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        新建設(shè)模式下軌道交通工程消防給水系統(tǒng)設(shè)計

        2021-07-20 03:06:06
        都市快軌交通 2021年3期
        關(guān)鍵詞:消火栓水箱市政

        江 琴

        (北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京 100034)

        隨著城軌交通的發(fā)展及集約用地的需求,深埋車站、城軌與高鐵、機(jī)場GTC大樓結(jié)合的大型樞紐站,與商業(yè)結(jié)合的站城一體化車站,多線換乘車站、車輛段上蓋 TOD開發(fā)項目等大型綜合體項目,以一種嶄新的建設(shè)模式在國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展。各種綜合體項目體量龐大、功能復(fù)雜,一旦發(fā)生火災(zāi),影響范圍大,但國內(nèi)尚無針對性的消防設(shè)計規(guī)范,形式比較嚴(yán)峻。通過對實(shí)際工程的不斷探索,針對軌道交通消防給水系統(tǒng)新的建設(shè)模式進(jìn)行創(chuàng)新,構(gòu)建了嶄新的具有軌道交通特色的新型消防給水系統(tǒng),并在相應(yīng)的工程中得到廣泛應(yīng)用,為地鐵相關(guān)設(shè)計規(guī)范的編制和修訂提供依據(jù)。

        1 深埋車站消防給水系統(tǒng)設(shè)計

        受地勢條件影響,深埋車站也成為重慶地鐵的一個重要特點(diǎn)。自2003年韓國大邱地鐵火災(zāi)后,重慶地下車站除設(shè)置消火栓系統(tǒng)外,同時在車站站臺層也設(shè)置了自動噴水滅火系統(tǒng),室內(nèi)外全部消防系統(tǒng)設(shè)計流量為80 L/s。大部分車站的市政自來水均能從環(huán)狀管網(wǎng)獲得兩路供水水源,但市政管網(wǎng)的供水量不能滿足車站消防設(shè)計總量要求;市政供水壓力能否滿足車站消火栓及噴淋系統(tǒng)要求,與車站地勢條件和市政自來水廠的相對位置有關(guān)。

        針對深埋車站,地下車站消防給水系統(tǒng)采用了以常高壓系統(tǒng)為主的設(shè)計指導(dǎo)思想,充分利用車站埋深形成靜壓及市政供水條件;車站消火栓及噴淋系統(tǒng)分別采用市政及室外消防水池直接供水的常高壓系統(tǒng)和消防水池消防泵加壓供水的組合方式,以應(yīng)對市政供水能力不滿足消防用水總量要求的供水條件;同時減少消防水池有效容積及消防泵的配置,節(jié)省工程投資。這不失為一種全新的軌道交通消防給水系統(tǒng)設(shè)計理念。

        10號線二期工程七星崗站站廳覆土56~65 m,車站埋深較深,整體采用暗挖法施工。車站消防水源由市政兩路環(huán)狀供水管網(wǎng)供給,市政供水量不滿足室內(nèi)外消火栓及噴淋系統(tǒng)同時使用的要求,但市政供水壓力滿足除地鐵出入口外車站其他場所消火栓及噴淋系統(tǒng)的使用要求。該站在地面設(shè)置消防水池和消防泵房,消防水池有效容積144 m3,儲存2 h室內(nèi)消火栓系統(tǒng)流量[1],出入口消火栓系統(tǒng)由消防泵從消防水池抽水加壓供給,站廳、站臺及區(qū)間消火栓系統(tǒng)由消防水池直接供給,車站室外消火栓系統(tǒng)及自動噴水滅火系統(tǒng)由市政自來水直接供給,具體如圖1所示。

        圖1 七星崗站消防給水系統(tǒng)設(shè)計原理Figure 1 Design schematic of fire water supply system at Qixinggang Station

        2 地下車站消防給水系統(tǒng)設(shè)計

        地下車站一般在道路下方設(shè)置,地面除出入口和風(fēng)亭外,無其他建筑設(shè)施,消防給水系統(tǒng)設(shè)計高位水箱較為困難;而高架車站屋面一般采用輕鋼結(jié)構(gòu)工程,基本無設(shè)置高位水箱的條件。

        現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定:地面和高架車站采用消防水泵加壓供水的消火栓給水系統(tǒng),應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓裝置和氣壓設(shè)備,可不設(shè)高位水箱,室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)的穩(wěn)壓罐的有效容積均不小于150 L[2]。既有工程地面和高架車站消防給水系統(tǒng)均未設(shè)置高位水箱,系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)按照《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求執(zhí)行。地下車站消火栓及噴淋系統(tǒng)是否設(shè)置高位水箱,在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中暫無明確規(guī)定。在實(shí)際工程中,地下車站消火栓系統(tǒng)延續(xù)了既有工程的習(xí)慣做法,未設(shè)置高位水箱。當(dāng)車站設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)時,可在室外地面設(shè)置高位水箱,以滿足噴淋系統(tǒng)前10 min的供水要求。然而,室外高位水箱的設(shè)置對占地和景觀均造成影響。為解決嚴(yán)寒地區(qū)高位水箱的冬季保溫問題,需設(shè)置高位水箱間,并增設(shè)采暖設(shè)施。綜合考慮地鐵實(shí)際因素,在保證消防給水系統(tǒng)安全性的前提下,地下車站消防給水系統(tǒng)在保證前10 min消防流量高位水箱的設(shè)置上,提出了兩種新的設(shè)計理念。

        2.1 利用市政自來水穩(wěn)壓替代高位水箱

        《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.2.2條規(guī)定:高位消防水箱的設(shè)置位置應(yīng)高于其所服務(wù)的水滅火設(shè)施,且最低有效水位應(yīng)滿足水滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的靜水壓力,其中多層公共建筑不應(yīng)低于0.07 MPa,自動噴水滅火系統(tǒng)最小不應(yīng)小于 0.10 MPa。第 6.1.9條第3款規(guī)定:當(dāng)市政供水管網(wǎng)的供水能力在滿足生產(chǎn)、生活最大小時用水量后,仍能滿足初期火災(zāi)所需的消防流量和壓力時,市政直接供水可替代高位消防水箱[3]。

        國內(nèi)大部分城市市政最低供水保障壓力不小于0.14~0.2 MPa,地下車站最不利點(diǎn)的消火栓一般位于出入口通道第一級臺階處,市政供水壓力可滿足最不利消火栓靜水壓力大于7 m的要求,也可滿足站廳噴淋最不利噴頭靜水壓力大于10 m的要求,市政管網(wǎng)供水能力完全滿足初期火災(zāi)消防流量要求。因此,采用市政自來水進(jìn)行穩(wěn)壓替代高位水箱的設(shè)計方案,符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

        杭州地鐵3號線某地下車站消防水源由市政環(huán)狀管網(wǎng)接出兩根DN200給水管供給,市政供水壓力最低保障壓力為 0.2 MPa,車站消火栓系統(tǒng)從市政管網(wǎng)直接加壓供給,系統(tǒng)設(shè)置消防泵和穩(wěn)壓泵組。在消防引入管上設(shè)置一根市政超越管,與消防水泵加壓后的管道連接;在該管道上設(shè)置流量開關(guān),動作流量為2.5 L/s;在消防水泵出水管上,設(shè)置兩組壓力開關(guān)(互為備用),以保證消防泵同時具備流量開關(guān)和壓力開關(guān)的啟泵功能。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上增加了市政超越管及流量開關(guān),提高了消防系統(tǒng)安全性,具體方案如圖2所示。

        圖2 市政超越管設(shè)置Figure 2 Schematic of municipal overtake pipe setting

        2.2 噴淋系統(tǒng)高位水箱與消防水池合并設(shè)置

        現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第10.3.3條規(guī)定:采用臨時高壓給水系統(tǒng)的自動噴水滅火系統(tǒng),不設(shè)置高位消防水箱時,氣壓供水設(shè)備的有效水容積,應(yīng)按系統(tǒng)最不利處4只噴頭在最低工作壓力下的5 min用水量確定[4]。若按這個要求,地鐵噴淋系統(tǒng)氣壓罐的有效容積將達(dá)到1 600 L;氣壓罐體量大,在地下車站布置及運(yùn)輸都較困難,實(shí)施難度大。

        當(dāng)高位水箱設(shè)置高度高于車站站廳或站臺噴頭高度時,高位水箱的設(shè)置滿足規(guī)范要求。當(dāng)車站室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)已在室外設(shè)置埋地消防水池時,消防水池池底高于車站噴頭高度,在消防水池內(nèi)疊加18 m3高位水箱的有效水容積,采用高位水箱與消防水池合建的方案,可解決室外設(shè)置高位水箱的占地、景觀及冬季保溫等問題。

        長春地鐵某車站在出入口附近地坪以下設(shè)置了消防水池和消防泵房,消防水池與高位水箱合建,有效容積為270 m3,其中室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)用水量為252 m3,高位水箱的有效容積為18 m3,消防水池上部為高位水箱的有效容積,消防泵房內(nèi)設(shè)置消防泵及增壓穩(wěn)壓設(shè)施。噴淋及消火栓系統(tǒng)初期火災(zāi)及火災(zāi)設(shè)計流量均由消防水池兼高位水箱提供,具體方案如圖3所示。

        圖3 消防水池與高位水箱合設(shè)系統(tǒng)Figure 3 Outdoor fire water supply system design

        筆者認(rèn)為,當(dāng)市政供水為雙水源環(huán)狀供水時,其供水壓力可滿足最不利點(diǎn)噴頭0.1 MPa靜壓;當(dāng)市政供水能力滿足噴淋和消火栓系統(tǒng)初期火災(zāi)流量要求時,噴淋系統(tǒng)也可采用市政自來水穩(wěn)壓的供水方式。

        3 交通樞紐站消防給水系統(tǒng)設(shè)計

        自2009年北京地鐵4號線北京南站樞紐站開通運(yùn)營以來,地鐵與高鐵、機(jī)場合建的大型交通樞紐站越來越多,代表性車站有北京大興機(jī)場站、清河站、星火站,以及杭州蕭山機(jī)場站和南寧吳圩機(jī)場站等。樞紐工程建筑體量大,不同交通功能的建筑在平面和豎向空間相互交叉,設(shè)計邊界模糊,國內(nèi)規(guī)范消防設(shè)計依據(jù)匱乏,綜合體地下車站的消防給水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及方案尚無統(tǒng)一定論。

        早期北京南站地鐵站廳與高鐵站共用大廳,車站設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng),在站廳和站臺設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng),室內(nèi)消火栓系統(tǒng)按地下車站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)20 L/s設(shè)計,噴淋系統(tǒng)按中危Ⅱ級設(shè)計。大興機(jī)場站采用與北京南站相同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),而近期設(shè)計的清河站交通樞紐和星火站在特殊消防設(shè)計結(jié)論中均保留了站廳噴淋系統(tǒng),取消了車站站臺噴淋系統(tǒng)。

        北京地鐵 3號線朝陽綜合交通樞紐總用地面積5.4 hm2,地上2層為公交停車樓,地下2層為樞紐換乘大廳,地下3層和4層為地鐵 M3線和 R4線星火站。地鐵與樞紐大廳通過開敞空間上下連通,通過樞紐大廳分別與京沈高鐵北京朝陽站和公交站進(jìn)行換乘,樞紐大廳、地鐵站廳和站臺劃分為同一個防火分區(qū),具體如圖4所示。

        圖4 朝陽站交通樞紐工程剖面Figure 4 Cross section of Chaoyang Station Transportation Hub

        地鐵工程除室外消防給水系統(tǒng)由樞紐統(tǒng)一設(shè)計外,室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)與樞紐工程完全分開獨(dú)立設(shè)計。按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求,地鐵室內(nèi)和室外消火栓系統(tǒng)取20 L/s進(jìn)行設(shè)計。地鐵僅在站廳公共區(qū)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng),噴淋系統(tǒng)按中危Ⅱ級進(jìn)行設(shè)計;在地鐵與樞紐連通口部的地鐵站廳層,設(shè)置大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng),設(shè)計流量為20 L/s。

        對近幾年樞紐工程消防給水系統(tǒng)設(shè)計方案的研究發(fā)現(xiàn),對于樞紐工程不同功能分區(qū)的建筑室內(nèi)外消火栓系統(tǒng),設(shè)計參數(shù)分別按照相應(yīng)行業(yè)國家規(guī)范的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值。但筆者認(rèn)為,此種方式僅適合于不同功能建筑消防給水系統(tǒng)相互獨(dú)立設(shè)置的情況。當(dāng)樞紐綜合體采用一套消防給水系統(tǒng),且樞紐之間不同單體防火分區(qū)及疏散區(qū)域不能完全分開時,室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的用水量應(yīng)根據(jù)不同功能,取綜合體建筑總體積的最大設(shè)計流量作為綜合體消防設(shè)計流量。關(guān)于噴淋系統(tǒng)設(shè)置范圍的問題,筆者認(rèn)為車站站廳、站臺劃分為一個防火分區(qū),在站廳已設(shè)置噴淋的前提條件下,站臺增設(shè)噴淋的難度不大,投資增加不多。站臺增設(shè)噴淋系統(tǒng)將有效控制站臺的初期火災(zāi),對減小地鐵火災(zāi)蔓延及提高綜合樞紐的整體消防安全性有著積極意義。

        4 帶蓋開發(fā)車輛段消防給水系統(tǒng)設(shè)計

        北京地鐵 10號線五路停車場上蓋開發(fā)成功的案例得到了軌道交通行業(yè)的普遍認(rèn)可,目前新建工程軌道交通車輛段已普遍按上蓋開發(fā)進(jìn)行設(shè)計。上蓋開發(fā)功能一般為住宅、學(xué)校、商業(yè)、停車庫等,也有部分項目蓋板上方為綠地或公園。受規(guī)劃條件限制,帶蓋開發(fā)車輛段有全地下、半地下和地面等3種形式。

        車輛段和上蓋開發(fā)項目以車輛段蓋板為界,形成大型綜合體,功能復(fù)雜,一旦出現(xiàn)火災(zāi)相互干擾,影響較大,消防設(shè)計無相應(yīng)規(guī)范可遵循,設(shè)計難度大。

        成都地鐵5號線回龍停車場與11號線停車場共址建設(shè),項目用地面積36.87 hm2,蓋下共有3個單體建筑,為運(yùn)用庫、材料庫、工程車庫及材料棚。運(yùn)用庫進(jìn)行上蓋開發(fā),咽喉區(qū)上蓋屋頂綠化,為地上車輛段。蓋下運(yùn)用庫、材料庫設(shè)置自噴系統(tǒng)和室內(nèi)消火栓系統(tǒng),工程車庫設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng),沿消防車道設(shè)置室外消火栓系統(tǒng),具體如圖5所示。

        圖5 回龍停車場總平面Figure 5 General plan of Huilong parking lot

        4.1 消防給水系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)確定

        蓋下各單體建筑的室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù),應(yīng)根據(jù)車輛段的形式分別取值。對于地面車輛段,單體建筑應(yīng)根據(jù)建筑定性,按地上建筑消防用水量取值;對于半地下和全地下車輛段,位于地下部分的單體建筑應(yīng)按地下建筑消防用水量取值。

        4.2 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置范圍

        根據(jù)《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》第7.4.1條要求,建筑面積大于6 000 m2的地下、半地下和上蓋設(shè)置了其他功能建筑的停車庫、列檢庫、停車列檢庫、運(yùn)用庫、聯(lián)合檢修庫,應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。

        目前車輛段除以上單體建筑外,蓋下物資庫等丙類倉庫根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的要求,也設(shè)置了自動噴水滅火系統(tǒng)。蓋下的工程車庫是否設(shè)置噴淋系統(tǒng)沒有定論。筆者認(rèn)為,工程車庫為丙類廠房,建筑整體消防設(shè)計要求較高,與建筑消防設(shè)計相匹配,工程車庫宜設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

        4.3 咽喉區(qū)消防給水設(shè)計

        咽喉區(qū)周圍設(shè)置消防車道,咽喉區(qū)消防是否按區(qū)間消防進(jìn)行設(shè)計一直都有爭議,既有工程消防給水系統(tǒng)有按區(qū)間設(shè)置室內(nèi)消火栓口,也有按室外消防沿消防車道設(shè)置室外消火栓的設(shè)計方案[5]。目前,行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為:咽喉區(qū)一般為地鐵出入庫列車經(jīng)過,列車不載客,咽喉區(qū)除設(shè)置軌道、接觸網(wǎng)等設(shè)施外,無其他設(shè)施,可視為安全區(qū)考慮。

        對于地面車輛段,咽喉區(qū)消防給水系統(tǒng)應(yīng)沿周圍消防車道設(shè)置室外消火栓,所設(shè)置的間距適當(dāng)加密,按不大于50~80 m進(jìn)行設(shè)計。對于半地下和全地下車輛段,除按地面車輛段設(shè)置室外消火栓外,咽喉區(qū)宜按區(qū)間設(shè)置區(qū)間消火栓口,并在適當(dāng)位置設(shè)置水龍帶箱,以增加地下車輛段火災(zāi)的救援能力。

        5 結(jié)語

        國內(nèi)軌道交通在迅猛發(fā)展的同時,新的建設(shè)模式層出不窮,大型綜合體項目日益增多,在缺乏相應(yīng)規(guī)范的情況下,軌道交通消防給水設(shè)計也面臨不斷的挑戰(zhàn)和技術(shù)創(chuàng)新需求。

        筆者認(rèn)為:針對地下車站,在市政供水能力及壓力均能滿足地鐵使用要求的前提條件下,地下車站的消防給水系統(tǒng)應(yīng)充分利用地下工程形成的靜壓,采用常高壓消防給水系統(tǒng),消防前10 min流量也可盡量利用市政自來水解決;針對大型交通樞紐項目,消防給水系統(tǒng)如何構(gòu)建,應(yīng)在充分考慮地鐵車站與樞紐融合程度的前提下,分別考慮不同的策略;帶蓋開發(fā)的車輛段項目消防給水系統(tǒng)設(shè)計,則應(yīng)與建筑消防整體設(shè)計保持一致性。在確保消防給水系統(tǒng)供水安全可靠的前提條件下,如何利用軌道交通的特點(diǎn),構(gòu)建更優(yōu)的適合地鐵的消防給水系統(tǒng),還值得進(jìn)一步探討及論證。

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