新建设模式下轨道交通工程消防给水系统设计

江 琴

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100034）

随着城轨交通的发展及集约用地的需求，深埋车站、城轨与高铁、机场GTC大楼结合的大型枢纽站，与商业结合的站城一体化车站，多线换乘车站、车辆段上盖 TOD开发项目等大型综合体项目，以一种崭新的建设模式在国内轨道交通领域得到迅猛发展。各种综合体项目体量庞大、功能复杂，一旦发生火灾，影响范围大，但国内尚无针对性的消防设计规范，形式比较严峻。通过对实际工程的不断探索，针对轨道交通消防给水系统新的建设模式进行创新，构建了崭新的具有轨道交通特色的新型消防给水系统，并在相应的工程中得到广泛应用，为地铁相关设计规范的编制和修订提供依据。

1 深埋车站消防给水系统设计

受地势条件影响，深埋车站也成为重庆地铁的一个重要特点。自2003年韩国大邱地铁火灾后，重庆地下车站除设置消火栓系统外，同时在车站站台层也设置了自动喷水灭火系统，室内外全部消防系统设计流量为80 L/s。大部分车站的市政自来水均能从环状管网获得两路供水水源，但市政管网的供水量不能满足车站消防设计总量要求；市政供水压力能否满足车站消火栓及喷淋系统要求，与车站地势条件和市政自来水厂的相对位置有关。

针对深埋车站，地下车站消防给水系统采用了以常高压系统为主的设计指导思想，充分利用车站埋深形成静压及市政供水条件；车站消火栓及喷淋系统分别采用市政及室外消防水池直接供水的常高压系统和消防水池消防泵加压供水的组合方式，以应对市政供水能力不满足消防用水总量要求的供水条件；同时减少消防水池有效容积及消防泵的配置，节省工程投资。这不失为一种全新的轨道交通消防给水系统设计理念。

10号线二期工程七星岗站站厅覆土56～65 m，车站埋深较深，整体采用暗挖法施工。车站消防水源由市政两路环状供水管网供给，市政供水量不满足室内外消火栓及喷淋系统同时使用的要求，但市政供水压力满足除地铁出入口外车站其他场所消火栓及喷淋系统的使用要求。该站在地面设置消防水池和消防泵房，消防水池有效容积144 m3，储存2 h室内消火栓系统流量[1]，出入口消火栓系统由消防泵从消防水池抽水加压供给，站厅、站台及区间消火栓系统由消防水池直接供给，车站室外消火栓系统及自动喷水灭火系统由市政自来水直接供给，具体如图1所示。

图1 七星岗站消防给水系统设计原理Figure 1 Design schematic of fire water supply system at Qixinggang Station

2 地下车站消防给水系统设计

地下车站一般在道路下方设置，地面除出入口和风亭外，无其他建筑设施，消防给水系统设计高位水箱较为困难；而高架车站屋面一般采用轻钢结构工程，基本无设置高位水箱的条件。

现行国家标准《地铁设计防火标准》明确规定：地面和高架车站采用消防水泵加压供水的消火栓给水系统，应设置稳压装置和气压设备，可不设高位水箱，室内消火栓系统和自动喷水灭火系统的稳压罐的有效容积均不小于150 L[2]。既有工程地面和高架车站消防给水系统均未设置高位水箱，系统设计应按照《地铁设计防火标准》的要求执行。地下车站消火栓及喷淋系统是否设置高位水箱，在现行国家标准中暂无明确规定。在实际工程中，地下车站消火栓系统延续了既有工程的习惯做法，未设置高位水箱。当车站设置自动喷水灭火系统时，可在室外地面设置高位水箱，以满足喷淋系统前10 min的供水要求。然而，室外高位水箱的设置对占地和景观均造成影响。为解决严寒地区高位水箱的冬季保温问题，需设置高位水箱间，并增设采暖设施。综合考虑地铁实际因素，在保证消防给水系统安全性的前提下，地下车站消防给水系统在保证前10 min消防流量高位水箱的设置上，提出了两种新的设计理念。

2.1 利用市政自来水稳压替代高位水箱

《消防给水及消火栓系统技术规范》第5.2.2条规定：高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭火设施，且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力，其中多层公共建筑不应低于0.07 MPa，自动喷水灭火系统最小不应小于 0.10 MPa。第 6.1.9条第3款规定：当市政供水管网的供水能力在满足生产、生活最大小时用水量后，仍能满足初期火灾所需的消防流量和压力时，市政直接供水可替代高位消防水箱[3]。

国内大部分城市市政最低供水保障压力不小于0.14～0.2 MPa，地下车站最不利点的消火栓一般位于出入口通道第一级台阶处，市政供水压力可满足最不利消火栓静水压力大于7 m的要求，也可满足站厅喷淋最不利喷头静水压力大于10 m的要求，市政管网供水能力完全满足初期火灾消防流量要求。因此，采用市政自来水进行稳压替代高位水箱的设计方案，符合现行国家标准的规定。

杭州地铁3号线某地下车站消防水源由市政环状管网接出两根DN200给水管供给，市政供水压力最低保障压力为 0.2 MPa，车站消火栓系统从市政管网直接加压供给，系统设置消防泵和稳压泵组。在消防引入管上设置一根市政超越管，与消防水泵加压后的管道连接；在该管道上设置流量开关，动作流量为2.5 L/s；在消防水泵出水管上，设置两组压力开关(互为备用)，以保证消防泵同时具备流量开关和压力开关的启泵功能。该系统在传统方案的基础上增加了市政超越管及流量开关，提高了消防系统安全性，具体方案如图2所示。

图2 市政超越管设置Figure 2 Schematic of municipal overtake pipe setting

2.2 喷淋系统高位水箱与消防水池合并设置

现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》第10.3.3条规定：采用临时高压给水系统的自动喷水灭火系统，不设置高位消防水箱时，气压供水设备的有效水容积，应按系统最不利处4只喷头在最低工作压力下的5 min用水量确定[4]。若按这个要求，地铁喷淋系统气压罐的有效容积将达到1 600 L；气压罐体量大，在地下车站布置及运输都较困难，实施难度大。

当高位水箱设置高度高于车站站厅或站台喷头高度时，高位水箱的设置满足规范要求。当车站室内消火栓和喷淋系统已在室外设置埋地消防水池时，消防水池池底高于车站喷头高度，在消防水池内叠加18 m3高位水箱的有效水容积，采用高位水箱与消防水池合建的方案，可解决室外设置高位水箱的占地、景观及冬季保温等问题。

长春地铁某车站在出入口附近地坪以下设置了消防水池和消防泵房，消防水池与高位水箱合建，有效容积为270 m3，其中室内消火栓和喷淋系统用水量为252 m3，高位水箱的有效容积为18 m3，消防水池上部为高位水箱的有效容积，消防泵房内设置消防泵及增压稳压设施。喷淋及消火栓系统初期火灾及火灾设计流量均由消防水池兼高位水箱提供，具体方案如图3所示。

图3 消防水池与高位水箱合设系统Figure 3 Outdoor fire water supply system design

笔者认为，当市政供水为双水源环状供水时，其供水压力可满足最不利点喷头0.1 MPa静压；当市政供水能力满足喷淋和消火栓系统初期火灾流量要求时，喷淋系统也可采用市政自来水稳压的供水方式。

3 交通枢纽站消防给水系统设计

自2009年北京地铁4号线北京南站枢纽站开通运营以来，地铁与高铁、机场合建的大型交通枢纽站越来越多，代表性车站有北京大兴机场站、清河站、星火站，以及杭州萧山机场站和南宁吴圩机场站等。枢纽工程建筑体量大，不同交通功能的建筑在平面和竖向空间相互交叉，设计边界模糊，国内规范消防设计依据匮乏，综合体地下车站的消防给水系统设计标准及方案尚无统一定论。

早期北京南站地铁站厅与高铁站共用大厅，车站设置室内消火栓系统，在站厅和站台设置自动喷水灭火系统，室内消火栓系统按地下车站设计标准20 L/s设计，喷淋系统按中危Ⅱ级设计。大兴机场站采用与北京南站相同的设计标准，而近期设计的清河站交通枢纽和星火站在特殊消防设计结论中均保留了站厅喷淋系统，取消了车站站台喷淋系统。

北京地铁 3号线朝阳综合交通枢纽总用地面积5.4 hm2，地上2层为公交停车楼，地下2层为枢纽换乘大厅，地下3层和4层为地铁 M3线和 R4线星火站。地铁与枢纽大厅通过开敞空间上下连通，通过枢纽大厅分别与京沈高铁北京朝阳站和公交站进行换乘，枢纽大厅、地铁站厅和站台划分为同一个防火分区，具体如图4所示。

图4 朝阳站交通枢纽工程剖面Figure 4 Cross section of Chaoyang Station Transportation Hub

地铁工程除室外消防给水系统由枢纽统一设计外，室内消火栓和喷淋系统与枢纽工程完全分开独立设计。按现行国家标准《地铁设计防火标准》的要求，地铁室内和室外消火栓系统取20 L/s进行设计。地铁仅在站厅公共区设置自动喷水灭火系统，喷淋系统按中危Ⅱ级进行设计；在地铁与枢纽连通口部的地铁站厅层，设置大空间智能型主动喷水灭火系统，设计流量为20 L/s。

对近几年枢纽工程消防给水系统设计方案的研究发现，对于枢纽工程不同功能分区的建筑室内外消火栓系统，设计参数分别按照相应行业国家规范的设计标准进行取值。但笔者认为，此种方式仅适合于不同功能建筑消防给水系统相互独立设置的情况。当枢纽综合体采用一套消防给水系统，且枢纽之间不同单体防火分区及疏散区域不能完全分开时，室内外消火栓系统的用水量应根据不同功能，取综合体建筑总体积的最大设计流量作为综合体消防设计流量。关于喷淋系统设置范围的问题，笔者认为车站站厅、站台划分为一个防火分区，在站厅已设置喷淋的前提条件下，站台增设喷淋的难度不大，投资增加不多。站台增设喷淋系统将有效控制站台的初期火灾，对减小地铁火灾蔓延及提高综合枢纽的整体消防安全性有着积极意义。

4 带盖开发车辆段消防给水系统设计

北京地铁 10号线五路停车场上盖开发成功的案例得到了轨道交通行业的普遍认可，目前新建工程轨道交通车辆段已普遍按上盖开发进行设计。上盖开发功能一般为住宅、学校、商业、停车库等，也有部分项目盖板上方为绿地或公园。受规划条件限制，带盖开发车辆段有全地下、半地下和地面等3种形式。

车辆段和上盖开发项目以车辆段盖板为界，形成大型综合体，功能复杂，一旦出现火灾相互干扰，影响较大，消防设计无相应规范可遵循，设计难度大。

成都地铁5号线回龙停车场与11号线停车场共址建设，项目用地面积36.87 hm2，盖下共有3个单体建筑，为运用库、材料库、工程车库及材料棚。运用库进行上盖开发，咽喉区上盖屋顶绿化，为地上车辆段。盖下运用库、材料库设置自喷系统和室内消火栓系统，工程车库设置室内消火栓系统，沿消防车道设置室外消火栓系统，具体如图5所示。

图5 回龙停车场总平面Figure 5 General plan of Huilong parking lot

4.1 消防给水系统设计参数确定

盖下各单体建筑的室内外消火栓系统设计参数，应根据车辆段的形式分别取值。对于地面车辆段，单体建筑应根据建筑定性，按地上建筑消防用水量取值；对于半地下和全地下车辆段，位于地下部分的单体建筑应按地下建筑消防用水量取值。

4.2 自动喷水灭火系统设置范围

根据《地铁设计防火标准》第7.4.1条要求，建筑面积大于6 000 m2的地下、半地下和上盖设置了其他功能建筑的停车库、列检库、停车列检库、运用库、联合检修库，应设置自动喷水灭火系统。

目前车辆段除以上单体建筑外，盖下物资库等丙类仓库根据《建筑设计防火规范》的要求，也设置了自动喷水灭火系统。盖下的工程车库是否设置喷淋系统没有定论。笔者认为，工程车库为丙类厂房，建筑整体消防设计要求较高，与建筑消防设计相匹配，工程车库宜设置自动喷水灭火系统进行保护。

4.3 咽喉区消防给水设计

咽喉区周围设置消防车道，咽喉区消防是否按区间消防进行设计一直都有争议，既有工程消防给水系统有按区间设置室内消火栓口，也有按室外消防沿消防车道设置室外消火栓的设计方案[5]。目前，行业内普遍认为：咽喉区一般为地铁出入库列车经过，列车不载客，咽喉区除设置轨道、接触网等设施外，无其他设施，可视为安全区考虑。

对于地面车辆段，咽喉区消防给水系统应沿周围消防车道设置室外消火栓，所设置的间距适当加密，按不大于50～80 m进行设计。对于半地下和全地下车辆段，除按地面车辆段设置室外消火栓外，咽喉区宜按区间设置区间消火栓口，并在适当位置设置水龙带箱，以增加地下车辆段火灾的救援能力。

5 结语

国内轨道交通在迅猛发展的同时，新的建设模式层出不穷，大型综合体项目日益增多，在缺乏相应规范的情况下，轨道交通消防给水设计也面临不断的挑战和技术创新需求。

笔者认为：针对地下车站，在市政供水能力及压力均能满足地铁使用要求的前提条件下，地下车站的消防给水系统应充分利用地下工程形成的静压，采用常高压消防给水系统，消防前10 min流量也可尽量利用市政自来水解决；针对大型交通枢纽项目，消防给水系统如何构建，应在充分考虑地铁车站与枢纽融合程度的前提下，分别考虑不同的策略；带盖开发的车辆段项目消防给水系统设计，则应与建筑消防整体设计保持一致性。在确保消防给水系统供水安全可靠的前提条件下，如何利用轨道交通的特点，构建更优的适合地铁的消防给水系统，还值得进一步探讨及论证。