)《消規(guī)》)對(duì)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(shí)施的GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》沒(méi)有相關(guān)的要求描述,導(dǎo)致各地設(shè)計(jì)者對(duì)新要求的理解不同,產(chǎn)生了各類(lèi)不同設(shè)計(jì),而這些設(shè)計(jì)是否均能滿(mǎn)足《消規(guī)》要求,同時(shí)做到節(jié)能降費(fèi),尚需研究分析。本文將根據(jù)對(duì)《消規(guī)》的理解,結(jié)合各地設(shè)計(jì)做法進(jìn)行探究,以給出最佳設(shè)計(jì)方案。
2014年之前,既有的地下車(chē)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(shí),通過(guò)室外水泵接合器,由消防車(chē)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(jì)是圍繞著水泵接合器展開(kāi)的,每個(gè)水泵接合器周?chē)?5~40 m范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)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(duì)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(chē)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(jì)較為簡(jiǎn)單易行。
《消規(guī)》 3.3.2建筑物室外消火栓設(shè)計(jì)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(shí)際使用情況分析:室外消火栓的使用具有專(zhuān)一性,即只有消防車(chē)、消防人員到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)前,現(xiàn)場(chǎng)接受過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的人員可打開(kāi)室內(nèi)消火栓進(jìn)行滅火作業(yè))完全不同。車(chē)站出入口是消防隊(duì)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(kāi)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。可見(jiàn),在每個(gè)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(shí),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(shí)應(yīng)采用環(huán)狀管網(wǎng)。根據(jù)該規(guī)范要求,地下車(chē)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(chē)站周邊通常都是建筑、人流密集的區(qū)域,火災(zāi)時(shí)室外消火栓滅火、阻止火勢(shì)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。 針對(duì)上述要求,筆者結(jié)合我國(guó)地鐵工程實(shí)際情況,根據(jù)不同市政供水條件,對(duì)地下車(chē)站室外消火栓設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比選。 當(dāng)?shù)叵萝?chē)站位于城市的核心區(qū)域時(shí),車(chē)站周邊的市政供水條件往往比較充沛,出入口周邊存在滿(mǎn)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(chē)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(jiǎn)單,但適用的條件苛刻(各出入口周邊均滿(mǎn)足可環(huán)狀管網(wǎng)上接管的車(chē)站較少),同時(shí)城市核心區(qū)域多為大型換乘站,出入口數(shù)量較多,會(huì)產(chǎn)生多個(gè)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?chē)站滿(mǎn)足雙路市政供水但所接管段非環(huán)狀時(shí)(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(jiàn)《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(shí)有以下方案: (1) 南京地鐵3號(hào)線的設(shè)計(jì)者提出了一個(gè)“出入口室外消火栓”的概念,在車(chē)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(mǎn)足規(guī)范對(duì)于室外消火栓作為消防電梯前室消火栓的作用,但由于無(wú)法為水泵接合器供水,車(chē)站室外仍保留了以往設(shè)計(jì)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(guò)兩種室外消火栓來(lái)滿(mǎn)足使用要求。其僅需在以往設(shè)計(jì)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(gè)重大的安全隱患,由于“出入口室外消火栓”無(wú)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(shí)消防人員更是難于區(qū)分,一旦誤用延誤了滅火時(shí)間,其造成的損失不可估計(jì)。筆者分析,可能是由于南京地鐵3號(hào)線在《消規(guī)》實(shí)施前已完成設(shè)計(jì)并已開(kāi)始施工,在盡可能少改動(dòng)既有設(shè)計(jì)的情況下設(shè)計(jì)了這個(gè)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(jì)中使用。 圖2 方案2示意圖 (2) 由兩路供水管引水在車(chē)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(chē)站會(huì)帶來(lái)較大難題。不同于地面及高架站,地下車(chē)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(shì)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(chē)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(guò)出入口或風(fēng)井等引入站內(nèi)向環(huán)網(wǎng)供水,再?gòu)沫h(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(mǎn)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(gè)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(yáng)地鐵1、2號(hào)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(shí)仍可滿(mǎn)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(shí)滿(mǎn)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(gè)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(jiǎn)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(hào)線工程初步設(shè)計(jì)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(mǎn)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。 《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(hù)引入管,且室外消火栓設(shè)計(jì)流量大于20 L/s,應(yīng)設(shè)置消防水池。可見(jiàn)此供水條件下,地下車(chē)站必須設(shè)置消防水池。 由于《消規(guī)》頒布后中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)及各設(shè)計(jì)單位對(duì)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(guó)中元國(guó)際工程公司曾回復(fù),原則上軌道交通車(chē)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(shí)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(guó)目前主要的設(shè)計(jì)方案如下: (1)采用獨(dú)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(hào)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(lài)單路市政供水,其消防安全性無(wú)法保障。此方案雖簡(jiǎn)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?jī)?nèi)設(shè)置滿(mǎn)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(shí)由市政給水管上接出2個(gè)室外消火栓為車(chē)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(gè)較大問(wèn)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(jì)流量下,流速與管徑選擇成反比,50 L/s的流量會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)流速過(guò)高,達(dá)到2.95 m/s,超出了《建筑設(shè)計(jì)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(guò)高的流速對(duì)管道接口、閥門(mén)的耐壓要求非常高。因此,該方案在臨時(shí)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?jī)?nèi)設(shè)置獨(dú)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(chē)站站廳層吊頂內(nèi)的獨(dú)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(dú)立。具體如圖9所示。該方案滿(mǎn)足消防要求,供水可靠性高,但管網(wǎng)有些復(fù)雜,造價(jià)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(mǎn)足15~40 m的要求,以便于站內(nèi)室外消防泵無(wú)法啟用時(shí)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?jī)?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(chē)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(wèn)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(chē)站站臺(tái)層低),為滿(mǎn)足室外消火栓壓力要求,站臺(tái)及區(qū)間消火栓存在超壓風(fēng)險(xiǎn),且管網(wǎng)靜水壓力減壓較困難,一旦爆管,對(duì)運(yùn)營(yíng)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(jià)控制較為嚴(yán)格的工程亦可選用。 本文通過(guò)對(duì)《消規(guī)》中關(guān)于地鐵地下車(chē)站室外消火栓系統(tǒng)要求的理解,結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際工程設(shè)計(jì)情況,對(duì)不同市政供水條件下的室外消防設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述分析,得到以下結(jié)論:在滿(mǎn)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(dú)立的室外消火栓管網(wǎng)系統(tǒng)方案最佳。建議《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》再版時(shí),補(bǔ)充對(duì)地下車(chē)站室外消火栓系統(tǒng)的設(shè)置作用、設(shè)計(jì)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。3 現(xiàn)行要求下的設(shè)計(jì)方案比選
3.1 雙路市政供水水源
3.2 單路市政供水水源
4 結(jié)語(yǔ)