城市轨道交通高架车站消火栓系统设计探讨

2013-01-17胡哲睿

城市轨道交通研究 2013年2期

胡哲睿

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，300251，天津∥助理工程师）

消防系统设计是城市轨道交通安全生产、对灾情进行有效控制、保护人民生命财产安全的重要环节。其中的高架站由于属于地面建筑，建筑独立，且外部装饰要求很高，顶部一般采用钢结构拥状型式（见图1）。其站台空间有限，同时需要满足客流通行和设置其他功能房间要求，设高位消防水箱有困难。因此，高架车站消防系统设计与地下站和普通民用建筑相比具有一定的特殊性，需依据GB50016—2006《建筑设计防火规范》、GB50045—1995《高层民用建筑设计规范》（2005版）［1］采用气压水罐、稳压泵和消防水泵稳高压消火栓给水系统来解决这个问题。

图1 高架车站横剖面图

本文以大连市金州新区至普湾新区城际铁路工程三十四中高架车站为例，从消火栓系统方案选择和系统参数确定两个方面对高架站消火栓系统进行了分析，从而为相关设计提供参考。

1 消防给水系统方案选择

消防给水系统分为常高压给水系统与临时高压给水系统。常高压给水系统是指管网内经常保持足够的压力和消防用水量，火场上不需要使用消防车或其他移动式水泵等消防设备加压，直接由消火栓接出水带就可满足水枪出水灭火要求的给水系统。临时高压消防给水系统是指在给水管道内平时水压不高，其水压和流量不能满足最不利点的灭火需要，在水泵站（房）内设有消防水泵，当接到火警时，启动消防水泵使管网内的压力达到高压给水系统水压要求的给水系统。采用屋顶消防水池、消防水泵和稳压设施等组成的给水系统以及气压给水装置，采用变频调速水泵恒压供水的生活（生产）和消防合用给水系统均为临时高压消防给水系统。

稳高压给水系统又称准高压给水系统，它是特殊的临时高压给水系统。其特点是具有稳压装置，消防用水的水压在消防主泵启动前可以靠启动稳压装置来保证，消防用水的水量也可以得到若干程度的满足。

三十四中站设计高度为23.57 m（以地面为相对标高）。根据《建筑给水排水设计手册》中第2.1.4条消火栓栓口压力计算公式可知，选用的配有25 m长、65 mm口径衬胶水带、19 mm喷嘴的消火栓栓口所需压力为18.93 m水柱。市政给水水压无法满足此高架车站消火栓给水系统消防水压要求，需设置稳高压给水系统。

稳高压系统在准工作状态和消防时，始终能满足消防用水所需要的水压要求，而不像其它临时高压给水系统要到消防主泵启动后才能保证，这就比临时高压给水系统灭火控火更及时、迅速、可靠、有效，故推荐采用。稳高压系统包括消防泵、稳压泵及水箱，可利用气压水罐替代高位水箱。稳高压给水系统的消防泵房布置如图2所示。

图2 高架车站消防泵房平面图

2 系统参数计算

2.1 消防主泵选型计算

消防主泵的主要设计参数为流量和扬程。

根据《建筑设计防火规范》8.1～8.4节的相关规定，地面及高架车站室内消火栓用水量不应小于表1的要求；火灾延续时间不应小于2 h。地面及高架车站的室外消火栓用水量不应小于表2的要求［2］。一般为使消防流量留有余地，常选择流量稍大一些的消防泵。

表1 地上车站的室内消火栓用水量

表2 地上车站的室外消火栓用水量

高架站和地面站消火栓系统为站内独立系统，只在车站内设消火栓，只需满足车站最不利点消火栓的出水压力要求。其管网供水管水压计算公式应为［3］：

以三十四中站为例：车站建筑占地面积2 789 m2，体积44 624 m3；则车站室内消火栓用水量采用15 L／s，室外消防用水量采用25 L／s，火灾延续时间采用2 h。

该站采用从消防水池抽水。以消防水池内最低水位为±0.00 m，车站设置消火栓的最高点高程为12 m，采用水枪喷口直径16 mm，水龙带直径65 mm，水枪出口要求的充实水柱10 m，计算得水枪喷嘴造成此充实水柱的水压Hq为14.1 m水柱。此时水枪实际出流量为3.3 L／s。要使每个水枪的流量达到或接近5 L／s，可将水枪喷口直径改为19 mm，得水压Hq＝17 m水柱，通过水龙带的损失Hd为1.2 m水柱。考虑一定的系数，消火栓口的压力取19 m水柱为宜。经计算，管网内的管道、阀门及其他损失为1 m水柱，泵站内部损失为3 m水柱，这样水泵的扬程可取35 m。

2.2 气压水罐及稳压泵选型计算

当建筑物无法设置消防水箱，且消防给水系统采用可靠双电源，或电泵与柴油泵互为备用时，消防给水系统可采用稳压泵和气压水罐稳压，但须经当地消防局批准［4］。气压水罐的各项参数见图3［5］。

消火栓系统代替屋顶水箱的气压水罐，采用消火栓流量供应10 min的水量计算气压水罐的贮水容积V1。

图3 气压罐的工作参数

气压罐总容积式中：

VZ——气压罐总容积，m3；

α——最低工作压力与最大工作压力之比，一般取α∈（0.5～0.9）；

β——最低工作压力与无水时压力之比（补气卧式取1.25，补气立式取1.10，隔膜式取1.05）。

三十四中站设计采用卧式补气式气压罐，取α为0.7。室内消火栓用水量15 L／s，消防储水量为10 min的室内消防水量，即9 m3，则VZ＝βV1／（1－0.7）＝37.5 m3。P1取为 35 m 水柱。则 P0＝P1／β＝28 m水柱，P2＝P1／α＝50 m水柱。

对于储存30 s消防用水量的气压罐来说，P2即为消防主泵的启泵压力。此压力值较高，是由于只有30 s的消防用水量，气压罐泄压后消防主泵启动时间短。而储存10 min消防水量的气压水罐可充分利用存储的消防水量，不需要通过泄压快速启动主泵。因此，将本站消防主泵的启泵压力设为满足P1＋10 m水柱，即45 m水柱，如此既能保证消防主泵的顺利启动，同时也可充分利用罐内存储水量。

2.3 稳压泵选型计算

气压水罐稳压泵不同于增压泵，其用于维持消火栓给水系统的压力稳定，使系统水压始终处于要求压力状态；而此时消火栓尚未出水，消火栓一旦出水即能流出满足消防用水所需的水量和水压。当有气压水罐时，系统的水量补充和压力保证是靠气压水罐来实现的，稳压泵的流量只需满足气压水罐对流量的要求。一般当罐内为平均压力时，稳压泵出水量应为不小于管网最大小时流量的1.2倍［6］。而此时管网中的主要流量为渗漏水量。三十四中站管网渗漏水量很小，仅为1 L／min。参照设计经验和项目调研情况，为防止稳压泵频繁启动，稳压泵流量取1～2 L／s。

由图3可知，稳压泵启泵压力P3要大于气压罐最大工作压力P2。这是为防止平时由于仪表误差，启动稳压泵过晚，将不可动用的消防贮水容积动用了。一般可选P3＝P2＋3～4 m水柱为妥；稳压泵停泵压力P4为不至频繁起停稳压泵，选P4－P3≥0.05 MPa（5.1 m 水柱）；P4－P3取值过小水泵启动频繁，过大则附加压力值高不经济。三十四中站P3取53 m水柱，P4取61 m水柱。稳压泵扬程高效区应在（P3＋P4）／2附近，设计选择稳压泵额定扬程为57 m水柱。