长沙地铁4号线一期工程自动灭火系统设计经验与思考

陈 坚

广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010

1 工程概况及设计范围

长沙地铁4号线一期工程（罐子岭—杜家坪）线路全长33.5km，设25座车站，均为地下车站。4号线一期工程于2014年12月31日开工建设，2018年12月29日试运营，2019年5月26日正式开通运营。

全线25座车站（无中间风井）设有惰性气体IG541（混合气体为N2∶Ar∶CO2=52%∶40%∶8%）自动灭火系统，主要用于扑救忌水场所和重要电器设备的火灾。

该线地下车站自动灭火系统（IG541）保护范围为通信设备室（含PIDS室）、信号设备室（含电源室）、环控电控室、综合监控设备室、商/警用通信设备室、站台门控制室、高/低压开关柜室、控制室、整流变压器室、蓄电池室、再生能源装置室、应急照明电源室等重要电气设备用房。

2 系统设计

2.1 系统设计参数

（1）防护区及气瓶室设计温度。该项目所有防护区的设计预期最低温度按4℃计算。除了开关柜室、变电所等防护区预期最高温度按36℃计算，其他防护区预期最高温度按27℃计算，气瓶室预期最高温度按50℃考虑。

（2）设计浓度。自动灭火系统（IG541）在最低温度下的最低设计浓度不小于灭火浓度的1.3倍，最小设计灭火浓度为37.5%，最大设计灭火浓度为52%。但经常有人工作的防护区最大设计灭火浓度不超过43%。

（3）相关设计时限。气体喷放至设计用量的95%时，喷放时间应不大于60s，不小于48s，灭火浸渍时间为10min。

（4）瓶组参数及系统工作压力。储存钢瓶容积为80L，储存压力为15MPa，单瓶毛重为105kg，直径为279mm，高度为164cm，灭火剂储存量为211.15kg/m3，工作的公称压力为15MPa；启动瓶规格为80L，工作的公称压力为15MPa。

（5）喷头布置。喷头的防护半径不大于5m，单层喷头的最大防护高度不大于6.5m，高度超过6.5m的防护区设置多层喷头。

（6）泄压装置。防护区与走道相通的外墙上设置泄压装置。泄压装置平时关闭，动作开启压力为800Pa，并能够在泄压后自动关闭，耐火极限不小于0.5h。

（7）静电地板下保护。防护区静电地板下不设喷头和报警系统，采用开孔的防静电地板，以保证灭火时气体能够进入地板下。静电地板开孔率根据厂家火灾实体试验数据设置为20%。

2.2 系统组成及功能

IG541气体灭火系统由管网子系统和报警子系统两部分组成。其中，管网子系统由气瓶组、喷头、管道、集流管、泄压装置、单向选择阀、压力开关、电磁阀等部分组成。报警子系统由气体灭火主机、控制盘、烟感/温感探测器、声光报警器、气体释放指示灯、手/自动转换开关等部分组成。

在正常运营时，气体灭火系统由报警子系统监视防护区的状态，在发生火灾时，自动探测火情并报警，同时启动管网子系统释放IG541灭火剂，及时扑灭防护区的火灾。

2.3 系统的控制方式

IG541自动灭火系统具有自动、手动和紧急机械操作三种启动方式。

（1）自动控制。整个灭火系统在火灾发生时，自动完成火灾探测，火灾信号报警及启动灭火系统灭火整个过程。

探测预警阶段：火灾发生后，保护房间内的任一探测器探测到火灾时，将信号传送到气灭报警系统主机，气灭报警系统主机向现场该防护区的气灭控制盘发出预警信号，控制盘启动设在该保护房间内的声报警器，同时气灭报警系统主机向车站火灾自动报警系统发出预警信号。

确认报警阶段：当保护房间内两种不同类型的探测器均发出火灾信号时，气灭报警主机对此次火情进行确认，并将火灾确认信号发送给现场防护区就地控制盘，控制盘启动设在该保护房间内外的声光报警装置，关闭保护房间的电动防烟防火阀，并进入延时状态（0～30s）。同时，气灭报警主机向车站火灾自动报警系统发出火灾确认信号，车站进入紧急疏散状态。延时阶段是用于运营确认是否为系统误动作，或者保护房间内的火情已通过人工扑灭，现场人员可在延时时间内按下紧急停止开关，停止释放药剂(直至系统复位)，避免造成系统损失。如果在系统复位过程中，火势复发，现场人员也可以按下紧急释放按钮，这样就可以继续完成气体喷放灭火过程。

自动灭火阶段：30s的延时确认时间结束后，现场就地控制盘开启气瓶间对应的防护区启动装置，释放瓶组气体。所有释放的瓶组气体通过管道输送到火灾发生的保护房间。同时，触发压力开关气体释放动作信号，信号传至气灭报警主机和现场就地控制盘，控制盘启动保护房间外的释放指示灯。声光报警器在防护区气体喷放灭火期间也将一直工作，警告所有人员不能进入该保护房间，直至火情熄灭。

（2）手动操作方式。按下保护房间外控制盘上的紧急释放按钮，直接联动控制系统，实时喷放灭火剂。

（3）紧急机械操作方式。该方式是在系统自动和手动模式因故均不能启动系统电磁阀，或者在必要时候采用的一种操作。通过人工启动瓶组上的机械启动器，开启相应的容器阀和选择阀释放气体。

3 设计重点

IG541系统的技术关键是其流体计算方法及控制程序。为了验证一个系统含多个保护分区情况下，计算灭火介质分配量及喷放时间的准确性，设计协同业主、设备供货商、监理、集成、运营等单位开展了多次设计联络，并在工厂样机验收阶段开展实体灭火实验。车站验收阶段选取了茶子山站、圭塘站各一个保护房间进行样机控制及灭火性能测试，并由供货厂家和施工单位提供相关的第三方权威检测报告。报警控制程序部分则由FAS专业介入，设备厂家深化施工图并指导安装，最终顺利通过综合联调测试。

4 问题及解决方案

（1）对于既有线换乘站，应参考已有图纸，核实设计分界面。例如长沙火车南站，在建设2号线时自动灭火系统已考虑部分4号线的合建房间，导致4号线系统设计范围与土建专业不一致。后续线路设计过程中，应及时与消防验收部门沟通确认，核实旧线图纸，并参考已完成消防验收线路的做法，确定在建线路的设计保护范围。

（2）由于在设计联络阶段未明确4号线保护区房间的环控专业电动防火阀监控需求，对空调厂家的设备不够了解，导致自动灭火系统报警控制模块增加。为此，应在设计联络阶段，与供货商明确线路特色设计需求以及需要厂家深化部分的图纸内容，如设备凹槽尺寸、防火阀监控方案、火灾实验的实施等，以避免后续施工过程中进行大规模调整。

（3）对保护区泄压装置的安装位置，仅参考规范要求的保护房间地面以上2/3高度，在室内吊顶上还是吊顶下安装未明确。气灭防护区的泄压装置应处于墙面净高2/3高度以上，如设置在房间吊顶上方，则房间吊顶应满足泄压要求，需保证一定的开孔率。

（4）电动防火阀的提资应以环控专业蓝图内容、设备区装修蓝图提资为准，确认无错漏。自动灭火系统出图节点不应该从建筑图出图时间节点往后推算，装修内隔墙图和空调系统电动防火阀图纸对自动灭火系统的管网和报警部分内容影响非常大，因此自动灭火系统的出图节点应控制在环控、设备区装修等机电施工图出图之后，错开机电施工图。

5 结论与建议

（1）建议商业开发区内的重要电气设备用房采用柜式无管网自动灭火系统，不与车站合设。

（2）建议车站设备区电气用房室内不设置吊顶，满足自动灭火系统专业的功能设计需求。

（3）在实际应用中，为了防止防护区超压的泄压装置设计方式缺乏测试验证，仍需通过试验和实测，以确定不同围护结构、不同设计流量、不同房间布置的环境条件下的压力增长情况，为后续的设计积累更多的基础研究数据。

（4）对于设计的包容性设定较高，设计参数较为保守，部分防护区有较大的管道余量。对系统的计算优化也是今后进一步提高的方向。

（5）在现场综合管线的协调，喷头、探测器被风管、桥架的遮挡应对方案，室外挂墙报警设施与装修的衔接美化方案等方面，尚需积累更多经验，并对今后的设计要求更加精细化。