付文剛 高霞娥

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 陜西西安 710043；2.西北電力設(shè)計(jì)院有限公司 陜西西安 710043)

1 引言

隨著我國軌道交通事業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，2020年12月國家發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)都市圈市域(郊)鐵路加快發(fā)展的意見》，提出要加強(qiáng)市域(郊)鐵路與干線鐵路、城際鐵路、城市軌道交通一體化銜接，鼓勵(lì)多線多點(diǎn)換乘，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)系統(tǒng)制式，推動(dòng)具備條件的跨線直通運(yùn)行，充分發(fā)揮軌道交通網(wǎng)絡(luò)整體效益，推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施、標(biāo)識(shí)信息、運(yùn)營管理等資源共享、互聯(lián)互通，滿足多層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)化客運(yùn)要求。越來越多的軌道交通線路出現(xiàn)了兩線、三線等多線換乘車站，甚至還有以公共交通為導(dǎo)向的城市商業(yè)區(qū)開發(fā)模式逐漸成為熱點(diǎn)附帶商業(yè)形式的出現(xiàn)。此外，各城市軌道交通線網(wǎng)的形成，也加速了多層次軌道交通的發(fā)展，使得換乘形式也變得多樣化，有包含雙島四線、一島兩側(cè)和單島四線換乘的平行換乘方式，包含十字節(jié)點(diǎn)、T形節(jié)點(diǎn)、L形換乘的節(jié)點(diǎn)換乘方式，以及通過連接通道形成線路間換乘關(guān)系的通道換乘方式[1]。使得原本人流密度大，火災(zāi)隱患較多的軌道交通車站，防災(zāi)形勢(shì)變得尤為嚴(yán)峻，對(duì)消防泵這類重要消防設(shè)備及其他消防設(shè)備監(jiān)控的安全可靠性和車站運(yùn)營管理水平都提出了更高的要求。

通常軌道交通車站控制室兼作消防控制室，作為火災(zāi)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)消防應(yīng)急指揮中心，受多層次軌道交通線路的管理模式和車站換乘形式的影響，車站控制室的設(shè)置有各線路分別設(shè)置和多線路合設(shè)一處的方式。因此，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(Fire Alarm System，簡稱FAS)設(shè)置形式也相應(yīng)有多種，各線路對(duì)共用消防設(shè)備，特別是消防泵這種極其關(guān)鍵設(shè)備如何實(shí)時(shí)、可靠的監(jiān)視和控制顯得至關(guān)重要。下面以多層次軌道交通換乘關(guān)系較為復(fù)雜的三線換乘車站共用消防泵的控制方案進(jìn)行分析。

該車站為1、2、3 號(hào)線三線換乘車站[2]，2、3 號(hào)線為東西走向平行布置，地下二層雙島四線同臺(tái)換乘，1號(hào)線為南北走向，與2、3號(hào)線形成十字換乘關(guān)系，1、2、3號(hào)線共用站廳公共區(qū)位于地下一層，2、3號(hào)線同臺(tái)換乘位于地下二層，1號(hào)線站臺(tái)層位于地下三層，通過站臺(tái)層換乘樓梯實(shí)現(xiàn)與2、3號(hào)線的換乘，火災(zāi)時(shí)站臺(tái)層換乘樓梯處防火卷簾落下，將1號(hào)線站臺(tái)公共區(qū)與2、3號(hào)線站臺(tái)公共區(qū)隔開，分屬不同線路的防火分區(qū)，換乘線路分界示意如圖1。

圖1 換乘站各線路建筑分界示意

3號(hào)線為先建線路并已先期開通運(yùn)營，1、2號(hào)線為后建線路同期開通，2、3號(hào)線共用車站控制室，1號(hào)線單設(shè)車站控制室。1、2、3號(hào)線共用消防泵房及消防泵，消防泵在3號(hào)線設(shè)備區(qū)，由3號(hào)線先期建設(shè)并控制，在火災(zāi)工況下1、2號(hào)線消火栓系統(tǒng)需要共用該組消防泵，并通過3號(hào)線實(shí)現(xiàn)跨線路啟動(dòng)提供消防用水。

2 消防控制室設(shè)置原則

軌道交通車站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)屬于控制中心報(bào)警系統(tǒng)，并且換乘車站一般是按線路運(yùn)營管理分界，各線分別設(shè)置FAS系統(tǒng)和車站控制室，當(dāng)控制中心報(bào)警系統(tǒng)有兩個(gè)及以上消防控制室時(shí)，應(yīng)確定主消防控制室和分消防控制室[3]。主消防控制室內(nèi)的消防設(shè)備應(yīng)能顯示各分消防控制室內(nèi)消防設(shè)備的狀態(tài)信息，并可對(duì)分消防控制室內(nèi)的消防設(shè)備及其控制的消防系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行控制；各分消防控制室之間的消防設(shè)備之間可以互相傳輸、顯示狀態(tài)信息，但不應(yīng)互相控制[4]。有多個(gè)消防控制室時(shí)，選擇靠近消防泵房的消防控制室作為主消防控制室，其余為分消防控制室。因此，距離消防泵房近的2、3號(hào)線合用車站控制室作為本站主消防控制室，1號(hào)線車站控制室為分消防控制室。

在3號(hào)線FAS主機(jī)和工作站上可以顯示全站范圍內(nèi)三條線路所有的設(shè)備狀態(tài)信息，并在FAS主機(jī)和車站綜合緊急后備盤(簡稱IBP盤)上實(shí)現(xiàn)消防泵等重要消防設(shè)備的手動(dòng)控制[5]。1號(hào)線車站控制室FAS主機(jī)和工作站只能顯示換乘站消防設(shè)備狀態(tài)信息。

3 共用消防泵控制技術(shù)要求

為保證多層次軌道交通換乘站消防泵在火災(zāi)情況下的絕對(duì)可靠工作，需要對(duì)其控制進(jìn)行冗余方案設(shè)計(jì)，使消防泵應(yīng)具有聯(lián)動(dòng)控制、連鎖控制、人工手動(dòng)控制等多種控制方式[6]，并且要滿足控制主體唯一性原則。

3.1 聯(lián)動(dòng)控制

多層次軌道交通換乘站FAS火災(zāi)報(bào)警控制器具備聯(lián)動(dòng)控制功能，當(dāng)1、2、3號(hào)線火災(zāi)報(bào)警控制器在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)接收現(xiàn)場(chǎng)消火栓所在報(bào)警區(qū)域的任一只火災(zāi)探測(cè)器，或任一只手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)與消火栓按鈕動(dòng)作信號(hào)形成“與”邏輯組合[7]，發(fā)出消防泵啟動(dòng)的控制指令到車控室。同時(shí)，消防值班人員也可以在FAS火災(zāi)報(bào)警控制器手動(dòng)控制發(fā)出消防泵啟動(dòng)的控制指令。

3.2 連鎖控制

連鎖控制是一種設(shè)備到設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接控制方式，獨(dú)立于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，不受聯(lián)動(dòng)控制器處于故障或手/自動(dòng)狀態(tài)的影響[8]，將1、2、3號(hào)線消火栓系統(tǒng)的消防泵出水干管上的壓力開關(guān)、流量開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)作為連鎖啟泵的觸發(fā)信號(hào)，通過與消防泵控制柜連接實(shí)現(xiàn)電氣連鎖控制，直接控制消防泵的啟動(dòng)。任一線路發(fā)生火災(zāi)，消防水管內(nèi)有消防水流動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)線路消防水管干管壓力開關(guān)、流量開關(guān)有動(dòng)作輸出，該輸出信號(hào)可以連鎖控制消防泵自動(dòng)啟動(dòng)。

3.3 人工手動(dòng)控制

在消防控制室設(shè)置手動(dòng)直接控制裝置，車站控制室IBP盤上設(shè)有消防泵的啟動(dòng)、停止按鈕，以實(shí)現(xiàn)消防泵的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，將消火栓泵控制箱的啟動(dòng)、停止按鈕直接通過硬線連接至車站控制室IBP盤上[9]，消防泵手動(dòng)控制電路原理圖如圖2所示。

3.4 線路間火災(zāi)信息互通

多層次軌道交通換乘站各線路之間，可以通過互設(shè)信息模塊、信息復(fù)示屏和消防電話的形式實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信息互通[10]。在收到互通火災(zāi)信息后應(yīng)按照各線路火災(zāi)報(bào)警控制器預(yù)先設(shè)定的火災(zāi)模式進(jìn)行消防聯(lián)動(dòng)和火災(zāi)救援，主消防控制室應(yīng)對(duì)共用消防泵進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。因此，1、2號(hào)線通過與3號(hào)線火災(zāi)信息互通，將啟動(dòng)消防泵信息通過信息模塊傳送給3號(hào)線FAS進(jìn)行啟泵操作，消防泵動(dòng)作后由3號(hào)線反饋水泵狀態(tài)信號(hào)給1、2號(hào)線，形成一個(gè)由各換乘線路分消防控制室發(fā)送啟泵請(qǐng)求，由主消防控制室、FAS實(shí)現(xiàn)啟泵操作的閉合消防泵控制系統(tǒng)[11]。因此，在該換乘站1號(hào)線FAS接口模塊箱設(shè)置一對(duì)“給3號(hào)線發(fā)送啟泵信號(hào)”的輸出模塊和“接收3號(hào)線反饋水泵運(yùn)行狀態(tài)”的輸入模塊，對(duì)應(yīng)在3號(hào)線接口模塊箱設(shè)置一對(duì)“接收1號(hào)線啟泵請(qǐng)求信號(hào)”的輸入模塊和“發(fā)送3號(hào)線反饋水泵狀態(tài)”的輸出模塊。

同理，在該換乘站2號(hào)線FAS接口模塊箱設(shè)置一對(duì)“給3號(hào)線發(fā)送啟泵信號(hào)”的輸出模塊和“接收3號(hào)線反饋水泵運(yùn)行狀態(tài)”的輸入模塊，對(duì)應(yīng)在既3號(hào)線接口模塊箱設(shè)置一對(duì)“接收2號(hào)線啟泵請(qǐng)求信號(hào)”的輸入模塊和“發(fā)送3號(hào)線反饋水泵狀態(tài)”的輸出模塊。

同時(shí)，1號(hào)線與2號(hào)線FAS之間互設(shè)信息模塊，將各自線路的火災(zāi)信息告知對(duì)方FAS主機(jī)，對(duì)方線路收到火災(zāi)信息后需要反饋信號(hào)。因此，1號(hào)線FAS主機(jī)與2號(hào)線FAS主機(jī)之間只能顯示對(duì)方火災(zāi)信息，但是不能互相控制。

3.5 線路控制主體唯一性

對(duì)于多層次軌道交通換乘站各線路消火栓系統(tǒng)共用一組消防泵的控制，須滿足控制主體唯一性原則，由啟泵控制命令的發(fā)出線路執(zhí)行停泵操作，其他線路不得在消防泵使用過程中對(duì)水泵進(jìn)行啟動(dòng)或停止的控制操作，可以通過各線路間信息互鎖控制方式實(shí)現(xiàn)，下面以該換乘站3號(hào)線啟動(dòng)共用消防泵為例進(jìn)行研究。

3.5.1 基于互鎖檢測(cè)的優(yōu)化控制

在1、2號(hào)線分別設(shè)置FAS聯(lián)動(dòng)電源盤給消防水泵控制柜提供DC24V電源，該電源驅(qū)動(dòng)用于控制消防泵啟動(dòng)和停止的中間繼電器，在此電源回路中提供專門的DC24V消防電源，由1、2、3號(hào)線各線分別設(shè)置一個(gè)控制DC24V電源的繼電器回路，當(dāng)3號(hào)線發(fā)出啟泵請(qǐng)求，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)繼電器吸起，導(dǎo)通從消防電源盤至水泵控制柜的DC24V電源回路，此時(shí)由于1、2號(hào)線停泵回路與3號(hào)線啟泵回路是完全獨(dú)立的，因此，1、2號(hào)線停泵請(qǐng)求不起作用，滿足了控制主體唯一性原則。并且，水泵狀態(tài)信號(hào)可以實(shí)時(shí)給1、2、3號(hào)線反饋，各線路車站控制室內(nèi)均有水泵運(yùn)行狀態(tài)的顯示信息，互鎖檢測(cè)啟泵方式控制原理如圖3所示。停止消防泵控制原理同理。

圖3 互鎖檢測(cè)啟泵控制原理

通過上述互鎖檢測(cè)優(yōu)化控制方案，1號(hào)線發(fā)出啟動(dòng)消防泵的控制命令，也只能由1號(hào)線發(fā)出停泵指令；2號(hào)線發(fā)出啟動(dòng)消防泵的控制命令，也只能由2號(hào)線發(fā)出停泵指令，由此可以實(shí)現(xiàn)消防泵控制主體唯一性，即“誰啟泵，誰停泵”。同時(shí)，共用消防泵的使用狀態(tài)信息可以分別在所有線路的火災(zāi)報(bào)警控制器和IBP盤上顯示[12]，使每個(gè)車控室都能實(shí)時(shí)顯示共用消防泵的工作狀態(tài)。

3.5.2 與傳統(tǒng)控制方案對(duì)比

多層次軌道交通換乘站的消防泵優(yōu)化控制方案與傳統(tǒng)線路消防泵控制有著本質(zhì)上的區(qū)別，其發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防泵控制指令流程如圖4，圖中箭頭方向?yàn)橄揽刂剖蚁掳l(fā)啟泵的控制命令路徑。

圖4 優(yōu)化控制指令流程

從控制流程圖4中可以看到，在多層次軌道交通中基于互鎖檢測(cè)的消防泵控制方式相比傳統(tǒng)消防泵控制方式優(yōu)勢(shì)明顯:

(1)非同期建設(shè)的換乘線路，對(duì)于后建線路來說，在建設(shè)過程中不用改造正在使用中的共用消防泵，避免了后建線路的施工對(duì)正常運(yùn)營的影響，縮小工程實(shí)施范圍，可以減少工程建設(shè)造價(jià)和維護(hù)成本[13]。

(2)多層次軌道交通中各線的工程分界在已開通運(yùn)營的線路預(yù)留信息互通模塊處，各線路施工界面、設(shè)備日常運(yùn)營維護(hù)管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、防災(zāi)指揮責(zé)任界面劃分清晰。

(3)共用消防泵的控制邏輯清晰，控制命令徑路唯一，不會(huì)存在多層次軌道交通中多條線路同時(shí)控制而造成多頭管理的情況。同時(shí)，各線路又可以實(shí)時(shí)掌握消防泵的工作狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)水泵狀態(tài)信息資源的共享。

6 結(jié)束語

通過以上對(duì)多層次軌道交通共用消防泵控制技術(shù)研究，得出以下基本結(jié)論:

(1)除了滿足要求的換乘站FAS設(shè)備基本配置外，還應(yīng)結(jié)合具體的車站換乘形式和運(yùn)營管理需求確定主消防控制室。

(2)對(duì)多種交通制式線路間火災(zāi)信息互通的監(jiān)控點(diǎn)表內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，通過信息共享方式實(shí)現(xiàn)多線路間火災(zāi)信息和消防泵控制信息互傳互通。

(3)通過互鎖檢測(cè)實(shí)現(xiàn)消防泵控制主體唯一性，提高了消防泵控制的可靠性和安全性。清晰的設(shè)計(jì)及施工界面方便后期系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)營維護(hù)管理。使共用消防泵充分發(fā)揮其功能，實(shí)現(xiàn)了資源共享，保證乘客人身和財(cái)產(chǎn)安全，適應(yīng)新形勢(shì)下多層次軌道交通工程特點(diǎn)和智慧地鐵新消防理念。