地铁地下车站室外消火栓设计探讨

魏晨光

(中国铁路设计集团有限公司，300251，天津//工程师)

城市核心区域土地资源宝贵，地下空间利用备受重视，如何确保地下车站安全稳定运营，成为城市发展的重中之重。2014年颁布实施的GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》(以下简称《消规》)对于地铁及人防工程的室外消防提出了新的要求，但由于2013年颁布实施的GB 50157—2013《地铁设计规范》没有相关的要求描述，导致各地设计者对新要求的理解不同，产生了各类不同设计，而这些设计是否均能满足《消规》要求，同时做到节能降费，尚需研究分析。本文将根据对《消规》的理解，结合各地设计做法进行探究，以给出最佳设计方案。

1 《消规》颁布前的室外消防设计方案

2014年之前，既有的地下车站室外消火栓作为室内消火栓系统的补水工具，在站内消防泵发生故障时，通过室外水泵接合器，由消防车上的消防泵直接为站内供水，以保证灭火要求。因此，其设计是围绕着水泵接合器展开的，每个水泵接合器周围15～40 m范围内设置一个室外消火栓。室外消火栓直接由附近的市政给水管网接出供水，并未对其提出须有双路供水的要求。在设置室外消火栓有困难的车站，也有用消防水池吸水井作为替代的做法。室外水消防设计较为简单易行。

2 现行规范的新要求及对其的解读

《消规》 3.3.2建筑物室外消火栓设计流量表中要求：建筑体积V>50 000 m3的地铁工程室外消火栓流量不应小于30 L/s，2 000 m3

从实际使用情况分析：室外消火栓的使用具有专一性，即只有消防车、消防人员到达火灾现场后,由消防人员启用室外消火栓，其与室内消火栓系统(火灾初期，在消防人员到达火灾现场前，现场接受过专业培训的人员可打开室内消火栓进行灭火作业)完全不同。车站出入口是消防队员进入室内扑灭火灾的桥头堡，在出入口附近设置的室外消火栓，一是扑灭出入口临近地方火灾；二是降温排烟开辟消防通路；三是保证消防人员安全，向消防人员身上淋水降温；四是作为室内消火栓的补水工具。可见，在每个出入口设置室外消火栓是必要的。

《消规》6.1.3规定：建筑物室外宜采用低压消防给水系统，当采用市政给水管网供水时，应采用两路消防供水。《消规》8.1.4规定：室外消防给水采用两路消防供水时应采用环状管网。根据该规范要求，地下车站室外消火栓应设置在有两路消防供水的环状管网上。

地下车站周边通常都是建筑、人流密集的区域，火灾时室外消火栓灭火、阻止火势蔓延的作用不可低估。该规范的要求是为了增强地下工程的消防安全，有必要严格按规范要求内容执行。

3 现行要求下的设计方案比选

针对上述要求，笔者结合我国地铁工程实际情况，根据不同市政供水条件，对地下车站室外消火栓设计方案进行分析比选。

3.1 双路市政供水水源

当地下车站位于城市的核心区域时，车站周边的市政供水条件往往比较充沛，出入口周边存在满足用水量要求的环状市政给水管网，可直接由环状市政供水管网上引管至出入口附近设置室外消火栓。如出入口附近有市政消火栓，亦可作为车站的室外消火栓使用。具体方案如图1所示。

图1 方案1示意图

此方案最为简单，但适用的条件苛刻(各出入口周边均满足可环状管网上接管的车站较少)，同时城市核心区域多为大型换乘站，出入口数量较多，会产生多个市政给水管网接口，需得到当地供水公司的同意。

当地下车站满足双路市政供水但所接管段非环状时(需注意双路市政供水是指两路供水管网可互为备用，互不干扰，如非环状管网上接出的两根支管则不可视为双路供水等，详见《消规》4.2.2)，根据规范要求不能直接引管设置室外消火栓。此时有以下方案：

(1) 南京地铁3号线的设计者提出了一个“出入口室外消火栓”的概念，在车站室内环状消火栓给水管网上引管至室外设置“出入口室外消火栓”，利用室内消火栓系统为其提供流量和压力。此“出入口室外消火栓”可满足规范对于室外消火栓作为消防电梯前室消火栓的作用，但由于无法为水泵接合器供水，车站室外仍保留了以往设计中从市政管网上直接引水的室外消火栓。具体方案如图2所示。此方案的巧妙之处在于拆分了规范中室外消火栓的功能，通过两种室外消火栓来满足使用要求。其仅需在以往设计的室内消防管网基础上增加“出入口室外消火栓”，室外的工程量最少，经济性最佳。但此方案存在一个重大的安全隐患，由于“出入口室外消火栓”无法为水泵接合器补水，为避免误用，两者必须远离设置。但水泵接合器应设置在出入口或新风亭的口部等明显位置，很难做到远离设置；且“出入口室外消火栓”与室外消火栓在外形上很难区别，发生火灾时消防人员更是难于区分，一旦误用延误了灭火时间，其造成的损失不可估计。笔者分析，可能是由于南京地铁3号线在《消规》实施前已完成设计并已开始施工，在尽可能少改动既有设计的情况下设计了这个方案。由于其存在安全隐患，不建议在后续地铁工程设计中使用。

图2 方案2示意图

(2) 由两路供水管引水在车站室外设置环状消火栓管网，如图3所示。此方案在地面及高架站应用较多，为一成熟方案，但应用到地下车站会带来较大难题。不同于地面及高架站，地下车站多位于城市主路下方，出入口贴近道路两侧设置，如设置室外环状消火栓管网，势必要多次跨越道路，且占用宝贵的市政管线管位，规划层面协调难度大，其前期施工及后期管网的检修维护都有较大困难，可行性、经济性均不佳。

图3 方案3示意图

(3) 车站的地下一层为站厅层，其公共区吊顶内有充足的管线敷设空间，将室外消火栓环网设置在站厅层的吊顶内；两路市政给水引入管通过出入口或风井等引入站内向环网供水，再从环网上引管由出入口至室外接室外消火栓。具体如图4所示。此方案将室外环状管网移至室内，减少了室外工程量，且满足消防要求，较方案2的可行性、经济性更佳。

图4 方案4示意图

(4) 在方案4的基础上进行优化，取消站内的室外环状消火栓管网，改为将两路市政供水管网在站内站厅层连接，在连接管上设置两个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。具体如图5所示。洛阳地铁1、2号线均采用此种方案。该方案将市政供水管联通形成站内与站外相连的环状管网，一路供水故障时仍可满足室外消防用水要求，符合规范要求；相较于方案4，其减少了部分的管道敷设量，经济性更佳。

(5) 方案5可作进一步优化，将室内消火栓系统引水管与方案4中设置在室内站厅层的室外消防管共用，扩大引水管管径至DN 250，同时满足室内、外消火栓系统用水量要求；原设置在消防泵房的倒流防止器需改移至站厅两端风道或其他备用房间，以确保两个倒流防止器间有足够的管道空间引管至出入口设置室外消火栓。具体如图6所示。此方案在方案5的基础上减少了2根引入管及2组倒流防止器，仅扩大了引水管管径，在保障安全性要求的前提下做到了精简优化，站厅层吊顶内空间占用最少，可行性、经济性最佳。大连地铁4号线工程初步设计采用了此方案。

图5 方案5示意图

图6 方案6示意图

根据上述分析，笔者认为：在满足双路环状管网市政供水的情况下方案1最为优选；其他双路市政供水情况下方案6最为安全合理，在条件允许的情况下建议优先选用。

3.2 单路市政供水水源

《消规》4.3.1规定：当采用一路消防供水或只有一条入户引入管，且室外消火栓设计流量大于20 L/s，应设置消防水池。可见此供水条件下，地下车站必须设置消防水池。

由于《消规》颁布后中国城市轨道交通协会及各设计单位对室外消火栓系统的要求提出异议，分歧较大，主编单位中国中元国际工程公司曾回复，原则上轨道交通车站室外消防水量应按规范执行，在市政水源为单水源、且设置室外消防水池确有困难的情况下，室外水量可适当减小，但应≥20 L/s。但此回复非正式颁布，仅为内部传阅的文档，笔者认为其不具备权威性，亦不应按此实施，不能因供水条件不佳而降低消防标准，这是本末倒置。

单路市政供水水源下，我国目前主要的设计方案如下：

(1)采用独立的室外消防水池，在出入口附近设置室外消防水池的取水口，利用取水口作为室外消火栓使用。距离消防水池较远的出入口则由单路供水管上引管设置室外消火栓。具体方案如图7所示。广州地铁3号线东延工程采用此方案。此方案虽按规范要求设置了消防水池，但其利用率有限，仅可供单侧出入口的水泵结合器取水，而另一侧出入口室外消火栓依赖单路市政供水，其消防安全性无法保障。此方案虽简单，但存在安全隐患，不建议使用。

图7 方案7示意图

(2)采用室内、外合用的消防水池，在消防泵房内设置满足室内外全部消防水量及扬程的消防增压稳压泵组，由室内环状消防管网上引管至出入口设置方案2中提到的“出入口消火栓”，同时由市政给水管上接出2个室外消火栓为车站水泵接合器供水使用。具体方案如图8所示。南京地铁宁和城际线采用此方案。此方案除存在方案2的安全隐患外，还存在一个较大问题：方案中消防泵组采用室内外合用，但其消防管网的管径仍采用DN 150。流速与管径选择密切相关，在同样的设计流量下，流速与管径选择成反比，50 L/s的流量会导致管道内流速过高，达到2.95 m/s，超出了《建筑设计防火规范》8.1.3条限定的安全流速2.5 m/s的要求。而水流流速与水锤效应密切相关，过高的流速对管道接口、阀门的耐压要求非常高。因此，该方案在临时高压给水系统中存在严重的安全隐患，不建议使用。

图8 方案8示意图

(3)采用室内、外合用的消防水池，在消防泵房内设置独立的室外消火栓系统增压稳压装置，由水池吸水加压后，经由设置在车站站厅层吊顶内的独立环状室外消火栓管网引至出入口，接室外消火栓。室内、外消火栓加压及管网系统完全独立。具体如图9所示。该方案满足消防要求，供水可靠性高，但管网有些复杂，造价较高。此外需注意，水泵接合器与消防水池吸水井的距离要满足15～40 m的要求，以便于站内室外消防泵无法启用时为室内消火栓系统补水。

图9 方案9示意图

(4)采用室内、外合用的消防水池，在消防泵房内设置室内、外合用的增压稳压装置，由水池吸水加压后，经由设置在车站站厅层吊顶内合用的环状消火栓管网引至出入口，接室外消火栓。具体如图10所示。此方案减少了一套管网系统及增压稳压装置，增大了站厅层环网管径，避免了方案9的问题。但由于地铁地下区间的特殊性(为考虑节能，区间标高较车站站台层低)，为满足室外消火栓压力要求，站台及区间消火栓存在超压风险，且管网静水压力减压较困难，一旦爆管，对运营安全影响巨大。

图10 方案10示意图

根据上述分析，方案10的经济性最佳，但相较于方案9安全性差一些。笔者认为，在单路市政供水水源条件下方案9最为合理，在条件允许的情况下建议优先选用；方案8不建议选用；方案10在造价控制较为严格的工程亦可选用。

4 结语

本文通过对《消规》中关于地铁地下车站室外消火栓系统要求的理解，结合国内实际工程设计情况，对不同市政供水条件下的室外消防设计方案进行阐述分析，得到以下结论：在满足双路环状管网市政供水的情况下，直接由市政管网接出室外消火栓的方案最佳；其他双路市政供水情况下，利用室内消防引水管接出室外消火栓的方案最佳；单路市政供水情况下，在站内设置独立的室外消火栓管网系统方案最佳。建议《地铁设计规范》再版时，补充对地下车站室外消火栓系统的设置作用、设计要求等内容，以便统一业内做法，保障地铁工程的消防安全。