李廣，張淑娟

（1.上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 200235；2.海逸恒安項目管理有限公司，山東 濟南 250013）

2014 年，為了進一步提升消防用水的安全性，我國相關部門編制并實施了《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》（GB50974-2014），其中，根據(jù)不同場景的特點，對消防水泵的控制方式作出了詳細規(guī)定，要求消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位水箱出水管上的流量開關或報警閥壓力開關等開關信號直接自動啟動消防水泵。需要注意的是，在消防系統(tǒng)內(nèi)，若利用穩(wěn)壓泵產(chǎn)生的流量開關當作報警信號，則不可直接將消防泵啟動。針對這一規(guī)定要求，我國很多地鐵車站消防栓系統(tǒng)建設時，均采用了消防水泵、消防穩(wěn)壓泵及氣壓罐的模式，并以電接點壓力表為主要工具，對泵的啟動進行控制。但需要注意的是，相對于常規(guī)民用建筑來說，地鐵車站消火栓系統(tǒng)存在較大差異，不可簡單遵循上述規(guī)定中的內(nèi)容，若只是按照上述規(guī)定相關內(nèi)容對消防泵啟動壓力進行設計，則很容易出現(xiàn)較大的誤差，影響消防泵啟動的精確性，使其無法在實際當中發(fā)揮出最大的作用。所以，為了確保消防泵在地鐵車站運行時發(fā)揮出最大的作用，應采用更加合理的方式對啟泵壓力予以計算，以得到更加精確的壓力值，為整個地鐵車站安全、穩(wěn)定運行打下堅實基礎。

1 消防泵的構成

消防泵是地鐵車站運行中的重要組成部分，直接關系到整個地鐵車站的運行效果。對于現(xiàn)代地鐵車站常見的消防泵來說，主要有六大模塊構成，分別如下。

（1）泵體。又稱為泵殼，是整個消防泵的主體，用于對其他各模塊、元件的支撐與固定，并與安裝軸承的托架連接到一起。

（2）葉輪。為消防泵的核心元件，通過葉輪的快速旋轉，使消防泵內(nèi)部產(chǎn)生較高的壓力，在該壓力的作用下，將消防介質(zhì)傳送出去，以達到消防滅火的目的。為了保證消防泵能夠穩(wěn)定運行，在葉輪安裝前，需要進行相應的靜平衡實驗，以選擇最佳的葉輪元件，且葉輪內(nèi)外表面應保持光滑，降低葉輪與水流間的摩擦力，從而減少水的損耗。

（3）泵軸。為消防泵內(nèi)部各元件的連接元件，將電動機啟動后，在泵軸的作用下，將轉矩傳輸給葉輪，從而實現(xiàn)葉輪的轉動。

（4）密封環(huán)。又叫作減漏環(huán)。消防泵運行過程中，若葉輪進口與泵殼間存在較大的縫隙，則會在高壓的作用下，使得水順著分析流入低壓區(qū)，減少了泵的出水量，從而影響消防效率。若縫隙較小，則會增加葉輪與泵殼間的摩擦力，加快兩個元件的損壞速度，降低整個消防泵的使用年限。針對這一情況，為了提升設備內(nèi)部的回流阻力，并防止出現(xiàn)內(nèi)漏問題，提升整個消防泵的使用時間，則需要在泵殼與葉輪外緣相應位置處，安裝特定的密封環(huán)，以間兩元件的縫隙控制到0.25 ～1.10mm，確保消防泵可以安全、順利運行。

（5）軸承。安裝在泵軸上，用于對泵軸的支撐?，F(xiàn)代機械領域內(nèi)，存在兩種類型軸承，一種為滾動軸承，為了減少軸承的摩擦阻力，需要向軸承內(nèi)添加適量的黃油，以此提升軸承的潤滑性，通常來說，用油量控制在軸承體積的2/3 ～3/4。若使用量過多，會導致軸承異常發(fā)熱，若使用量過少，不僅會產(chǎn)生異響，而且還會加快軸承的磨損速度。另一種為滑動軸承，需要添加適量的透明油，以此提升軸承的潤滑性，油液必須添加至有違線以上。消防泵運行時，軸承的溫度通常處于60°～85°，范圍內(nèi)，若溫度異常升高，則應尋找出原因，并制定出相應的處理方法。

（6）電機?？煽醋飨辣玫男呐K，通過電機的轉動，將電能轉換成機械能，以此為葉輪的快速轉動提供驅(qū)動力。

2 案例介紹

2.1 某地鐵車站消防系統(tǒng)布置情況

本次研究當中，選擇某地鐵車站作為研究對象，對消防泵自動啟泵設計壓力展開了研究。該地鐵車站共由兩層構成，一層深度為10m，屬于站廳層，用于開展乘客安檢、車票購買等工作，二層深度為15.4m，屬于站臺層，用于乘客等待列車。在車站站廳層的一側，構建了消防泵房，內(nèi)部放置了多種消防設備與工具，其中包括：消防泵，共2 臺，互為備用；消防穩(wěn)壓泵，共2 臺，互為備用；氣壓罐，1 套。對于該站所處地區(qū)來說，采用的是雙路水源供水模式，供水量符合相關規(guī)定的要求，通過相關部門檢查與審批后，該站未建設消防水池，對火災處理時，消防泵由市政管網(wǎng)直接抽水加壓供車站消火栓系統(tǒng)使用。在車站內(nèi)部，按照環(huán)狀的模式，均勻的對消防管道進行布設，在車站的最右側，將消防環(huán)網(wǎng)接出，具體如圖1 所示。

圖1 某地鐵車站消防系統(tǒng)布置情況

2.2 給水系統(tǒng)介紹

通過對某地鐵車站室外給水系統(tǒng)的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，壓力峰值為0.31MPa，屬于非保證壓力，壓力谷值為0.14MPa。屬于保證壓力，管線的埋設深度是1.5m。消火栓系統(tǒng)運行時，在車站的內(nèi)部，用水量是20L/s；在出入口及各區(qū)間中，用水量是10L/s。消火栓安裝時，與地面相距1.1m，電接點壓力表安裝時，與泵房地面相距3.0m；對于消防管道來說，采用的是DN150 熱鍍鋅鋼管。

3 超越管及消防穩(wěn)壓泵的設置

3.1 市政管網(wǎng)供水能力分析

針對上述供水系統(tǒng)的介紹，結合相關規(guī)定可知，現(xiàn)有供水管網(wǎng)基本符合初期火災的處理需求。相關規(guī)定中指出，地鐵車站建設時，無須安裝高位消防水箱，可由市政管網(wǎng)直接供水，因而需要在消防泵處，安裝相應的超越管，其中，在最不利點消火栓1 處，靜水壓控制在0.21 ～0.38MPa，符合規(guī)定要求。在消防泵自動啟泵時，若利用電接點壓力作為信號，則應設置合理的出口壓力參數(shù)，車站出現(xiàn)火災時，將消火栓口打開，當出口壓力實際值低于預設參數(shù)后，泵會自動啟動。

由伯努利公式可知，各管網(wǎng)點間存在緊密聯(lián)系，具體為：

3.2 消防泵啟動分析

在消防泵啟動分析時，先要作出下述假設：火災發(fā)生初期，消火栓開啟數(shù)量在2 個以下。市政管網(wǎng)壓力處于峰值條件下，管內(nèi)無水流流動時，對電接點壓力表予以檢測，可得到壓力值是0.37MPa。出現(xiàn)火災后，將消火栓打開，在不計速度水頭的情況下，水流通過倒流防止器后，將會消耗0.02MPa 的水頭，在供水壓力保持穩(wěn)定的基礎上，壓力表的檢測值是0.35MPa。在管網(wǎng)壓力谷值的條件下，繼續(xù)按照上述方案進行檢測，可得到壓力值是0.18MPa。

通過上述分析能夠發(fā)現(xiàn)，市政管網(wǎng)運行時，水壓存在一定的波動，火災剛剛出現(xiàn)而將消火栓打開后，壓力表示數(shù)將會不斷改變，很難獲得最終的壓力值。若將壓力參數(shù)設置成0.2MPa，在火災剛剛出現(xiàn)后，管網(wǎng)壓力處于0.20MPa，而壓力表的示數(shù)是0.24MPa，超出啟泵壓力預設值，使得消防泵不能正常啟動，無法對火災進行處理。如果啟泵壓力參數(shù)在0.2MPa 以上，則當管網(wǎng)壓力降低到0.14MPa 后，壓力表顯示值是0.18MPa。消防泵動作。因此，為了進一步提升消防系統(tǒng)的滅火能力，應合理地設計自動啟泵壓力。

4 消防泵控制壓力的設定

火災處理時，先要確定出合理的消防水泵揚程，具體來說，可通過下述公式推導而得：

其中，P表示水泵揚程，單位為MPa；k2表示安全常數(shù)；Pf表示管線內(nèi)部沿程水頭的損耗量，單位為MPa；Pp表示部分區(qū)域水頭的損耗量，單位為MPa；H0表示給水管網(wǎng)在消防水泵入口處的設計壓力值的高程到最不利點消火栓的幾何高差，單位為m；P3表示最不利點消火栓所需的設計壓力，單位為MPa。

壓力設計分析時，假如最不利點消火栓壓力為0.25MPa 時穩(wěn)壓泵處的壓力值為P，則穩(wěn)壓泵啟泵壓力按照P+0.10MPa 考慮，穩(wěn)壓泵的停泵壓力可以按照P+0.15MPa 考慮；此時，消防泵的啟泵壓力P0取低于穩(wěn)壓泵啟泵壓力0.07MPa，即P0=P+0.03MPa，以此P0當作最終的啟泵壓力。市政管網(wǎng)供水壓力較低，不符合直接供水壓力的要求，在火災剛剛出現(xiàn)后，壓力表示數(shù)則會在P0以下，以此驅(qū)動消防泵運行。反之，如果供水壓力較大，在火災剛剛出現(xiàn)后，壓力表的示數(shù)則會在P0以上，即便消防泵未運行，也會對火災進行處理。

5 消防泵自動控制模式

正常條件下，可通過消防穩(wěn)壓泵與氣壓罐的方式，向管網(wǎng)內(nèi)補充水分，若管網(wǎng)壓力低于PS1后，穩(wěn)壓泵將自動運行，而當網(wǎng)管壓力高于PS2后，穩(wěn)壓泵則自動關閉?；馂膭倓偝霈F(xiàn)時，消火栓開啟，使得管網(wǎng)內(nèi)部壓力逐漸下降，對于栓口出水量來說，遠遠超過穩(wěn)壓泵供水量，使得網(wǎng)管壓力在最短的時間降低到P0以下，從而驅(qū)動消防泵啟動。即便消防泵沒有啟動，由于管網(wǎng)壓力較高，壓力也會超過P0，從而對火災進行處理，

6 結語

綜上所述，現(xiàn)代地鐵車站運行過程中，應針對車站所處區(qū)域市政管網(wǎng)情況，結合車站內(nèi)部結構特點、消防系統(tǒng)建設情況等因素，通過合理的方式，設置最佳的自動啟泵壓力，確保地鐵車站出現(xiàn)火災的初期，可自動驅(qū)動消防泵運行，及時對火災進行處理，以降低火災對車站及乘客生命安全的危害性。