高速铁路大型客站给排水设计特点及效果分析

张汉英

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉　430063)



高速铁路大型客站给排水设计特点及效果分析

张汉英

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)

摘要：郑州东站给排水设计中涵盖了给水、排水、消防的全部内容，其特点为采用了储能罐式真空卸污方式，卸污系统能耗低，易于改扩建，适用性强；将物联网技术应用于给排水控制系统中，采用标准化的功能终端设备和网络传输通道，降低系统复杂性，提高系统可靠性，有利于终端设备运营维护。根据自来水的供水压力，针对用水点不同水压需求，采用分压供水方式，减少加压供水量，降低设备运行能耗；新型旅客列车上水设备的使用降低上水人员的劳动强度，提高了上水效率，节约了水资源；分区消防方式的选用，减少了消防设备的配置，节约了工程投资；直饮水设施配置为旅客健康提供了保障。

关键词：高速铁路；铁路客站；储能罐式真空卸污；计算机控制系统；分压供水；旅客列车上水设备；分区消防；直饮水

高速铁路郑州东站位于京广和徐兰两大高速铁路的交叉点，同时有郑开城际、郑机城际及郑万铁路等多条线路引入郑州东站，京广场、城际场和徐兰场三场并列布置，总规模16台32线，其中西侧京广场16线、东侧徐兰场12线、中部城际场4线，京广场和城际场分别于2012年9月、2014年12月开通运营，徐兰场拟于2016年6月开通运营。车站总建筑面积407 128 m2，其中站房建筑面积149 981 m2，站台雨蓬面积78 640 m2。新建车站设计年度用水量为3 500 m3/d，其中客车上水量717 m3/d。

1卸污系统及选型设计

高速旅客列车均为密闭式厕所，密闭式厕所满足高速铁路运输密闭性、舒适性和洁净环保的要求，长途通过列车、立折列车均没有时间进入运用所进行卸污作业，要求在列车运行时刻表规定的短时间内在车站快速完成卸污作业，对卸污设施的建设提出了巨大的挑战。目前国内外常用的卸污方式为固定式真空卸污，固定式真空卸污方式又分为储能罐式真空中心及凸轮泵机组两种方式，郑州东站卸污设计经过充分的理论分析、模拟计算，采用了储能罐式真空中心。

郑州东站京广场高架站台股道间设3排旅客列车卸污管道及接收单元(分别位于7～8、13～14、15～16股道间)，高架站台股道间卸污管道沿32号桥墩下至出站层，汇集为2根干管铺设至真空中心。设计考虑同时对2列16编组高速列车进行卸污作业。根据《铁路污水处理工程设计规范》(TB10079—2013)要求：立折列车卸污时间不应大于15 min，最大卸污量Q=2×16×500/(60×0.8×15)=22.23 L/s。

卸污系统真空排量系数取5～7，则真空中心形成真空的设备抽吸空气的流量需达到400 ～560 m3/h。

本设计真空卸污中心位于车站西南角地下室，选用V=6 m3钢制真空罐2组(1用1备)，3台Q=250 ～300 m3/h，N=5.5 kW真空泵(2用1备)，2台Q=20 ～30 m3/h，H=10 m，N=4 kW污水泵(1用1备)，750 m3/h除臭设备1套，控制系统1套。

京广场高架站台7～8、13～14、15～16股道间管沟内分别设置3条DN160 HDPE卸污管(PE80以上，压力等级1.0 MPa以上)，每条卸污线间距25 m设置卸污接收单元(真空卸污枪)，共18套。卸污单元参数：标准作业半径13 m；抽吸软管参数：DN50，PVC加强衬，耐真空度-80 kPa；电机功率：1.1 kW；外形尺寸：1 650 mm×675 mm×830 mm(长、宽、高)；卸污单元安装在管沟内，顶面露出地面高度≤350 mm；单元设置满足建筑限界要求。

郑州东站卸污系统通过真空泵的工作使真空罐和卸污管道内产生真空，当列车停靠到发线时打开卸污单元，将单元内的吸污软管与列车污物箱排污口连接，列车污物箱内的污物在真空作用下进入卸污管道，最终经过排污泵被排到站外厌氧化粪池。真空中心内设备机组控制系统采用PLC微机智能控制，无需人员值守。见图1～图4。

图1　站台层上水、卸污单位元

图2　真空罐

图3　真空泵

图4　排污泵

2给排水控制系统设计

郑州东站给排水自动控制系统的设计，按《铁路给水排水设计规范》(TB10010—2008)要求以标准化、具备上网功能的功能终端作为系统的智能化节点，对车站给排水系统及设备运行实施实时监控；并以标准的通讯网络作为自控系统所有数据和控制命令的传输通道，构成车站给排水设备既能分散独立控制运行、又便于远程集成管理的给排水自动控制管理网络系统。

本设计给排水自动控制系统主要由标准化的功能终端设备和标准化的网络传输通道组成。

分别统计两版教材“平方根”“无理数的引入”两块内容中的例习题数量，我们发现：美GMH版的例习题数量远多于浙教版，大约是浙教版的1.5倍.而且美GMH版在每一道例题后都会相应安排同一类型的习题，方便学生及时巩固.

(1)标准化功能终端主要由水泵和阀控制功能终端(泵阀远控箱)、水计量功能终端(远传流量计)、模拟量采集功能终端(液位/压力采集终端)和电计量功能终端(累计电量采集器)等四类终端组成。这四类终端均为标准化配置，以标准化功能终端取代传统的集中监控模式，降低了系统复杂性，提高了系统可靠性，有利于终端设备运营维护。

(2)标准化网络通道系采用标准化的通讯网作为自控系统信息和控制命令的传输通道。通过标准化的通讯线插座，可将上述各标准化功能终端挂到网上连成网络。经该网络系统授权可以对车站各种给排水设备进行远程监控、远程访问及远程日常管理。见图5。

图5　给水控制设备

3生活供水系统、贮水方式的优化

车站水源采用城市自来水，根据城市自来水公司提供的车站接管点处管网的水量(管径DN300西南、西北角各1处)、水压(0.28 MPa)资料；站房面积大(建筑面积149 981 m2)，用水点较多，车站供水方式采用分压供水，用水压力小于接管点处自来水管供水压力的用水点，采用自来水直供；用水压力大于或等于接管点处自来水管供水压力的用水点，采用加压供水(Q=144 m3/h，H=75 m，N=65.5 kW变频调速供水设备1套)。为提高客车上水的安全可靠性，高架站台客车上水系统采用独立加压设备及供水管网(Q=450 m3/h，H=50 m，N=114 kW变频调速供水设备1套，兼顾各站台消防用水)。

加压站(位于站房西南角地下室)室内贮水设备采用2组300 m3食品级不锈钢水箱贮水，取代了常规设计采用的钢筋混凝土水池贮水，保证了供水水质安全可靠。见图6。

图6　变频供水设备及不锈钢水箱

4消防供水系统设计

4.1站房室外消防系统

站房室外消防流量40 L/s，火灾延续时间2 h，采用低压消防，城市自来水直供，两路进水，环状供水，间距不大于120 m设置消火栓。

4.2高架站台消防系统

高架站台消防流量20 L/s，火灾延续时间2 h，水枪充实水柱10 m，采用高压消防，由站台两端客车上水干管供水。

4.3高架平台消防系统

高架平台消防流量20 L/s，火灾延续时间2 h，水枪充实水柱10 m，采用临时高压消防，由室内消防泵组提供两路进水，环状供水，间距不大于120 m设置消火栓。见图7。

图7　室内消防设备

5节水节能型客车上水系统设计

为适应高速铁路客站对旅客列车快速自动上水管理水平的更高要求，本设计积极推广节能节水型客车上水新技术，在郑州东站采用了“客车上水自动控制及管理系统”。该系统主要由电动控制上水单元、上水单元管理机、注水管接头以及相应的电气控制及管理系统等组成。

郑州东站京广场高架站台除正线以外的每2条到发线间管沟内设置1条DN200钢丝网骨架PE上水管，间距25 m设置1套电动控制上水单元，每排上水管设置17套电动控制上水单元，1套上水单元管理机。共设8排客车上水管。

电动控制上水单元参数：输入电压220 VAC波动范围180～240 VAC；工作电压24 V；整机额定功率178 W；进水口水压静压>0.15 MPa；进水口径DN40；水管件螺纹接口标准：11/2″；出水软管口径DN25；出水软管长度15 m；出管方式：出口朝上多方向进出管，工作范围达30 m；遥控距离>50 m；外形尺寸：底面长704 mm、顶面长1 790 mm、宽570 mm、总高721 mm；上水单元安装在管沟内，顶面露出地面高度≤350 mm；上水单元设置满足建筑限界要求。

上水单元管理机参数：工作电压单相220VAC波动范围180～240VAC；整机额定功率50 W；使用网络RS485；通讯速率9 600 bps；遥控距离大于50 m；外形尺寸：350 mm×200 mm×565 mm(长、宽、高)；上水单元管理机安装在管沟内，顶面露出地面高度≤350 mm；管理机设置满足建筑限界要求。

该系统上水方式除由人工采用特制气动式快速管接头(专利产品)与客车注水口对接外，其余作业均为自动化完成，具有无线遥控、自动计量显示、水满及定时自动关停、自动脱管、自动回管、余水自动收集及防冻等主要功能。上水系统监控中心为上述设备系统的集中监控与信息管理的工作平台。该平台通过上水现场信息采集系统及相应的网络传输系统，由中心计算机处理系统，对股道间上水单元控制机的作业运行及相关状态信息进行实时记录、统计、显示以及监控，以完全实现对上水作业过程的电子信息化管理。

6直饮水系统应用

本设计在郑州东站站房采用了先进的集中式直饮水系统，设置于给水加压站内，南、北候车室直饮水终端间设有直饮水水嘴。直饮水处理系统划分为两大部分即前端的制水系统和后端的供水系统，这两个系统之间是松耦合关系，可独立工作。制水系统从自来水管网接入自来水，分别通过多介质过滤罐、活性碳过滤罐、软水罐、精滤罐后，再次增压打入RO反渗透系统，制成纯净水进入储水罐中。供水系统利用变频恒压设备，将水输送到各楼层候车室饮水点，供旅客饮用。为了保证水质，储水罐的出水口安装紫外线设备进行消毒。一般情况，夜间制水系统进入维护状态，分批打开回水阀，在水中加入臭氧，对饮水管道和储水罐进行消毒处理，保证管道的干净。 见图8。

图8　直饮水设备

7给排水系统的运行效果分析

7.1卸污系统运行效果分析

真空卸污系统卸污单元与卸污管路完全密封，无异味、无堵塞、无漏气、漏水及泄漏污物现象；最大程度地改善了操作环境，有效消除了卸污过程对站区周边环境、旅客及工作人员的影响。真空泵、污水泵功率较小，运营过程中能耗较低，节能效果显著。

2012年10月系统使用初期，列车集便器污物箱内有旅客丢弃的毛巾、卫生巾等杂物，造成卸污单元软管堵塞，卸污系统工作不畅，客运管理部门加强列车宣传，旅客素质提高，污物箱内杂物减少，无卸污软管堵塞现象发生。12月因气温较低，真空卸污单元软管在反复拉伸、收缩使用过程中出现过断裂现象，供货厂商及时对软管进行了更换，并对软管材质进行了改良，保证了卸污系统的正常运行。目前郑州东站真空卸污设施运行3年来，设备性能稳定，满足立折列车卸污作业要求。

2013年11月8日，中国铁路总公司领导、其他设计单位同仁及路局运营单位到现场调研，给予了极高评价，郑州东站卸污系统设计已经成为中国铁路总公司动车、客车卸污地面设施建设的示范工程。

7.2给排水自控系统运行效果分析

将先进的物联网技术理念应用于铁路给排水自动控制系统的设计，从系统结构上彻底克服了传统给排水集中监控模式系统复杂、可维护性差、各系统软件硬件设备不通用的弊端，最大限度地降低了系统复杂性，提高了系统可靠性，有利于系统终端设备运营维护保养。系统运行稳定，实现了网络化远程管理要求。

7.3生活供水系统运行效果分析

生活供水系统采用分压供水，仅用水压力高于自来水供水压力0.28 MPa的用水点采用变频供水设备加压供水，供水设备流量大大减小，功率较小，节能效果显著。客车上水供水设备与生活供水设备分开设置，无客车上水时段，客车上水变频供水设备仅稳压泵运行，降低了电耗。

7.4客车上水系统运行效果分析

节水节能型客车上水系统与传统的上水作业设备相比，整个上水过程操作简捷便利，自动化程度高，劳动强度低、辅助上水时间少、上水及节水效率显著提高，该系统运行3年来其平均上水作业效率比传统上水设备提高约40%。同时因为采用了自动回管装置，上水作业场地的整洁美观，满足高速铁路客站的环境要求。同时也为2014年铁路总公司颁布的《旅客列车上水设备》(Q/CR15—2014)标准提供了实践基础。

7.5直饮水系统运行效果分析

随着国民经济的发展、社会的进步以及广大人民群众健康意识的增强，旅客对生活饮用水的质量要求逐步提高，直饮水系统的应用体现了高速铁路客站以人为本，优质服务的要求。

8结语

郑州东站给排水工程设计中采用的分压供水技术及新型旅客列车上水、卸污系统技术等代表了国际先进、国内领先的设计水平，给排水设施运营3年来，设备运行正常、系统稳定，在节水、节能等方面均成效显著，受到了工程建设各方面的赞誉，为类似工程设计提供了借鉴和参考，石武高速铁路郑州至武汉段给排水设计荣获国家铁路局工程监督管理司2013～2014年度铁路优秀工程设计二等奖。

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收稿日期：2016-01-06

作者简介：张汉英(1967—)，女，高级工程师，1988年毕业于兰州铁道 学院给水排水工程专业，工学学士，E-mail：962730637@qq.com。

文章编号：1004-2954(2016)06-0173-04

中图分类号：U238； X703

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.036

Design Features and Effects Analysis of Water Supply and Drainage System for Zhengzhou East Railway Station

ZHANG Han-ying

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)

Abstract：The design of water supply and drainage for Zhengzhou East Railway Station covers the all facilities for water supply，drainage and fire control，featured with storage canister vacuum sewage disposal mode，sewage disposal system of low energy consumption，easy expansion and strong applicability. The design applies things technology into water supply and drainage control system，uses a standardized function of the terminal equipment and network transmission channel，reduces system complexity and improves system reliability in favor of operation and maintenance of terminal equipment. According to water supply pressure and the water pressure requirements at different water supply points，partial pressure of water supply is employed to reduce the amount of pressurized water and energy consumption of equipment. The new water supply equipment for passenger train reduces work load，improves the efficiency of passenger train water supply and saves water resources. The adoption of divisional fire prevention requires less fire fighting equipment and cuts project investment. The drinking water facilities protect passengers’ health．

Key words：High-speed railway; Railway passenger station; Storage canister vacuum sewage dumping; Computer control systems; Partial pressure of water supply; Water supply equipment for passenger train; Divisional fire prevention; Drinking water