地下建筑水灭火设施的消防排水问题设计探讨

王振飞

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

0 引言

随着社会经济的持续发展和城市建设步伐的加快，城市的数量和范围迅速扩大，向地下拓展城市空间已成为我国城市化进程的必然趋势。地下建筑的规模和功能也越来越复杂，如大型地下车库、商业中心、地铁综合交通枢纽等。由于地下建筑处于相对封闭的内部空间，空气流通效果差，与地面连接通道有限，这些不利因素使地下建筑的火灾危险性和扑救难度增大，对消防系统灭火设施的要求也越来越高。及时排出地下建筑水灭火设施的试验排水和火灾时的灭火排水对于保证消防安全具有重要意义。

1 地下建筑消防排水的范围

地下建筑广泛使用的水灭火设施有消火栓和自动喷水灭火系统。地下建筑消防系统测试或火灾发生时，消防水设施产生的消防废水不能自流排出，如果大量的消防废水不能及时排出，会造成测试或灭火用水四处排放，对建筑内的设备和装修造成损坏，经济损失增大，甚至影响建筑结构安全。如果汇集于变配电用房和消防泵房，将会影响火灾时消防灭火设施的正常使用，引发次生灾害[1]，因此地下建筑应设置排水设施。

根据 《消防给水及消火栓系统技术规范》[2]（简称 “水消规”）和《自动喷水灭火系统设计规范》[3]（简称“喷规”），消防排水主要包括消防测试排水和灭火排水，地下建筑设置消防排水设施的范围有：设有水灭火设施的地下室、消防电梯底部、报警阀组机房、消防泵房及消防水池。

2 消防排水水量的计算

2.1 水灭火设施的试验排水量的计算

根据“水消规”，设有室内消火栓的建筑应设置试验消火栓，设在水力最不利且便于使用和排水处，主要目的是通过试验消火栓测试消防水枪的充实水柱高度是否满足设计要求。室内消火栓消防水枪喷嘴为16mm时，消防测试排水量为4.2L/s，19mm时排水量为5.7L/s[4]。试验消火栓可设置在生产生活排水设施附近，便于排水。用于排出试验消火栓用水的排水管不应小于DN125。

根据“喷规”，为测试自喷系统供水流量和压力是否满足设计要求，保证自喷系统的报警阀、水力警铃、压力开关能够及时动作并反馈信号，需要对自喷系统定期测试。报警阀、试水阀和末端试水装置处应设置排水设施。方汝清[4]等人认为报警阀的最大排水量发生在利用试水阀泄空系统管网中的水量时，报警阀测试排水量按≤5.0L/s设计。当报警阀组设置在消防泵房时可与泵房合用排水设施，当独立设置时，用于报警阀组排水的管径不宜小于DN100。自喷管网试水阀和末端试水装置的排水应采取孔口出流的方式，排水管径不宜小于DN75[3]。

为测试消防泵的工作状态，需要经常启动消防泵。根据“水消规”，消防泵出水口应安装DN65的试验放水阀或栓口，在消火泵测试时打开放水阀放水。赵锂[5]等人提出试验排水可按5min的消防泵运行流量考虑。因此消防泵的试验排水量可按泵房内最大一台消防泵的设计流量计算。

当消防水池建在室内时，水池进水管由于浮球阀失灵等原因导致水池溢流，需考虑水池的溢流排水。溢流水量与消防水池进水管的管径和流速有关，进水管的管径与水池容积有关，流速可按v=1.5m/s设计。v=1.5m/s时，消防水池进水量与进水管管径关系见表1，溢流水量可按水池进水量选取。消防水池的定期清洗需要放空水池，水池底部需设置泄水管。泄水量按照1h放空水池内500mm水池深度计算，因此泄水量与消防水池底面积有关，平均泄水流量与水池底面积的关系见表2。

2.2 水灭火设施的灭火排水量的计算

表1 v=1.5m/s时消防水池进水量与进水管的关系

表2 消防水池泄水量与水池底面积的关系

当地下室发生火灾时，消火栓和自喷系统的灭火用水应尽快排出。根据 《人民防空工程设计防火规范》（GB50098-2009）要求设置消防给水的人防工程必须设置消防排水，消防排水量可按设计流量的80%计算。而非人防工程的地下室的消防排水量，规范并无明确要求。上海市工程建设规范《民用建筑水灭火系统设计规程》[6]DGJ08-94-2007参照消防电梯的排水流量10L/s提出，地下建筑其他消防排水泵的总流量也不宜小于10L/s。考虑到消防灭火时，由于蒸发、被物体吸收、溢流等因素，消防用水不能全部积存在地下室，赵基兴[7]等人认为消防排水量可按消火栓系统流量的50%加上自动喷水灭火系统流量的70%来考虑。蒋济元[8]提出宜按开启两只消防水枪的流量10L/s加上70%的自动喷水灭火系统流量来计算消防排水量。赵基兴、蒋济元均认为消防排水量与水灭火设施的给水量有关，在设计中更具有参考意义。因此地下室的消防灭火排水量不宜小于10L/s，地下室发生火灾时、灭火废水较多时，可通过消防队员自身携带的移动式排水泵排水。

3 地下建筑的消防排水措施

消防测试排水和灭火排水均应迅速排出室外，消防排水可设置专用集水池及排水泵等设施，也可与其他生产生活废水汇集后集中排出。

3.1 地下室的消防排水措施

地下室应在建筑的最低处设置多处废水池，水池内设置排水泵，消火栓和自喷系统使用时的灭火用水通过楼梯洞口等流至废水池。地下室灭火排水量应按不小于10L/s计算，废水池的有效容积不宜小于排水泵5min的出水量，且排水泵每小时启动不宜超过6次。排水泵应设置不间断的动力供应[5]。

3.2 消防电梯的消防排水措施

“水消规”强制要求消防电梯的底部应设置消防排水，且集水池不应设置在消防电梯基坑的下部，可就近在基坑旁设置。集水池需满足电梯日常排水和消防灭火时的排水要求。消防电梯的排水量主要考虑的是，在灭火时，大多同时使用两支消防水枪，因此消防电梯排水的集水池有效容积不应小于2m3，排水泵的流量不应小于10L/s，并应设置消防电源。

3.3 消防泵房及消防水池的消防排水措施

消防泵房内的排水主要有消防泵的试验排水量q1、泵房内水灭火设施的灭火排水量q2，消防泵房与消防水池合建时还需考虑水池的溢流量q3及泄水量q4。

消防泵房一般不设置自动喷水灭火设施，因此泵房内的最大灭火排水量q2可按10L/s计算。当消防泵房与消防水池合建，消防泵的试验排水可接至水池循环利用时，泵房的排水量可按水灭火设施使用时的灭火排水量q2、水池溢流量q3、泄水量q4的最大值计算。当消防泵房与消防水池分建，消防泵的试验排水可接至水池循环利用、水池泄水不排入消防泵房时，泵房的排水量可按灭火排水量10L/s计算。当不设消防水池时，消防泵房的排水量可按灭火排水量q2和消防泵的试验排水量q1的最大值计算。

地下建筑的消防泵房一般设置在地下一层或二层，根据消防泵房的建筑布局可分为位于主体上方的消防泵房和下方无空间的消防泵房，如商业综合体、地下车库消防泵房多设置于地下二层。由于地下建筑的消防泵房排水无法通过重力流出室外，需要在泵房内设置集水池或与其他污废水汇集后再集中到废水池排放。

当消防泵房设置在主体空间上方时，泵房内设置集水池对建筑平面和主体结构影响较大，因此不宜在位于主体上方的消防泵房内设置集水池，可通过在泵房内设置地漏或雨水斗，将废水排出泵房后再集中设置废水池及排水泵排水。为使泵房内废水及时排出不产生积水，地漏或雨水斗的设置规格和数量应根据泵房内最大消防排水量和排水设施的排水能力计算确定。

当消防泵房下方无主体空间时，应在泵房内设置集水池和排水泵，排水泵设置消防电源。排水泵的额定流量应不小于泵房最大消防排水量，且每小时启动次数不超过6次，集水池的有效容积不小于一台排水泵5min的出水量。

4 工程应用

以某高层建筑地下车库和某轨道交通的地下车站为例，介绍两种典型地下建筑的消防排水设计方案。

4.1 地下车库的消防排水措施

某高层建筑有2层地下室，建筑面积为13544m2，平时为车库和设备用房，战时为人防地下室。地下车库内设置消火栓和自喷系统，消防泵房与消防水池合设于地下二层；自喷系统报警阀组及高压细水雾机组均设于消防泵房内；共设置3部消防电梯。

消防电梯的底部各设置1处有效容积不小于2m3的集水池，水池内设置额定流量为10L/s的排水泵2台（1用1备），排水泵设置消防电源。地下二层内共设置6处1800mm×1400mm×1500mm（深）废水池，各水池内选用2台（1用1备）额定流量为18m3/h的排水泵，以满足日常排水、消防排火和战时排水。消防泵房内设置1处1800mm×1400mm×1500mm（深）集水池，水池内选用2台（1用1备）额定流量为18m3/h的排水泵满足消防排水要求。

图1 某轨道交通地下车站消防泵房排水示意图

4.2 地下车站的消防排水措施

某轨道交通的地下车站为地下二层侧式站台车站，建筑面积为16945m2。地下一层为站厅及设备管理用房，地下二层为站台及设备用房。车站内设置消火栓系统，设备用房设置管网式气灭系统，通风空调机房设置自喷局部应用系统。消防泵房与消防水池合设于地下一层站厅层内；自喷局部应用系统报警阀组设于消防泵房内。

站厅每隔30～40m沿边墙设置DN100排水地漏、站台每隔30～40m沿站台门设置DN100排水地漏，站台层区间两端端部设置2处有效容积不小于30m3的废水集水池，水池内设置流量为130m3/h的排水泵2台（1用1备），排水泵设置消防电源，满足车站日常和消防排水要求。火灾时，车站灭火设施的灭火废水通过公共区的地漏和楼扶梯洞口汇入站台两端的废水池经排水泵排出。消防泵房内设置3个DN100的地漏将废水排至车站区间轨道排水沟（图1），最终经车站两端的废水池及排水泵排出。

5 结语

1）地下建筑设置消防排水设施的部位有设置水灭火设施的地下室、报警阀组机房、消防电梯底部、消防泵房及消防水池。

2）当消防泵房、报警阀组机房和消防电梯底部采用集水池和排水泵排水时，排水泵应设置消防电源；设置水灭火设施的地下室采用集水池和排水泵排水时，应设置不间断的动力供应电源。

3）设置水灭火设施的地下室，消防排水系统宜与生活排水设施合设废水池，满足日常和消防排水要求，消防排水量不宜小于10L/s。

4）消防电梯的集水池不应设置在电梯正下方，集水池有效容积不小于2m3，排水泵的流量不应小于10L/s。

5）消防泵房的排水措施应根据泵房下方是否有主体空间确定，排水量的计算应根据泵房与消防水池的关系确定。